混凝沉淀法处理含铅矿坑涌水

1、化工进展化工进展2015年第34卷第6期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS1799?化工进展化工进展混凝沉淀法处理含铅矿坑涌水杨婷婷，徐晓军（昆明理工大学环境科学与工程学院，云南昆明650500）摘要：实验采用常见的聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚丙烯酰胺（PAM ）通过烧杯混凝实验进行 除铅，比较了 3种絮凝剂对矿坑涌水中铅的去除效果；进而比较了 3种絮凝剂分别组合之后对铅的去除效果， 筛选出既高效又经济的混凝剂组合，并最终确定混凝剂组合为PFS和PAM。并且考察了投加顺序和pH值对组合混凝剂除铅效果的影响。结果表明：分别在最佳

2、PAC、PFS投药条件下与PAM混用，对含铅矿坑涌水的处理效果要比单独使用 PAC、PFS任何一种絮凝剂效果好，PAM有利于提高PAC、PFS对铅的去除率。PFS与PAM组合除铅最佳工艺条件为：pH值为9.5，PFS投加量200mg/L，PAM投加量1mg/L，投加顺序为快速搅拌时投加PFS，慢速搅拌时投加 PAM，混凝反应时间14min，静沉15min，含铅矿坑涌水经该工艺处理后，铅去除率可 达99.05%，出水铅浓度降至 0.238mg/L，达到国家污水综合排放标准（GB8978 1996）。关键词：矿坑涌水；混凝；铅中图分类号：TQ 027.1文献标志码： A文章编号：1000 - 66

3、13 （ 2015） 06 - 1799 - 05D0I : 10.16085/j.issn.1000-6613.2015.06.047Treatme nt of Lead-c ontaining mine pit water discharge by coagulati on andsedime ntati on processYANG Tingting，XU Xiaojun(Faculty of Environmental Science and Engineering, Kunming University of Science and Technology， Kunming650500

4、，Yunnan，China)Abstract : This research designed an experiment using polyaluminium chloride ( PAC) and polymeric ferric sulfate ( FPS) ，polyacrylamide ( PAM ) by beaker coagulation experiment to compare the three types of floccula nts in the removal of lead in mine pit water discharge. The removal re

5、sults from three floccula nts were compared ， coagula nt comb in ati ons were scree ned based on effective ness and econo mic， and PFS and PAM were determ ined to be the coagula nt comb in ati on. Un der the best PAC， PFS dosing conditions combined with PAM ，the treatment effects of lead was better

6、than using PAC or PFS alone. The added PAM improved the PAC and PFS for lead removal. The optimum lead removal conditions with PFS and PAM were at pH of 9.5， PFS dose of 200mg/L， and PAM dose of 1mg/L.The order of the experimental steps was : Rapid stirring dosing PFS followed by PAM at the slowing

7、stirri ng at coagulati on react ion time of 14 min and precipitati on time of 15m in. The removal rate of lead could reach 99.05% and the concentration of lead in effluent water was 0.238mg/L meeting the standard of Integrated Wastewater Discharge Standard (GB8978 1996).Key words : mine pit water di

8、scharge; coagulation ； lead化工进展化工进展铅是自然界分布很广的元素，也是工业中常使 用的元素之一。铅及其可溶性铅盐均有毒性，含 铅废水对人体和动植物都有严重危害2-3。随着工业化发展，人们对含铅废水的处理日益重视。因此， 采用何种方法处理含铅废水成为重要的研究课题。收稿日期：2014-10-24；修改稿日期：2014-11-23。第一作者：杨婷婷（1990），女，硕士研究生。联系人：徐晓军，教 授，博士生导师。E-mail 847614672。化工进展化工进展?19201nHoustJj AI rishis rcstsrvtjdnki.nl1800?化 工 进 展2

9、015年第34卷近年来，国内外对含铅工业废水净化技术的研 究主要集中在化学法、物理法和生物法三大方面。 实际含铅废水处理中常用的方法有化学沉淀法、电 解法、高分子重金属离子捕集剂法、吸附法、离子 交换法、膜分离法等。几种含铅废水的处理工艺 各有其优缺点。例如电解法，该方法虽然工艺成熟， 占地面积小，能回收纯金属，但由于其电流效率低， 耗电量大，废水处理量小，因此考虑到成本等诸多 因素，很难应用于工业含铅废水的处理 5-8。而对于 工业废水，絮凝沉淀法除铅效果显著，更适合用于 工业废水中铅的去除。本文采用混凝法处理该含铅 矿坑涌水，重点比较了聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚丙烯酰胺

