第２５卷第１１期 ２０１６年１１月 中 国 矿 业 ＣＨＩＮＡ ＭＩＮＩＮＧ ＭＡＧＡＺＩＮＥ Ｖｏｌ＿２５，ＮＯ．１Ｉ ＮＯＶ． ２０１６ 强化混凝沉淀法处理铅锌矿尾矿废水中 铅离子的研究 行 瑶，程爱华，刘 哲 （西安科技大学地质与环境学院，陕西西安７１００５４） 摘要：采用“螯合＋混凝＋沉淀”工艺处理铅锌矿尾矿废水，以出水含铅量为考察指标，讨论了混凝 剂的种类、投加量、强化剂的添加及其投加量等因素对强化混凝实验的影响。获得强化混凝实验的最佳工 艺条件：尿素投加量为０．５～ｌｍｇ／Ｌ，聚合硫酸铝（ＰＡＳ）的投加量为２－－３ｍｇ／Ｌ。该工艺可有效去除铅锌矿 尾矿废水中的重金属铅，使其达到排放标准，且工艺简单，费用低廉，可推广使用。 关键词：铅离子；混凝沉淀；尿素；铅 中图分类号：Ｘ５２４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—４０５１（２０１６）１１－１６２—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｌｅａｄ ｉｏｎ ｉｎ ｌｅａｄ－ｚｉｎｃ ｔａｉｌｉｎｇ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｂｙ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ＸＩＮＧ Ｙａｏ．ＣＨＥＮＧ Ａｉ—ｈｕａ，ＬＩＵ Ｚｈｅ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００５４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ“ｃｈｅｌａｔｉｏｎ＋ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ＋ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ”ｗａｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ １ｃａｄ— ｚｉｎｃ ｔａｉｌｉｎｇ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｒｅｇａｒｄｉｎｇ ｌｅａｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｓ ｉｎｄｅｘ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏａｇｕｌａｎｔ ｔｙｐｅ，ｄｏｓａｇｅ， ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｒ’Ｓ ａｉｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｅｒｅ ｔｈａｔ：ｔｈｅ ｄｏｓａｇｅｓ ｏｆ ｃａｒｂａｍｉｄｅ ａｎｄ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｓｕｌｆａｔｅ（ＰＡＳ） ｗｅｒｅ ０．５——ｌｍｇ／Ｌ ａｎｄ ２．０——３．０ｍｇ／Ｌ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃａｎ ｒｅｍｏｖｅ ｌｅａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅａｄ—ｚｉｎｃ ｔａｉｌｉｎｇ ｅｆｆｌｕｅｎｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ，ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｑｕｅｓｔｅｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｌｏｗ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｓｔ，ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｗｉｄｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｅａｄ ｉｏｎ；ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ｃａｒｂａｍｉｄｅ；ｌｅａｄ 铅锌选矿主要有破碎、磨矿、选矿、浓密、过滤 等作业。