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关键词：
废水单因素正交试验混凝剂
EXPERIMENTALSTUDYONTREATMENTOFBENEFICIATION
WASTEWATERBYCOAGULATIONANDSEDIMENTATIONMETHOD
ABSTRACT
Abstract:
containingmineralprocessingreagents,variousharmfulsuspendedmatter,metalionsconcentrationinthewastewater,ifthedirectemissions,willcauseseriouspollutiontotheenvironment.Therefore,oredressingwastewatertreatmentisanindispensablelinkinthemineralprocessingindustry.Methodsinthisexperiment,polyaluminumchlorideandpolyacrylamidecoagulantsusedforprocessingexperimentalstudyonChengdeShuangluandistrictamineralprocessingwastewater.Usingsinglefactoranalysismethodtodeterminetheoptimalrangeofeachfactor,accordingtoorthogonalexperimenttodeterminethenon-ionicpolyacrylamidedosage0.5ml,polymerizationaluminumchloridedosage22mL,settlingtime5min,pHvalue6.7,canmakethetreatmentofsewagetransmissionratioreaches57.86%.Analysisshowedthatwaterquality,bettereffluentqualitypolyaluminiumchlorideandnon-ionicpolyacrylamidecombinedusethansingleuseofpolyaluminiumchloridewaterquality,achieveindustrialdischargeandreuserequirements.
KEYWORDS:
beneficiationwastewatersinglefactororthogonaltestcoagulant
混凝沉淀法对选矿废水处理的实验研究
1前言
矿山是我国资源的重要来源地，在开采过程中需要大量的生产用水，同时也排放出大量废水，选矿废水是其重要的组成部分。
据估计，我国矿山的选矿厂，每年排放的废水约占全国工业废水总量的十分之一，是我国工业废水排放量最多的行业之一。
控制选矿厂废水的排放，提高废水的循环复用率，防止水对环境的污染和对生态平衡的破坏是当前世界各国共同关心的问题。
因此，如何有效地处理选矿废水是各个矿山长期以来必须解决的重大问题，也是选矿工艺中必须解决的技术难题。
而实行选矿废水循环使用是解决该难题的重要技术措施，也是实现选矿废水资源化综合利用的重要前提[1]。
我国的人口占世界总人口的五分之一，而耕地面积人平均不到1000m2，仅为世界人均耕地面积的27%，特别是我国的水资源又严重不足，鉴于此情况，选矿厂的废水治理就具有更加重大的意义[2]。
