無機絮凝劑處理含三種重金屬選礦廢水實驗研究

朱 春 李 暢

(1 江西省昌弘環保科技有限公司，江西 贛州 341000；2 江西理工大學江西省礦冶環境污染控制重點實驗室，江西 贛州 341000)

隨著我國科學技術的飛速發展，各行各業對有色金屬的需求量越來越大，使對金屬礦山的開采量也逐漸增多[1]。由于選礦工藝需要使用大量的水和多種化學藥劑，一旦釋放到自然環境中就會引起一系列環境問題[2-5]。因此，對選礦廢水的研究已經成為改善礦區污染狀況的重點方向[6]。

選礦廢水普遍具有水量大、有害物質種類多、含有多種重金屬等特點[7-8]。其含有的重金屬毒性強、濃度低、易遷移和轉化且不能被生物降解，能長期以一種或多種形態存留與環境中，不斷通過生物體富集作用進入到人體，最終危害人類身體健康[9-10]。根據礦產種類或選礦工藝的不同，選礦廢水中含有的重金屬種類也不盡相同。主要含有Cu、Pb、Zn等離子中的一種或多種[11-13]。目前主要采用絮凝沉淀法對選礦廢水中的重金屬離子進行去除[14-16]。

絮凝沉淀法具有去除效果好、方法簡便、易操作、價格低廉等優點，是目前最常用的去除選礦廢水中重金屬離子的方法之一[17]。但是，工況條件對絮凝劑絮凝效果影響較大，如溶液pH和絮凝劑的種類等，不同反應條件下絮凝處理效果也不相同[18]。因此，根據選礦廢水的種類，選擇最適的工況條件，不僅可以節約資源，提高處理效率，還可以避免因絮凝劑投加不當造成的二次污染問題，保護礦區周邊生態環境的安全。

1 實 驗

1.1 實驗材料

分別采用Cu、Pb、Zn的硝酸鹽配制的含有多種重金屬離子模擬選礦廢水；選用聚合氯化鋁(PAC，分子量174.45)、聚合硫酸鐵(PFS)、陰離子型聚丙烯酰胺(PAM，分子量71.07)作為實驗用絮凝劑；所有試劑均為分析純。

1.2 實驗方法

實驗采用控制變量法。室溫下(20±5)℃，通過單因素控制實驗對含有多種重金屬離子的模擬選礦廢水在不同pH值和不同絮凝劑種類等變量條件下，溶液中各重金屬離子去除效果進行實驗研究，分析各重金屬離子去除效果最適的實驗條件。

1.3 實驗測試因素及分析方法

以模擬廢水中剩余重金屬離子的含量為測試因素。將反應后的濾液稀釋后采用原子吸收分光光度計[30](北京普析TAS系列)測定，得到模擬廢水中重金屬離子的剩余濃度，計算得出模擬廢水中重金屬離子的去除率：

式中：C0為廢水中重金屬離子初始濃度，mg/L；C1為反應后重金屬離子濃度，mg/L。

2 結果與討論

2.1 絮凝劑處理含兩種重金屬離子廢水研究

取初始濃度為100 mg/L的含兩種重金屬離子的模擬選礦廢水100 mL置于燒杯中，用1 mol/L的HCl和NaOH溶液調節廢水pH值為4～9后，分別加入1 g/L的單一絮凝劑，先以300 r/min快速攪拌2 min，再以150 r/min慢速攪拌10 min，最后靜置沉淀10 min，取上清液經0.45 μm濾膜過濾后，分析濾液中重金屬離子的剩余濃度。結果如圖1所示。

