隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)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。由于選礦工藝需要使用大量的水和多種化學(xué)藥劑，一旦釋放到自然環(huán)境中就會引起一系列環(huán)境問題。因此，對選礦廢水的研究已經(jīng)成為改善礦區(qū)污染狀況的重點(diǎn)方向。
選礦廢水普遍具有水量大、有害物質(zhì)種類多、含有多種重金屬等特點(diǎn)。其含有的重金屬毒性強(qiáng)、濃度低、易遷移和轉(zhuǎn)化且不能被生物降解，能長期以一種或多種形態(tài)存留與環(huán)境中，不斷通過生物體富集作用進(jìn)入到人體，最終危害人類身體健康。根據(jù)礦產(chǎn)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。目前主要采用絮凝沉淀法對選礦廢水中的重金屬離子進(jìn)行去除。
絮凝沉淀法具有去除效果好、方法簡便、易操作、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是目前最常用的去除選礦廢水中重金屬離子的方法之一。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(yīng)條件下絮凝處理效果也不相同。因此，根據(jù)選礦廢水的種類，選擇最適的工況條件，不僅可以節(jié)約資源，提高處理效率，還可以避免因絮凝劑投加不當(dāng)造成的二次污染問題，保護(hù)礦區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境的安全。
一、實(shí)驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)用絮凝劑，所有試劑均為分析純。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)采用控制變量法。室溫下(20±5)℃，通過單因素控制實(shí)驗(yàn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，分析各重金屬離子去除效果最適的實(shí)驗(yàn)條件。
1.3 實(shí)驗(yàn)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(yīng)后的濾液稀釋后采用原子吸收分光光度計(jì)(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(jì)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(yīng)后重金屬離子濃度，mg/L。
二、結(jié)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100mg/L的含兩種重金屬離子的模擬選礦廢水100mL置于燒杯中，用1mol/L的HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)廢水pH值為4~9后，分別加入1g/L的單一絮凝劑，先以300r/min快速攪拌2min，再以150r/min慢速攪拌10min，最后靜置沉淀10min，取上清液經(jīng)0.45μm濾膜過濾后，分析濾液中重金屬離子的剩余濃度。結(jié)果如圖1所示。
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(dāng)pH小于7時(shí)，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(dāng)pH小于6時(shí)，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(dāng)pH小于8時(shí)，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?yàn)殇\離子在酸性條件下不易生成沉淀物。因此，pH為7是能同時(shí)去除模擬銅鉛廢水中銅離子和鉛離子的最佳pH值，當(dāng)溶液pH大于等于7時(shí)，大部分銅離子和鉛離子以氫氧化物沉淀的形式出現(xiàn)，當(dāng)溶液pH小于7時(shí)，加入PAM對同時(shí)去除銅離子和鉛離子的效果最好，pH為8是能同時(shí)去除模擬銅鋅廢水中銅離子和鋅離子的最佳pH值，當(dāng)溶液pH大于等于8時(shí)，大部分銅離子和鋅離子以氫氧化物沉淀的形式出現(xiàn)，當(dāng)溶液pH小于8時(shí)，加入PAM對同時(shí)去除銅離子和鋅離子的效果最好，pH為9是能同時(shí)去除模擬銅廢水中銅離子的最佳pH值，當(dāng)溶液pH小于9時(shí)，空白絮凝劑對同時(shí)去除銅離子的效果最好，pH為8是能同時(shí)去除模擬鉛鋅廢水中鉛離子和鋅離子的最佳pH值，當(dāng)溶液pH大于等于8時(shí)，大部分鉛離子和鋅離子以氫氧化物沉淀的形式出現(xiàn)，當(dāng)溶液pH小于8時(shí)，無絮凝劑下對同時(shí)去除鉛離子和鋅離子的效果最好，pH為9是能同時(shí)去除模擬鉛廢水中鉛離子的最佳pH值，當(dāng)溶液pH小于9時(shí)，空白絮凝劑對同時(shí)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(dāng)溶液pH小于9時(shí)，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100mg/L的含三種重金屬離子的模擬選礦廢水100mL置于燒杯中，用1mol/L的HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)廢水pH值為4~9后，分別加入1g/L的單一絮凝劑，先以300r/min快速攪拌2min，再以150r/min慢速攪拌10min，最后靜置沉淀10min，取上清液經(jīng)0.45μm濾膜過濾后，分析濾液中重金屬離子的剩余濃度。結(jié)果如圖2所示。
由圖2可知，在模擬廢水中，pH≤8，加入PAM是能同時(shí)去除模擬銅鉛鋅廢水中銅離子、鉛離子和鋅離子的最佳實(shí)驗(yàn)條件。pH為7是去除廢水中銅離子的最佳pH值，當(dāng)pH小于7時(shí)，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(dāng)pH小于6時(shí)，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(dāng)pH小于8時(shí)，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?yàn)殇\離子在酸性條件下不易生成沉淀。
三、結(jié)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(shí)去除模擬銅鉛廢水中銅離子和鉛離子的最佳實(shí)驗(yàn)條件，pH≤8，加入PAM是能同時(shí)去除模擬銅鋅廢水中銅離子和鋅離子的最佳實(shí)驗(yàn)條件，pH≤9，無絮凝劑時(shí)能去除模擬銅廢水中銅離子的最佳實(shí)驗(yàn)條件，pH≤8，無絮凝劑時(shí)能同時(shí)去除模擬鉛鋅廢水中鉛離子和鋅離子的最佳實(shí)驗(yàn)條件，pH≤9，無絮凝劑時(shí)能去除模擬鉛廢水中鉛離子的最佳實(shí)驗(yàn)條件，pH≤9，無絮凝劑時(shí)能去除模擬鋅廢水中鋅離子的最佳實(shí)驗(yàn)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(shí)去除模擬銅鉛鋅廢水中銅離子、鉛離子和鋅離子的最佳實(shí)驗(yàn)條件。( >
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