目前国内已开发出混凝法、酸碱中和法、化学氧化法、人工湿地法、吸附法等一系列选矿废水处理方法。
1.1选矿废水的特点及危害
选矿废水具有水量大、悬浮物含量高、含有害物质种类较多而浓度较低等特点。
选矿废水中含有各种选矿药剂（如氰化物、黑药、黄药等）、一定量的金属离子及氟、砷等污染物，若不经处理排入水体、危害很大，大量含有泥沙和尾矿粉的选矿废水可使整条河流变色。
选矿药剂是选矿废水中另一重要的污染物，浮选药剂一般都是有毒的，含浮选药剂的选矿厂废水进入自然水体后，会使鱼类及浮游生物受害。
另外，选矿厂废水的pH值往往高于或低于国家规定的排放标准，同样会对环境造成危害。
1.2选矿废水的处理方法
1.2.1混凝沉淀法
其基本原理就是在混凝剂的作用下，通过压缩微颗粒表面双电层、降低界面ζ电位、电中和等电化学过程，以及桥联、网捕、吸附等物理化学过程，将废水中的悬浮物、胶体和可絮凝的其它物质凝聚成“絮团”；
再经沉降设备将絮凝后的废水进行固液分离，“絮团”沉入沉降设备的底部而成为泥浆，顶部流出的则为色度和浊度较低的清水。
混凝沉淀去除的对象是二级处理水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物，从表观而言，就是去除污水的色度和混浊度。
混凝沉淀还可以去除污水中的某些溶解性物质，如砷、汞等，也能有效地去除能够导致流水体富营养化的氮和磷等。
混凝沉淀法中混凝剂的作用至关重要，常用的混凝剂有三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝、聚合氯化铝、有机高分子类等，与此同时，还常常加入一些助凝剂，常用的助凝剂有pH调整剂、絮体结构改良剂、聚丙烯酰胺（PAM）等。
以硫酸铝、三氯化铁和聚合硫酸铁三种混凝剂对某蓝晶石矿选矿废水进行处理实验研究。
考查了混凝剂种类及其性质、混凝剂用量、混凝剂与絮凝剂的联合使用、pH值、搅拌强度、搅拌时间以及沉降时间等因素，实验结果表明，硫酸铝为较佳混凝剂，最佳用量为40mg/L；
最佳混凝pH值为8.4，即原水的pH值；
40mg/L的硫酸铝投入原水后，按照正交实验确定的混凝水力条件和沉降时间，可使出水浊度从91.2NTU降至1.32NTU；
而在40mg/L的硫酸铝投入原水后，按照正交实验确定的非离子型聚丙烯酰胺用量0.25mg/L、混凝水力条件和沉降时间，则可使出水浊度降至0.23NTU。
孔令强[4]等比较了聚合硫酸铁、聚合氯化铝和明矾3种混凝剂对蒙自铅锌矿选矿废水的处理效果，结果表明，聚合硫酸铁、聚合氯化铝和明矾都可以通过混凝使废水金属离子含量明显降低，而聚合硫酸铁是其中的最佳选择。
为强化混凝效果，将助凝剂聚丙烯酰胺与聚合硫酸铁配合使用，通过混凝沉降去除废水中的金属离子，然后再用活性炭吸附废水中的残留有机药剂，使废水的金属离子含量和化学耗氧量均达到了排放标准。
采用处理后的废水对蒙自铅锌矿矿石进行铅锌浮选试验，获得了与采用新鲜水时相近的选别指标，证明处理后废水完全可以回用于选矿生产。
陈伟[5]等采用调pH值—氧化混凝—催化氧化吸附—回用的技术路线;
通过调整废水pH值，采用硫酸亚铁作为混凝药剂，通过絮凝和氧化作用去除废水中重金属离子和选矿药剂，通过催化氧化吸附去除残留的选矿药剂和Fe2+。
处理后的废水无色、无刺激性气味，既能满足选矿工艺用水水质要求，又满足GB8978—1996一级排放标准的要求。
具有显著的环境效益和经济效益，具有良好的推广应用价值。
郭朝晖[6]等通过优化聚硅酸硫酸铝铁中铝硅铁比，配制适宜的聚硅酸硫酸铝铁絮凝剂并进行钨铋选矿废水处理，为多金属矿选矿废水稳定达标排放提供技术依据。