10、（PAM ）及3种絮凝 剂组合使用对矿坑涌水中铅的吸附性能9。实验结果显示，3种絮凝剂对矿坑涌水中的铅均有一定的 去除效果，絮凝去除率大小依次为PFS>PAC>PAM，由于聚丙烯酰胺不易单独使用且成本过高、 聚铝存在残留铝及成本比聚铁高等因素，因此在水 处理中使用聚铁具有一定的优势。实验表明，聚铁 与聚丙烯酰胺联合复配使用效果更佳。1实验部分1.1原水水质分析实验原水为实际含铅矿坑涌水，取自云南某金 矿矿坑涌水。该金矿矿坑涌水水质分析结果及 GB8978 1996中污水一级排放标准见表 1。原水水 样表面呈浅灰褐色，水中悬浮微细矿物颗粒呈浑浊 状，搅拌时无恶臭气味。表1实验原矿坑涌

11、水水质及污水排放标准水质Pb质量浓度/mg?_-1SS/%pH值矿坑涌水水质25.11107.58排放标准V1v 70 691.2实验内容取200mL含铅矿坑涌水于干净的容积为 500mL的烧杯中，置于六联搅拌器平台上，加入一 定量的药剂；以300r/min快速搅拌2min使药剂和 废水充分混合反应， 继续以200r/min搅拌6min ,最 后以50r/min慢速搅拌6min 10-12;待反应结束后， 静置沉淀15min，抽取烧杯中的上清液（液面以下 23cm,抽取体积约100mL ）,进行消解处理后采 用火焰原子吸收光谱法测定处理后废水上清液中铅 的含量。为比较各药剂及其组合的投加量对混

12、凝除铅的 影响并确定最佳工艺参数，这里采用铅去除率作为 指标，进行实验研究。1.3分析仪器与方法水质分析项目主要为铅、pH值。测试方法分别 为火焰原子吸收光谱法和便携式 pH剂法。主要仪 器有：六联定时搅拌机（ DBJ-621 ） 13-14、火焰原 子吸收光谱仪15、电子天平等。2试验结果及分析2.1 PAC投加量对除铅效果的影响在溶液自然pH值（pH=7.58）条件下，向含铅 矿坑涌水中加入不同量的 PAC。PAC投加量对混凝 除铅效果的影响如图1所示。由图1可知，随着絮凝剂投加量的不断增加， 絮体随之增多，静沉后上清液的透明度也随之增强， 说明沉降性能提高，同时废水中铅的去除率也不断 升

13、高16。当絮凝剂的投加量为 200mg/L时，铅的去 除率较高，但在此基础上继续投加絮凝剂，铅的去 除率则无明显变化趋势且趋于稳定。并且PAC呈黄 褐色透明液体，投加过量会使出水色度增加。故选 择200mg/L为最佳投加量，铅的去除率达77.01% ,出水铅浓度为5.77mg/L。2.2 PFS投加量对除铅效果的影响在自然pH值（pH=7.58）条件下，向含铅矿坑 涌水中加入不同量的 PFS。PFS投加量对混凝除铅 效果的影响如图2所示。由图2可知，随着PFS投加量的增大，铅的去 除率逐渐升高。当PFS投药量在50200mg/L范围 内时，铅去除率增大幅度较大，故在此阶段PFS投1800?化

14、工 进 展2015年第34卷1800?化 工 进 展2015年第34卷7199-2015 ChiiaunWfeCnki-nisl第6期杨婷婷等：混凝沉淀法处理含铅矿坑涌水? 1801?絮凝剂最适投药量范围/mg?_-1最佳投药量/mg?_-1铅的去除率/%PAC150300200 77.01PFS200250200 86.38PAM161 64.83表2 4种混凝剂的控制条件及处理效果铅的去除率达64.83%，但不宜单独使用。2.4 3种混凝剂的比较和选择根据上述研究，对 3种混凝剂的控制条件及处 理效果总结如表2。第6期杨婷婷等：混凝沉淀法处理含铅矿坑涌水? 1801?第6期杨婷婷等：混凝沉

