混凝沉淀-吸附法處理螢石選礦廢水的正交試驗研究①

陳文勝，劉 旭，薛 珂，李文風，王 艦，但叢林，馮青舒，穆迎迎

（1.湖南有色郴州氟化學有限公司，湖南 郴州 423000；2.長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012）

湖南有色郴州氟化學有限公司螢石選廠的選礦廢水排放量大、固體懸浮物濃度高，并殘留了大量金屬離子和選礦藥劑，目前，選廠現(xiàn)場將尾礦廢水全部匯集到隔離泵房統(tǒng)一輸送到尾礦庫加石灰、絮凝劑澄清凈化后達標排放。由于多種水處理藥劑以及廢水中殘留選礦藥劑的交互作用［1－2］，處理水不能滿足選礦要求，難以重復利用，不僅造成水資源浪費，而且對受納水體造成嚴重污染［3］。因此，研究該螢石選礦廢水高效回用具有重要的環(huán)保意義及經(jīng)濟意義。

目前，螢石選礦廢水主要處理方法有混凝法、絮凝法、沉淀法以及氧化法等。傳統(tǒng)單一混凝、絮凝、沉淀工藝對選礦廢水只能起到澄清作用，廢水處理效率不高。為提高處理效率，一般采用混凝／絮凝／沉淀與氧化或吸附等方法聯(lián)合使用［4］。本文采用混凝沉淀和吸附聯(lián)合使用的方法對該選礦廢水進行處理，選取自主研發(fā)的CSP-12為混凝劑、碳酸鈉為沉淀劑、活性炭為吸附劑，通過正交實驗法研究各藥劑用量對Ca2＋和COD去除效果的影響，以獲取最佳的混凝沉淀和吸附工藝條件，以期為該工藝技術(shù)的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實驗用水

實驗用水取自郴氟螢石選廠綜合尾礦水，現(xiàn)場取樣后將水樣裝入聚乙烯塑料桶中，密封后迅速送往實驗室，低溫暗處保存。實驗開始前強烈攪拌混勻水樣并恢復至室溫，水樣水質(zhì)分析結(jié)果見表1。

表1 水質(zhì)分析結(jié)果

1.2 實驗藥品與儀器

實驗藥品：混凝劑CSP-12為自主研發(fā)的有機高分子藥劑；吸附劑木制活性炭為工業(yè)品，沉淀劑碳酸鈉以及其他藥劑氫氧化鈉、乙二胺四乙酸二鈉、碳酸鈣、鈣羧酸均為分析純試劑。

實驗儀器：pH計（雷磁，PHS－3C），恒溫多頭磁力攪拌器（江蘇科析儀器，HJ－4A（數(shù)顯控溫）），電子分析天平（上海浦春計量儀器，F(xiàn)A2204），多參數(shù)水質(zhì)分析儀（連華科技，5B－6C（V8））。

1.3 檢測項目及分析方法

采用《水質(zhì)鈣的測定EDTA滴定法》GB／T 7476—1987測定廢水中Ca2＋含量；采用多參數(shù)水質(zhì)分析儀測定廢水中COD含量。

1.4 實驗方法

采用混凝沉淀-吸附法處理選礦廢水。取200 mL選礦廢水于500 mL燒杯中，加入碳酸鈉充分攪拌至溶解，再加入CSP-12繼續(xù)攪拌均勻，靜置5～10 min，待沉淀分層，取上清液加入活性炭，放置于攪拌器上攪拌45 min，過濾，取水樣測定Ca2＋含量和COD含量。

1.5 正交實驗設(shè)計

通過單因素實驗知，CSP-12用量、碳酸鈉用量以及活性炭用量對混凝沉淀效果和吸附效果的影響較顯著。因此選取CSP-12用量（A）、碳酸鈉用量（B）和活性炭用量（C）3個因素為正交實驗因子，各因子水平選定為3個，以Ca2＋去除率和COD去除率為實驗評價指標，選用L9（34）型正交表進行正交實驗［5－6］。各因素及水平取值見表2。