研究结果表明：
在w（SiO2）=2.0%，n（Fe+Al）/n（Si）=2:
1，n（Fe）/n（Al）=1:
1的适宜配比下制得的聚硅酸硫酸铝铁絮凝剂，在1.5%投加量下，可使钨铋选矿废水浊度去除率达95%以上，处理后废水浊度为70NTU；
COD去除率达70%，处理后废水中COD含量为72mg/L；
As，Be和Pb去除率均达90%以上，处理后废水中As，Be和Pb质量浓度分别为34，0.2和13μg/L，处理后废水达到GB8978—1996（《污水综合排放标准》）一级标准。
王秋林[7]等针对陕西大西沟菱铁矿选矿废水的特点，研究了外加石灰乳和不同絮凝剂（比如:
聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、淀粉、明矾等）配比的絮凝沉降效果，结果表明:
添加石灰乳和絮凝剂聚丙烯酰胺处理选矿废水,净化后水质远低于废水综合排放标准5GB8978-19966一级标准。
石敏[8]等针对某钼矿选矿厂浮选废水，研究了不同混凝剂、不同pH值和不同水力条件下废水处理后的浊度和COD。
实验结果表明，在最佳水力条件下，原水pH不调整，以APAM-A为絮凝剂，以PAC为凝聚剂，其用量分别为15g/t，750g/t时，处理后上清液浊度为25NTU，COD小于30mg/L。
浮选废水经处理后回用于选矿浮选流程，大大改善了选矿指标。
张亮[9]等采用絮凝沉淀加BAF工艺处理某大型煤矿废水，使出水水质优于生活杂用水水质标准CJ25.1－89，COD稳定在30mgL-1以下，SS质量浓度稳定在10mgL-1以下，水回用率达100%。
运行结果表明，采用该工艺处理煤矿废水并回用，在技术和经济上可行。
刘俊[10]等采用铁氧体（Fe3O4）配合聚合氯化铝（PAC）进行低温低浊水（T＜10℃，浊度＜40NTU）的实验研究，实验结果表明PAC为30mg/LFe3O4为0·
004mg时为最佳投药量。
混凝沉淀法效率高、成熟、稳定、操作较简单、电耗较低。
但投入过多的药剂时药剂本身也对水体造成污染（增大COD含量等等），水质不同，最佳的投药量也各不相同，必须通过实验确定，同时占地面积较大，污泥需经浓缩后脱水。
1.2.2酸碱废水中和处理法
废水中和处理法是废水化学处理法之一，其基本原理是使酸性废水中的H+与外加OH－或使碱性废水中的OH－与外加的H+相互作用，生成弱解离的水分子，同时生成可溶解或难溶解的其他盐类，从而消除它们的有害作用。
对于酸性废水，常用的中和剂有石灰、石灰石、白云石、苛性钠、碳酸钠等。
但是，若在工厂附近有碱性废水和碱性废渣，应优先考虑利用这些废水和废渣来中和处理酸性废水。
对于碱性废水，常用的中和剂有各种无机酸，如H2SO4，HCl，HNO3，但是HCl和HNO3的价格较贵，腐蚀性强。
故一般常用H2SO4，如能利用烟道气中的SO2和CO2做中和剂则更经济。
若选矿厂附近有酸性矿山废水或废电解液可用作碱性废水的中和剂，则优先考虑采用以废治废的中和处理方案。
采用“酸碱中和-混凝沉淀”组合工艺处理煤矿灯房含酸、含铅废水,该工艺是在酸性废水中投加苛性钠，使废水pH控制在9，其中溶解铅形成氢氧化铅沉淀。
在水泵提升过程中投加絮凝剂，利用水泵的叶轮混合搅拌，进入一体化设备，完成混凝反应、沉淀、污泥浓缩等工艺。
废水治理后出水pH分别达到7.6，SS达到110mg/L，处理效率为63.33%，Pb浓度为0.6mg/L，处理效率99.67%，达标排放。
研究了一种新型的废水处理纯水制备一体化系统，可将铜带漂洗废水用酸碱中和除去重金属离子，达到上海市工业废水排放标准。