处理１ｔ矿石浮选法一般需用水４～ ６ｍ。ｌ＿１］，除去循环使用的水量，其余水伴随尾矿以尾 矿浆的形式排放到尾矿库。选矿废水中重金属元 素大都以固态物形式存在，一般采取物理沉降的方 离子溶解增大，尾矿水中重金属离子超标，造成严 重的环境污染 ］。 针对铅锌选矿废水中的污染物特性，通常采用 的处理方法有：物理方法，如沉淀、浮选、过滤、吹脱 等；化学方法，如中和、氧化还原、吸附等；生物化学 法即可避免重金属污染 ］。当矿浆ｐＨ值呈弱碱性 时，尾矿水中重金属离子以氢氧化物的形式沉淀下 来，一般不会超标＿３］。当ｐＨ值呈强碱性时，重金属 方法，如好氧生物化学处理、厌氧生物化学处理等。 杨婷婷等ｌ＿５ 采用ＰＦＳ与ＰＡＭ组合对含铅矿坑涌水 进行混凝沉降，在最佳工艺条件下，铅去除率可达 ９９．１ 。严群等＿６ 采用混凝沉淀一活性炭吸附法对 会理锌矿选矿废水进行净化处理，处理后废水中残 留的浮选药剂、悬浮物以及重金属离子均有效去 除。谢辉 使用水葫芦处理铅锌选矿废水，水葫芦 能有效去除选矿废水中的Ｃｕ 、Ｐｂ 等，同时也能 收稿日期：２０１６－０３—２４ 基金项目：陕西省工业攻关项目资助（编号：２０１３ＧＹ２—０６） 作者简介：行瑶（１９９１一），女，陕西渭南人，硕士研究生，主要进行 水处理方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｉｎｇｙａｏ３ｇ＠１６３．ｃｏｍ。 通讯作者：程爱华（１９７７一），女，昌吉人，副教授，博士，硕士生 导师，主要从事水处理技术方面的研究工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｃａｈ—ｃｈｅｎｇ＠ １２６．ｃｏｒｎ。 降解部分废水中的浮选药剂，但是只能在浮选药剂 浓度很低时才能有较好的去除效果。国外也有很 ｛彳瑶．等：强化混凝沉淀法处州铅锌矿尾矿废水【『１铅离子的研究 多选矿废水的治 ｂ－同收利川的实验研究。利『ｆｊ循 环伏安法和微，Ｉｌ』浮选等技术对选矿废水进行处理， 使选矿 水的综合利用率均达到７ 以｝ 。 本项目采川坝化混凝沉淀法对铅锌矿尾矿废 水进行处删。【｛ｌＪ允 废水［ｆＩ加入强化剂．通过螫合 作川 除部分Ｐｂ ．然后』ＪＩＪ入混凝剂．强化Ｐｂ 的 玄除效 。最终，对水中掣体进行沉淀，使得ｆ｝Ｊ水 达剑排放标准。水文选用的慢化剂有Ｎａ Ｓ、ＰＥＩ和 尿索，ｊ Ｉ，Ｎａ！Ｓ、ＰＥＩ是常见的沉淀剂和螫合剂，尿 素Ｊｆｊ于铅离子的 除未见报道，这为强化混凝沉淀 法 除废水ｆｆ＿１铅离子的研究奠定基础。斤¨，这种 “整合＋混凝＋沉淀”综合睃水处理 艺足一种更 为经济有效的处理方法。 １材料与方法 １．１ 废水来源及特点 实验水样采ｌ ｛陕西某钳锌矿尾矿排水．该矿将 所有牛产废水排至尾矿库，经尾矿库自然澄清后直 一卜．接排放，水质情况叟【】下：ｐＨ一１１～１２，碱度为１４．２～ ２ ０ １８．５ｍｍｏｌ，／Ｉ ．Ｃａ。。浓度为 ９Ｏ～６２０ｍｇ Ｉ ．Ｐｂ！一浓 度为９～ｌ ２ｒａｇ／Ｌ，（、ＬＩ ’浓度为０．０ｌ ５～０．０１ ８ｒａｇ／Ｉ ， Ｚｎ 浓度为０．０８６～０．０９２ｍｇ／Ｉ ，Ｃ（）Ｉ）为５６～ ７８ｍｇ／Ｉ 。对照 家污水综合排放标准（ＧＢ８９７８— １ ９９６）。陔废水 碱性．铅离子浓度超标５～ｌ ０倍，其 余指标达标。 １．２实验试剂 混凝剂：聚合硫酸钳（ＰＡＳ）、聚合氯化铝 （ＰＡＣ）、聚合硫酸铁（ＰＦＳ）和聚合氯化铁（ＰＦＣ）。 ，强化剂：重金属沉淀剂硫化钠（Ｎａ Ｓ）、 金属 ９ ８ ７ｉ螫合剂聚乙烯亚胺（ＰＥＩ）及球素（纯度为９８．