15、淀法处理含铅矿坑涌水? 1801?加量对铅去除效果影响最大。当投加量为250mg/L时，随着PFS投加量的增大，铅去除率上升幅度变 小，铅去除率保持在 87.46%。由图2结果可知，当加入适量的PFS时，混凝过程中多铁核胶体以及产生的氢氧化铁沉淀对铅具 有较强的吸附作用。当 PFS投加量增加，废水中的 多铁核胶体和氢氧化铁沉淀物也随之增加，铅的去 除率增大。当PFS投加量到达一定值后，再增加其 用量对铅的去除率影响不大，这是由于PFS水解呈酸性，PFS投加量增加，废水中的酸性增强，会影 响溶液中沉淀物颗粒的沉降17。故选择200mg/L为 最佳投药量，此时铅的去除率达 86.38%,出水浓度

16、为 3.419mg/L。2.3 PAM 投加量对除铅效果的影响在自然pH值（pH=7.58 ）条件下，向含铅矿坑 涌水中加入不同量的 PAM。 PAM投加量对混凝除 铅效果的影响如图3所示。由图3可知，铅的去除率呈降低趋势，去除率 降低的原因可能是絮凝剂投加过量，导致已经絮凝 形成的絮体由于过量絮凝剂的加入，再次形成稳定 的分散体系，致使上清液中悬浮的细小絮体增多， 导致铅的去除率降低18。故最佳投药量为1mg/L，在3种混凝剂的最优条件下可以看出对含铅矿 坑涌水去除率的差别，按由高到低的顺序依次为 PFS>PAC>PAM。因此，从处理效果来看，聚合硫 酸铁是混凝处理含铅矿坑涌水的

17、最佳选择。2.5 在最佳PAC、PFS条件下，投加 PAM混凝处 理含铅矿坑涌水2.5.1 PAM 投加量对絮凝剂除铅效果的影响在自然pH值（pH=7.58 ）条件下，PAC、PFS 投加量分别为200mg/L两种情况下，分别向含铅矿 坑涌水中各加入不同量的PAM。PAM投加量对混凝除铅效果的影响如图 4所示。由图4可知，在PAC、PFS最佳投药量下配合 投加PAM，可以提高单独使用 PAC、PFS对含铅 矿坑涌水的处理效果，且在相同条件下 PFS与PAM 配合使用效果要优于 PAC与PAM。在PFS投加量 为200mg/L、PAM投加量为1mg/L时，铅的去除率 达97.05%，出水浓度为0

18、.7404mg/L，达到国家规定 的出水排放标准。PFS和PAM联合起来复配使用，利用无机高 分子混凝剂的高正电荷密度和有机高分子混凝剂的 桥连作用，两者产生协同作用，能够有效提高混凝 处理能力，并且达到节省成本的目的。第6期杨婷婷等：混凝沉淀法处理含铅矿坑涌水? 1801?第6期杨婷婷等：混凝沉淀法处理含铅矿坑涌水? 1801?1201叫.*富80 斗604020 PAMSPFS_ RAM-bPAC1 1 .23p.w投幻品巧丁 r 1斗图4 最佳PAC、PFS条件下不同PAM投加量铅的去除率7199-2015 ChiiaunronJiAl riDkl.rii!L? 1802?化 工 进 展

19、2015年第34卷? 1802?化 工 进 展2015年第34卷通过实验发现，单独使用PAC或PFS时，生成的絮体较小，且松散易碎，随着投加量的增加， 形成絮体的大小及密实程度均无明显变化，且不易 沉降。当加入PAM后，在PAC或PFS相同投加量 的情况下，形成的絮体较单独使用PAC或PFS时大而密实，且絮体在轻微扰动下不会出现碎裂上浮 现象。这主要是由于PAC/PFS是一种无机高分子化 合物，在水中发生水解聚合作用，生成多种形态的 聚合羟基，这些带高电荷的多核羟基络合物具有较 强的电中和能力，可中和带负电荷的悬浮颗粒，并 促使其凝聚。但其缺点在于架桥功能相对较弱，形 成的絮体蓬松且沉降速度缓