针对含硫高的矿体开采过程中产生的有毒气体和热量,采取综合治理措施,在风机排风口设置一套石灰水喷雾中和装置,对排出的废气进行中和净化,取得了较为理想的治理效果。
排出的废气基本上达到了国家规定的排放标准。
邵坤[14]等介绍了使用两段中和法处理矿山酸性废水,首先用矿物或废渣作中和剂将废水的pH值调节到4.0左右,再用石灰乳进行中和。
试验结果表明,尾矿库废水pH值与重金属溶出量呈密切的指数负相关关系，pH值为6~7时，除Mn外，其他重金属浓度均达标排放，pH值接近9时，重金属均能达到国家一级排放标准。
吴兆清[15]采用石灰-铝盐两段净化工艺，对高浓度酸性含氟废水进行处理研究。
结果表明:
控制一段pH=11,沉淀1h,二段pH=6~8,A1/F=4,沉淀2h,处理后外排水中氟浓度小于10mg/L,达到国家排放标准。
该工艺简单可行、操作方便,经现场验证,效果良好。
雷兆武[16]等采用石灰调pH-铁屑置换-石灰沉淀处理工艺对废水进行试验,结果表明废水的pH在调至2.05时,废水中Cu2+浓度较高,在此pH值条件下,可以充分回收废水中的铜。
废水在经石灰沉淀沉渣回流工艺处理后,废水中的Cu2+浓度可降至0.5mg/L以下。
酸碱中和法是处理酸性矿山废水最常用的传统方法,具有工艺简单、操作方便、运行费用低等优点,但也存在结垢严重、沉淀污泥量大、易造成二次污染等弊端。
在处理酸性矿山废水时,为了提高处理效果,常将中和法与氧化法等其他方法结合使用。
1.2.3化学氧化法
化学氧化法是彻底去除废水中污染物的有效方法之一。
通过化学氧化,可以将液态或气态的无机物和有机物转化成微毒、无毒的物质,或将其转化成易于分离的形态,达到降低废水COD,BOD及毒性的目的。
处理废水常用的氧化剂有臭氧、高锰酸钾、次氯酸钠、过氧化氢、Fenton试剂等。
为实现工业废水的达标排放，对废水进行了Fenton催化氧化处理，研究了不同pH值、药液投加量、反应温度以及时间对Fenton氧化的影响，结果表明，反应时间越长，COD去除率越大，但在反应一段时间后，去除效果趋于平缓；
温度越高，COD去除率也明显增大，但在超过30℃之后，去除率变化趋于平缓，甚至稍有下降；
当pH值为3.0，Fe2+与H2O2体积比为1∶2，Fe2+的投加量为36mL时，废水的处理效果最好。
最后通过调整出水pH，絮凝处理进一步提高COD的去除率。
总结了化学氧化法对有机锡污水处理的方法，实验结果表明：
高锰酸钾氧化效果与浓度、反应时间、pH值等因素密切相关,随着高锰酸钾投加量增加、反应时间的延长,有机锡浓度降低,当高锰酸钾浓度增加时,直线斜率增加,但斜率变化并不大。
实验表明,高锰酸钾浓度在015~215mg/L时即可发挥氧化作用。
高锰酸钾在pH值8~9时对于有机锡污水氧化性最好。
介绍了环保型氢氧化镁的性能特征及其在含重金属离子工业废水中的应用情况。
与传统药剂相比，氢氧化镁由于其所特有的缓冲性能，已使原来应用于这一领域中的传统碱类物质暗然失色，大有取而代之的趋势。
李佩英[20]针对某铝制品锻造企业在生产过程中排放的含荧光液废水，经过混凝、沉淀、过滤+活性炭过滤后，色度仍然高达80~150倍，研究了以次氯酸钠为氧化剂的氧化法来进行脱色处理废水，结果表明：
在该荧光液废水处理系统排放水池增加NaClO投加点，投加2.5mL/L的NaClO，在pH值约7.6左右的情况下反应25min，废水出水色度降为35倍左右，色度去除率达到70%，满足国家《污水综合排放标准》（GB8978－1996）的一级标准要求。
采用NaClO来进行荧光液废水的氧化脱色是可行的。
1.2.4人工湿地法