表2 各因素及水平取值

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實驗結(jié)果

正交實驗結(jié)果見表3。由表3可知，Ca2＋去除率隨碳酸鈉用量增加而增加，與CSP-12用量和活性炭用量基本無關(guān)。而COD去除率與活性炭用量密切相關(guān)，與CSP-12用量有一定關(guān)系，與碳酸鈉用量無關(guān)。

表3 正交實驗結(jié)果

2.2 極差與方差分析

Ca2＋去除率極差及方差分析結(jié)果分別見表4和表5。由表4可知，CSP-12用量、碳酸鈉用量、活性炭用量極差分別為1.54、61.27和0.64，故碳酸鈉用量對Ca2＋去除率的影響最大，其次為CSP-12用量和活性炭用量。表5結(jié)果也表明，碳酸鈉用量的F＞F0.01，CSP-12用量和活性炭用量的F＜F0.1，說明碳酸鈉用量對Ca2＋去除率有極顯著影響，CSP-12用量和活性炭用量對Ca2＋去除率的影響不顯著。同時，根據(jù)分析可知，去除Ca2＋的最佳工藝方案為A3B3C3，即CSP-12用量12 mg／L、碳酸鈉用量900 mg／L、活性炭用量200 mg／L。

表4 評價指標Ca2＋去除率極差分析結(jié)果

表5 評價指標Ca2＋去除率方差分析結(jié)果

COD去除率極差及方差分析結(jié)果分別見表6和表7。由表6可知，CSP-12用量、碳酸鈉用量、活性炭用量的極差分別為5.67、1.14和12.48，對廢水中COD去除率的影響順序為：活性炭用量＞CSP-12用量＞碳酸鈉用量。說明活性炭用量對COD去除率的影響最大，其次為CSP-12用量和碳酸鈉用量。再由表7可知，活性炭用量的F＞F0.05，說明活性炭用量對COD去除率有很顯著影響，而碳酸鈉用量的F＜F0.1，說明碳酸鈉用量對COD去除率影響不顯著，CSP-12用量的F＞F0.1，說明CSP-12用量對COD去除率存在一定影響。同時根據(jù)分析可知，去除COD的最佳工藝方案為A3B3C3，即CSP-12用量12 mg／L、碳酸鈉用量900 mg／L、活性炭用量200 mg／L。

表6 評價指標COD去除率極差分析結(jié)果

表7 評價指標COD去除率方差分析結(jié)果

2.3 驗證實驗

按照正交實驗得到的最優(yōu)實驗條件為：CSP-12用量12 mg／L，碳酸鈉用量900 mg／L，活性炭用量200 mg／L。這個最優(yōu)實驗條件不包含在正交實驗的9組實驗中，因此，按最優(yōu)實驗條件進行驗證實驗，在此條件下進行了3組平行實驗，實驗結(jié)果取平均值，得到Ca2＋去除率91.26%、COD去除率60.54%，驗證實驗結(jié)果與正交實驗結(jié)果基本一致，說明該方法能較真實地反映各影響因素對該螢石選礦廢水中Ca2＋去除率和COD去除率的影響，具有一定的應(yīng)用價值。

3 結(jié) 論

1）采用正交實驗法優(yōu)化螢石選礦廢水處理實驗中各影響因子對Ca2＋去除率的影響順序為：碳酸鈉用量＞CSP-12用量＞活性炭用量；對COD去除率的影響順序為：活性炭用量＞CSP-12用量＞碳酸鈉用量。

2）采用混凝沉淀-吸附法處理螢石選礦廢水的最優(yōu)實驗條件為：混凝劑CSP-12用量12 mg／L，沉淀劑碳酸鈉用量900 mg／L，吸附劑活性炭用量200 mg／L。在此條件下進行驗證試驗，螢石選礦廢水中Ca2＋去除率91.26%，COD去除率60.54%。驗證實驗結(jié)果與正交實驗結(jié)果基本一致。