20、慢 19-20 oPAM具有非离 子型胺基，是一种水溶性高分子化合物，能广泛分 布于水中，在颗粒之间起链接架桥作用，使松散的 絮体形成比较大的絮团，从而加快了絮凝沉降速度， 提高了混凝沉淀效果，增强了对铅的网捕卷扫作 用21。因此，增加PAM的使用，其起到的助凝效 果可以提高聚铁与聚铝的除铅性能。 2.5.2投加顺序对絮凝剂除铅效果的影响PAM起到助凝除铅的效果，其与混凝剂 或PFS的投加顺序是决定混凝效果好坏的关键。图5相同条件下投加顺序对除铅效果的影响铅的去除率，比PAC单独使用效果好（铅的去除率 78.36%），但没有PFS单独使用效果好（铅的去除 率 87.46%）。2.7在最佳PFS

21、+PAM投药量下，进行pH值条件 试验设定PFS投加量为200mg/L , PAM 投加量为1mg/L ,体系pH值对混凝除铅效果的影响如图6所示。PAC如果同时投加 PAC （或PFS）与PAM ,贝U PAC或PFS 中铁离子或铝离子的一些水解中间形态可能与 PAM发生混凝作用，从而降低混凝除铅效果21。在自然pH值（pH=7.58 ）条件下，PAC投加量 为200mg/L , PFS投加量为200mg/L , PAM投加量 为1mg/L，设置混凝剂投加顺序分别：快速搅拌 时投加PAC或PFS，慢速搅拌时投加 PAM ;快 速搅拌时同时投加 PAC （或PFS）与PAM。由图5可知，在相同

22、条件下，投加顺序要好 于投加顺序，即快速搅拌时投加 PAC或PFS、慢 速搅拌投加PAM的顺序对铅的去除效果优于在快 速搅拌时将药剂同时投加的顺序。这可能是因为当 先投加PAC或PFS 一段时间再投加 PAM时，由于 无机絮凝剂的先投加，水体中已经形成了细小的矶 花颗粒，当再投入 PAM时，PAM能很好地发挥吸 附架桥与网捕卷扫作用， 形成较大絮体，加速下沉， 从而增强无机絮凝剂与有机絮凝剂的协同作用，提 高混凝除铅效果。2.6 PAC、PFS混合使用在自然pH值和 PAC、PFS最佳投药量 （200mg/L ）的条件下，按 对铅的去除率为 81.51%。 混合使用（200mg/L、2 :pr

23、riri图6 pH值对混凝除铅效果的影响由图6可知，铅去除率随 pH值的增加先缓慢 升高后降低，当体系pH值为9.5时，除铅效果最佳， 铅的去除率达到 99.05%,出水铅浓度为0.238mg/L , 符合国家污水综合排放标准（Pbw 1mg/L ）。3结论（1）采用PAC混凝剂除铅时， 除率随PAC投加量的增大而增高， 的最佳工艺条件为：PAC投加量为 去除率达到77.01%，出水铅浓度为（2）采用PFS混凝剂除铅时，废水中铅的去PAC混凝除铅200mg/L，铅的 5.77mg/L。最佳工艺条件>194-2015 (oun2 : 1的比例进行投加, 其结果表明：1）在一定程度上提高了P

24、AC、 PFS为：PFS投加量为200mg/L，铅的去除率达 86.38% , 出水铅浓度为3.419mg/L。（3）采用PAM混凝剂除铅时，最佳工艺条件H0Uiltki net第6期杨婷婷等：混凝沉淀法处理含铅矿坑涌水? 1803?为：PAM投加量为1mg/L，铅的去除率达64.83%, 但不宜单独使用。(4 )综合分析3种絮凝除铅剂，最佳组合及工 艺条件为：pH值为9.5，PFS投加量为200mg/L， PAM投加量为1mg/L，投加顺序为快速搅拌时投加 PFS，慢速搅拌时投加PAM，铅的去除率可达99.05%，出水铅浓度为 0.238mg/L，达到污水综合 排放标准(GB8971996

25、)中铅作为第一类污染物 最高允许排放浓度(1mg/L )的标准。参考文献1张少峰，胡熙恩.含铅废水处理技术及其展望J.环境污染治理技术与设备，2003 (11) : 68-712陈丽春，龚起.电池生产含铅废水处理技术研究J.环境科学与管理，2009, 34 (1) : 101-103.3沈黎，孙勇，熊大民.含铅废水处理技术研究展望J.南方金属,2010(2)： 9-12.4 石书柳，吴丽梅，廖立兵.赤铁矿对模拟污水中重金属铬(可)离子的吸附及固定化J.化工进展，2013，32 (8): 1949-1954.5 李贺敏，谭树波.水处理絮凝剂的研究与发展趋势J.化工时刊， 2008, 22 ( 1

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