人工湿地法是近年来国内外研究的重点，它具有出水性质稳定、基建和运行费用低、技术含量低、维护管理方便、抗冲击负荷强等诸多优点，其基本原理是利用基质、微生物，动植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化[21]，同时通过生物地球化学循环供给营养物质和水分促使植物生长，最终达到污水的资源化与无害化。
研究了在人工配制的污水中投入一定量的基质，不同条件下振荡培养沸石、炉渣和陶瓷滤料3种基质在不同因素影响下对氨氮（NH4+-N）和总磷（TP）的吸附能力。
结果表明，不同吸附时间时，沸石对NH+4-N的吸附效果最好，陶瓷滤料对TP的吸附效果最好；
进水浓度对沸石吸附NH+4-N的影响较大，其吸附量随进水浓度的增大而增大，进水浓度对炉渣和陶瓷滤料吸附NH+4-N及炉渣吸附TP影响不大；
3种基质对NH+4-N和TP的吸附量均是随吸附剂量的增加而降低，要达到较好的去污效果，应根据实验结果考虑基质投入量；
pH值对沸石吸附NH+4-N影响显著，pH值6~7范围内吸附效果最好，pH值8~12的碱性条件有利于基质对TP的吸附。
针对稀土低水平放射性废水的特点，采用人工湿地处理技术，研究表明稀土低水平放射性废水的人工湿地处理技术具有可行性和技术经济优势。
研究了立体式人工湿地在微污染源水体处理中的应用，结果表明，立体式人工湿地对微污染源水的净化处理技术是可行的，安全无污染，且成本较低、管理方便，在高温与低温季节均能够有效降低微污染源水中的SS、CODCr、NH3-N、TN、TP，出水基本能稳定达到地表水III类标准。
该研究为今后人工湿地+水下森林生态净化模式的构建、维持、运行以及推广应用提供了有益的参考。
卢守波[25]等采用新型微电场-人工湿地耦合工艺处理重金属废水，研究了不同运行条件下微电场-人工湿地耦合工艺去除重金属的特性,探讨了主要的去除机理。
不同重金属随进水浓度变化对去除率影响的效果不同,对Cu2+、Pb2+影响较小,对Cd2+和Zn2+影响较大。
pH对该工艺去除重金属有较大影响,选择系统进水以中性废水为宜。
电压对系统处理重金属废水的效果影响显著,随电压升高,重金属去除率均呈先增后减的变化趋势,电压为4V时去除效果较佳。
卢守波[26]研究了不同条件下水平潜流人工湿地对Cu，Pb，Cd，Zn四种重金属的去除效果，发现水力停留时间、入水pH值、入水浓度对人工湿地的去除效率有重要影响。
1.2.5吸附法
用固体吸附剂去除污水中污染物质的方法，称为废水处理的吸附法。
根据吸附剂类型不同可以分为材料吸附法和生物吸附法。
吸附法因其材料便宜易得、成本低、去除效果好而一直受到人们的青睐。
针对锑矿选矿废水中锑和丁基黄原酸钠严重超标的问题,用酸改性粉煤灰对其进行吸附处理。
试验结果表明当酸性粉煤灰与处理选矿废水的质量体积（g#mL-1）为1：
100,pH值为3,静置时间为4h时,废水中的锑可从28.611mg#L-1降到0.05mg#L-1以下,去除率达99.8%以上；
废水中丁基黄原酸钠可从0.1373mg#L-1降到0.02mg#L-1以下,去除率达95.0%以上。
韩跃新[28]研究了以黄铁矿为吸附剂、CN－为吸附质，考察了吸附时间、溶液pH值、黄铁矿用量等因素对吸附效果的影响，结果表明，黄铁矿对氰化钠的吸附很快，1min即达到吸附平衡，最大吸附负载达3.81mg/g，最大吸附率达到90.28%，吸附受pH影响很小；
氰根离子与黄铁矿有很强的键合吸附作用；
黄铁矿颗粒对氰根离子的吸附是以单分子层化学吸附为主的吸附过程。
研究了以改性笋壳为吸附剂去除废水中的铬离子，探讨振荡时间、吸附剂量、初始浓度、温度、pH对铬离子去除率的影响。