５ ）。 １．３实验步骤 收水样３０ｍｌ 置于烧杯中，加入一定毽的强化 剂．进行搅拌，再ＪＪＩ１人一定量的混凝刹，搅拌８ｍｉｉ ，静 置沉淀１ｈ．取ｒ 消液测采州火焰原子吸收光谱法测 定处州 废水ｒ｝１铅的含量。确定最仲药剂及投加量。 ２结果与讨论 ２．１ 混凝刹种类刈‘处理效 的影响 取１份３０ｎ Ｉ 的水样（１）１Ｉ＝１１．８７．１ ’浓度为 １ １．６５ｎｌｇ＂Ｉ ）。分）ｊＩＪ』Ｊｌｊ入浓度为ｌ００ｒａｇ／Ｉ 的Ｉ）ＡＳ、 ＰＡＬ、、ＰＦＳ和ＰＦ（、各５ｒａｇ／１ ，进行混凝处 实验并 测其含铅量，研究不同种类 凝剂对处理效果的影 响，结果 图１。 由图ｌ可知，在相同实验条件下，４种｝昆凝剂对 比，ＰＡＳ的混凝效果最好，其出水Ｐｂ川浓度为 ４．１１ｍｇ／Ｉ ．Ｐｂ 去除率为６４．７２ 。ＰＡＳ是复合 高分子聚合物．吸附能力强．投入原水后形成的絮 凝体大，沉淀速度快．活性高。过滤 好。ＰＡＳ ｒ极 佳的触水分解性能 ， 溶解于火 『ｆＪ性或微碱 的水中时，产， 胶体沉淀Ａ１（（）Ｈ） ．进 ， ＝生絮凝 作用．且絮凝效果明 。允其埘予 瞳金属和低浊 度废水，其混凝效果优于其他混凝剂 。所以．选 择ＰＡＳ作为本次实验研究的混凝刺。 ２．２混凝剂投加量对混凝处 效 的影响 分别取３０ｍＩ 水样（ｐＨ一１１．８７．Ｐｂ 浓度为 １ １．６５ｒａｇ／ｌ ）置于烧杯－ｆＩ．分》ｊＩＪ ＪＪｌｌ入２ｍｇ ， ４ｍｇ／Ｉ ，６ｍｇ／Ｉ ，７ｒａｇ／Ｉ ，８ｒａｇ／Ｉ ．！）ａｒｇ／Ｉ ，１ Ｏｎ１ｇ ／Ｉ 的ＰＡＳ，搅拌、静置沉淀后，洲定水『ｆＩ含锵 ，结粜 见图２。 一出水Ｐｈ 禽 ｃ兰 ｔｆｄ芒罩 ８ ６ ４ ２ Ｏ ｌｌＡ ＰＡ（： ｝】ｌ：Ｓ Ｉ’｝’Ｉ： 图１ 不同混凝剂种类对混凝处理的影响 ｆ ｇ 之 ！ 钿 ６ Ｓ ４芒 ２●０ ；） 写 苷篷 ｔＥ 图２ ＰＡＳ投加量对混凝处理的影响 由图２ 知．ＰＡＳ的最 投Ｊ Ｊｌ１啦Ｊ、 为 ～ １ｒａｇ／ｌ 。为进一步细化ＰＡＳ的最 投ＪＪ』Ｉ髓，以 水 ｐＨ一１ｏ．８５，Ｐｂ 浓度为９．７６ｍｇ／ Ｉ 的水样进仃混 凝实验确定ＰＡＳ最佳投加髓。实验结 ３。 南图３叮知．ＰＡＳ的投加质砒浓度为：～ ３ｍｇ／Ｉ 时。｝ｌ｛水Ｐ 的浓度为１．４～１．５ｍｇ Ｉ ，此时 Ｐｂ！去除率最大为８５．６６ ～８４．６：｛ 所以， 终 确定ＰＡＳ的最佳投加 为２～３ｍｇ，／Ｉ 。此外，… ＝ ＰＡＳ显酸性．３０ｍＩ 水样投加２ｒａｇ Ｉ ＰＡＳ后．』 ｐＨ值变为４．６５，所以水样不需要删 ｐＨ值。 ２．３强化刹对混凝处 效果的影响 虽然ＰＡＳ对废水｜｛Ｉ霞金属玄除效 较好．ｆＩ｝… 水重金属浓度仍不达标．需要进 进一步的强化． １ｌ＿ ｉ中国矿业 本实验选用重金属沉淀剂Ｎａ Ｓ，重金属螯合剂ＰＥＩ 及尿素作为预处理药剂，分别在等量水样（ｐＨ一 第２５卷 成大絮体，加速尿素形成的白色细小悬浮物的沉 淀；另一方面水解产生的硫酸根可以和铅离子形成 硫酸铅沉淀，强化铅离子的去除效果。并且，加入 ＰＡＳ可使水中ｐＨ值下降至９以下，可以达标排放。 由表１可知，“尿素＋ＰＡＳ”处理废水时出水的 含铅量最低为０．５２ｍｇ／Ｌ，Ｐｂ 去除率最大为 ９４．４ 。另外，尿素价格低廉，考虑到成本，本实验 确定尿素为最佳强化剂。因此，本试验确定“尿素 螯合＋ＰＡＳ混凝＋沉淀”作为铅锌矿尾矿废水处理 的最佳工艺。 １１．０３，Ｐｂ抖浓度为９．１３９ｒａｇ／Ｌ）中投加ｌｍｇ／Ｌ后 搅拌，静置、沉淀后，测定其出水含铅量以及ｐＨ值。 然后再分别加入２．５ｍｇ／Ｌ ＰＡＳ，进一步测定出水含 铅量以及ｐＨ值，其中，水样投加药剂前不调节ｐＨ 值，实验结果见表１。 由表１分析可知，单独投加Ｎａ Ｓ，ＰＥＩ及尿素 均可去除铅离子，但单独投加尿素时Ｐｂ 去除率最 大，可达８７．５ 。试验中观察到，加入尿素后，水样 中会形成白色细小悬浮物。这主要是由于尿素中 的氮元素主要以三价形式出现，外层电子中存在一 个未成键孤对电子，可以和重金属形成配位键以去 ２．４强化剂投加量对混凝处理效果的影响 在相同实验条件下，取等量水样（ｐＨ一１１．