圖1 絮凝劑處理含兩種重金屬廢水研究

由圖1可知，在各組模擬廢水中，pH為7是去除廢水中銅離子的最佳pH值，當pH小于7時，加入PAM后的去除率較高；pH為6是去除廢水中鉛離子的最佳pH值，當pH小于6時，無絮凝劑條件下的去除率較高；pH為8是去除廢水中鋅離子的最佳pH值，當pH小于8時，先是加入不同絮凝劑條件下的去除效果相近，然后隨著pH值的增高，空白絮凝劑和加入PAM后的去除率逐漸增大，是因為鋅離子在酸性條件下不易生成沉淀物。因此，pH為7是能同時去除模擬銅鉛廢水中銅離子和鉛離子的最佳pH值，當溶液pH大于等于7時，大部分銅離子和鉛離子以氫氧化物沉淀的形式出現；當溶液pH小于7時，加入PAM對同時去除銅離子和鉛離子的效果最好；pH為8是能同時去除模擬銅鋅廢水中銅離子和鋅離子的最佳pH值，當溶液pH大于等于8時，大部分銅離子和鋅離子以氫氧化物沉淀的形式出現，當溶液pH小于8時，加入PAM對同時去除銅離子和鋅離子的效果最好；pH為9是能同時去除模擬銅廢水中銅離子的最佳pH值，當溶液pH小于9時，空白絮凝劑對同時去除銅離子的效果最好；pH為8是能同時去除模擬鉛鋅廢水中鉛離子和鋅離子的最佳pH值，當溶液pH大于等于8時，大部分鉛離子和鋅離子以氫氧化物沉淀的形式出現；當溶液pH小于8時，無絮凝劑下對同時去除鉛離子和鋅離子的效果最好；pH為9是能同時去除模擬鉛廢水中鉛離子的最佳pH值，當溶液pH小于9時，空白絮凝劑對同時去除鉛離子的效果最好；pH為9是能去除模擬鋅廢水中鋅離子的最佳pH值，當溶液pH小于9時，無絮凝劑下對去除鋅離子的效果最好。

2.2 絮凝劑處理含三種重金屬離子廢水研究

取初始濃度為100 mg/L的含三種重金屬離子的模擬選礦廢水100 mL置于燒杯中，用1 mol/L的HCl和NaOH溶液調節廢水pH值為4～9后，分別加入1 g/L的單一絮凝劑，先以300 r/min快速攪拌2 min，再以150 r/min慢速攪拌10 min，最后靜置沉淀10 min，取上清液經0.45 μm濾膜過濾后，分析濾液中重金屬離子的剩余濃度。結果如圖2所示。

圖2 絮凝劑處理含三種重金屬廢水研究

由圖2可知，在模擬廢水中，pH≤8，加入PAM是能同時去除模擬銅鉛鋅廢水中銅離子、鉛離子和鋅離子的最佳實驗條件。pH為7是去除廢水中銅離子的最佳pH值，當pH小于7時，加入PAM后的去除率較高；pH為6是去除廢水中鉛離子的最佳pH值，當pH小于6時，加入PAM后的去除率較高；pH為8是去除廢水中鋅離子的最佳pH值，當pH小于8時，先是加入不同絮凝劑條件下的去除效果相近，然后隨著pH值的增高，空白絮凝劑和加入PAM后的去除率逐漸增大，是因為鋅離子在酸性條件下不易生成沉淀。

3 結 論

(1)通過對絮凝劑處理含兩種重金屬離子廢水研究可知：pH≤7，加入PAM是能同時去除模擬銅鉛廢水中銅離子和鉛離子的最佳實驗條件；pH≤8，加入PAM是能同時去除模擬銅鋅廢水中銅離子和鋅離子的最佳實驗條件；pH≤9，無絮凝劑時能去除模擬銅廢水中銅離子的最佳實驗條件；pH≤8，無絮凝劑時能同時去除模擬鉛鋅廢水中鉛離子和鋅離子的最佳實驗條件；pH≤9，無絮凝劑時能去除模擬鉛廢水中鉛離子的最佳實驗條件；pH≤9，無絮凝劑時能去除模擬鋅廢水中鋅離子的最佳實驗條件。

(2)通過對絮凝劑處理含三種重金屬離子廢水研究可知：pH≤8，加入PAM是能同時去除模擬銅鉛鋅廢水中銅離子、鉛離子和鋅離子的最佳實驗條件。