结果表明：
pH对铬离子去除率有很大影响，pH越低，吸附效果越好。
当温度为30℃，时间为1.5h、笋壳用量为0.5g、振荡时间为90min，铬离子吸附率可达40%以上。
宋卫锋[29]等研究了硫化矿浮选废水生物降解效能，采用序批式生物反应器（SBR）研究浮选废水的降解能力，探讨不同的运行条件对苯胺黑药、黄药及乙硫氮去除效果的影响。
实验结果表明：
经过24d的培养驯化，浮选药剂的降解达到预期效果；
SBR在HRT为2h，pH在6~7之间，葡萄糖投加量为0.1g/L时，降解效果达到最佳；
除此以外活性污泥对硫化物承受浓度可达到120mg/L。
目前处理矿山废水的方法主要有酸碱中和法、混凝沉降法、化学氧化法、人工湿地法和生物法5种。
酸碱中和法和混凝沉降法都具有工艺简单、操作方便、运行费用低等优点,但也存在结垢严重,沉淀污泥量大,易造成二次污染等弊端。
化学氧化法最显著的特点就是操作简单并能有效处理各种形态的污染物,但处理费用较高,因此很难在生产实践中推广应用。
人工湿地法具有投资低、操作简单、抗冲击能力强和运行费用低廉等优点,但占地面积大,易受外界环境的影响,对一些难处理的废水效果不佳,有一定的局限性。
微生物法作为一项新的实用技术,具有费用低、容易管理、适用性强、无二次污染、可回收短缺原料单质硫和一些重金属离子如铜、锌等优点,被越来越多地应用于废水处理中,但如何在常温下保持微生物的活性,如何消除重金属离子对微生物的抑制作用,以及微生物在废水处理中的作用机理等,都有待更深入的研究。
1.3课题研究的意义及内容
据估计，我国矿山的选矿厂，每年排放的废水中了约占全国工业废水总量的十分之一，是我国工业废水排放量最多的行业之一。
而实行选矿废水循环使用是解决该难题的重要技术措施，也是实现选矿废水资源化综合利用的重要前提。
我国的人口占世界总人口的五分之一，而耕地面积人平均不到1000m2，仅为世界人均耕地面积27%，特别是我国的水资源又严重不足，鉴于此情况，选矿厂的废水治理就具有更加重大的意义。
其中，混凝沉淀法相对于其他方法具有工艺简单、操作方便、运行费用低等优点，本课题在前人研究的基础上采用聚合氯化铝与聚丙烯酰胺混凝剂联合使用对承德市双滦区某矿选矿废水进行处理实验研究，通过正交实验确定出此方法对选矿废水处理的最佳工艺条件。
2实验部分
2.1选矿废水
实验所处理的废水为某选矿废水，选矿废水的各项性能指标如表2-1所示。
表2-1大庆原油性质
理化性能
指标
检测方法
密度/g·
cm-3
1.00212
GB/T1884-2000
浊度/NTU
5616
ISO7027—1984《水质—浊度的测定》
pH值
6.7
酸度计
COD/mg·
L－1
0.35
GB11914-89
2.2实验仪器
722型分光光度计：
上海精密科学仪器有限公司；
电动搅拌器：
山东鄄城新科教学仪器厂；
离心机：
上海化工机械厂；
分析天平：
烧杯、容量瓶、量筒、移液管、玻璃棒、锥形瓶、容量瓶等玻璃仪器若干；
2.3实验试剂
聚丙烯酰胺（分析纯），双滦建龙矿业有限公司；
聚合氯化铝（分析纯），瑞星工贸发展有限公司；
硫酸肼（分析纯）；
佳兴化工玻璃仪器工贸有限公司；
六次甲基四胺（分析纯）；
2.4实验原理
2.4.1聚合氯化铝（PAC）沉降原理
聚合氯化铝（PAC）的作用是通过它或者它的水解产物的压缩双电层、电性中和、卷带网捕以及吸附桥连等四个方面的作用完成的，将能被氧化剂氧化的有机颗粒物质沉淀下来过滤掉，从而降低了水中污染物的含量。
颗粒物质的沉
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