６０， Ｐｂ 浓度为９．６２ｍｇ／Ｌ）置于５个烧杯中，分别加入 ０．５ｍｇ／Ｌ，ｌｍｇ／Ｌ，２ｍｇ／Ｌ，３ｍｇ／Ｌ，４ｍｇ／Ｌ的尿素， 然后再加入２．５ｍｇ／Ｌ ＰＡＳ，搅拌、静置沉淀后，测定 出水含铅量，结果如图４所示。 除金属离子。 但只在水样中加入尿素形成的絮体小，沉淀 慢，不宜分离，需要后续投加ＰＡＳ，这样一方面会形 表１ 强化剂对混凝处理效果的影响 ＰＡＳ Ｎａ２Ｓ ＰＥＩ 尿素 Ｎａ２Ｓ＋ＰＡＳ ＰＥＩ＋ＰＡＳ 尿素＋ＰＡＳ 出水ｐＨ值 出水含铅量／（ｒａｇ／Ｌ） Ｐｂ 总去除率／％ 二－、 褂 昌 斛 加 、 叠 ＿。 ＿。 山 丑 图３ ＰＡＳ最佳投加量的确定 图４尿素投加量对混凝处理效果的影响 由图４可知，尿素的投加量为０．５～ｌｍｇ／Ｌ时， 出水Ｐｂ 的浓度最小为０．５１～０．５２ｍｇ／Ｌ，此时 水水质达到国家污水综合排放标准（ＧＢ８９７８— １９９６）。该工艺药剂用量少，处理效率高，出水水质稳 定达标，运行管理方便，是一项经济有效的技术。 ■—● Ｐｂ抖去除率最大为９４．７Ｏ ～９４．５９ 。所以，尿素 的最佳投加量为０．５～ｌｍｇ／Ｌ，此时形成絮体小，沉 淀慢，后续投加ＰＡＳ，形成大絮体，沉淀后废水可以 达标排放。 ３ 结 论 参考文献 ［１］沈述保，唐明刚．含砷难处理金矿浮选研究进展［Ｊ］．黄金科学 技术，２０１４（２）：６３—６６． 经过实验研究，本项目确定“尿素螯合＋ＰＡＳ混 凝＋沉淀”作为处理铅锌矿尾矿废水中铅离子的最佳 ［２］刘琳．金属选矿废水处理技术的研究现状与发展［Ｊ］．科技视 界，２０１４（１１）：３０２—３１１． 工艺，其最佳实验条件为：尿素投加量为０．５～ｌｍｇ／ Ｌ，ＰＡＳ的投加量为２～３ｍｇ／Ｌ。在最优条件下，铅锌 ［３］吴超，李晓艳．有色金属矿区典型尘源污染机制与研究策略 ［Ｊ］．西安科技大学学报，２０１５（６）：６９５—７２０． 矿尾矿废水中重金属铅的总去除率达９４％以上，出 （下转第１７２页） １７２ 中国矿业 第２５卷 好，并提出了很多宝贵意见，这有效的支撑了系统 的建立及运行。同时，这也督促了我们广大选煤工 ［４］ 于涛．基于ＡＳＰ模式的远程机械设计服务系统研究［Ｄ］．大 连：大连理工大学，２００５． Ｊ，Ｇａｒｇ Ｎ，Ｋａｕｒ Ｄ．Ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ＣＡＤ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｅａｒｌｙ ［５］ Ｋａｕｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌｕｎｇ ｔｕｍｏｒ ｕｓｉｎｇ ｂａｃｋ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ 作者对设备图库其他基础信息的完善，设备厂家、 设计人员、高校人员、现场技术人员多方配合，共同 努力。 ■●■ ［ｃ］／／ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ，ｍ—Ｈｅａｌｔｈ ａｎｄ Ｅｍｅｒｇｉｎｇ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭｅｄＣｏｍ），２０１４ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ．ＩＥＥＥ，２０１４：２５７—２６１． ［６］ Ｃｏｋｅ Ｐ，Ｄｕａｒｔｅ Ｃ，Ｃａｒｄｏｓｏ Ａ，ｅｔ ａ１．Ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 参考文献 ［１］ 庞绍华，匡亚莉，李云红，等．基于ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ技术的选煤 ＣＡＤ升级方案［ｃ］．第十届全国煤炭分选及加工学术研讨会 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