行 瑶，程爱华，刘 哲

(西安科技大学地质与环境学院，陕西 西安 710054)



强化混凝沉淀法处理铅锌矿尾矿废水中铅离子的研究

行 瑶，程爱华，刘 哲

(西安科技大学地质与环境学院，陕西 西安 710054)

采用“螯合+混凝+沉淀”工艺处理铅锌矿尾矿废水，以出水含铅量为考察指标，讨论了混凝剂的种类、投加量、强化剂的添加及其投加量等因素对强化混凝实验的影响。获得强化混凝实验的最佳工艺条件：尿素投加量为0.5～1mg/L，聚合硫酸铝(PAS)的投加量为2～3mg/L。该工艺可有效去除铅锌矿尾矿废水中的重金属铅，使其达到排放标准，且工艺简单，费用低廉，可推广使用。

铅离子；混凝沉淀；尿素；铅

铅锌选矿主要有破碎、磨矿、选矿、浓密、过滤等作业。处理1t矿石浮选法一般需用水4～6m3[1]，除去循环使用的水量，其余水伴随尾矿以尾矿浆的形式排放到尾矿库。选矿废水中重金属元素大都以固态物形式存在，一般采取物理沉降的方法即可避免重金属污染[2]。当矿浆pH值呈弱碱性时，尾矿水中重金属离子以氢氧化物的形式沉淀下来，一般不会超标[3]。当pH值呈强碱性时，重金属离子溶解增大，尾矿水中重金属离子超标，造成严重的环境污染[4]。

针对铅锌选矿废水中的污染物特性，通常采用的处理方法有：物理方法，如沉淀、浮选、过滤、吹脱等；化学方法，如中和、氧化还原、吸附等；生物化学方法，如好氧生物化学处理、厌氧生物化学处理等。杨婷婷等[5]采用PFS与PAM组合对含铅矿坑涌水进行混凝沉降，在最佳工艺条件下，铅去除率可达99.1%。严群等[6]采用混凝沉淀-活性炭吸附法对会理锌矿选矿废水进行净化处理，处理后废水中残留的浮选药剂、悬浮物以及重金属离子均有效去除。谢辉[7]使用水葫芦处理铅锌选矿废水，水葫芦能有效去除选矿废水中的Cu2+、Pb2+等，同时也能降解部分废水中的浮选药剂，但是只能在浮选药剂浓度很低时才能有较好的去除效果。国外也有很多选矿废水的治理与回收利用的实验研究，利用循环伏安法和微型浮选等技术对选矿废水进行处理，使选矿废水的综合利用率均达到75%以上[8-9]。

本项目采用强化混凝沉淀法对铅锌矿尾矿废水进行处理。即先在废水中加入强化剂，通过螯合作用去除部分Pb2+，然后加入混凝剂，强化Pb2+的去除效果。最终，对水中絮体进行沉淀，使得出水达到排放标准。本文选用的强化剂有Na2S、PEI和尿素，其中Na2S、PEI是常见的沉淀剂和螯合剂，尿素用于铅离子的去除未见报道，这为强化混凝沉淀法去除废水中铅离子的研究奠定基础。并且，这种“螯合+混凝+沉淀”综合废水处理工艺是一种更为经济有效的处理方法。

1 材料与方法

1.1 废水来源及特点

实验水样采自陕西某铅锌矿尾矿排水，该矿将所有生产废水排至尾矿库，经尾矿库自然澄清后直接排放，水质情况如下：pH=11～12，碱度为14.2～18.5mmol/L，Ca2+浓度为590～620mg/L，Pb2+浓度为9～12mg/L，Cu2+浓度为0.015～0.018mg/L，Zn2+浓度为0.086～0.092mg/L，COD为56～78mg/L。对照国家污水综合排放标准(GB8978-1996)，该废水呈碱性，铅离子浓度超标5～10倍，其余指标达标。

1.2 实验试剂

混凝剂：聚合硫酸铝(PAS)、聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)和聚合氯化铁(PFC)。

强化剂：重金属沉淀剂硫化钠(Na2S)、重金属螯合剂聚乙烯亚胺(PEI)及尿素(纯度为98.5%)。

1.3 实验步骤

取水样30mL置于烧杯中，加入一定量的强化剂，进行搅拌，再加入一定量的混凝剂，搅拌8min，静置沉淀1h，取上清液测采用火焰原子吸收光谱法测定处理后废水中铅的含量。确定最佳药剂及投加量。

2 结果与讨论

2.1 混凝剂种类对处理效果的影响

取4份30mL的水样(pH=11.87，Pb2+浓度为11.65mg/L)，分别加入浓度为100mg/L的PAS、PAC、PFS和PFC各5mg/L，进行混凝处理实验并测其含铅量，研究不同种类混凝剂对处理效果的影响，结果见图1。

由图1可知，在相同实验条件下，4种混凝剂对比，PAS的混凝效果最好，其出水Pb2+浓度为4.11mg/L，Pb2+去除率为64.72%。PAS是复合型高分子聚合物，吸附能力强，投入原水后形成的絮凝体大，沉淀速度快，活性高，过滤性好。PAS有极佳的触水分解性能[10]，当溶解于大量中性或微碱性的水中时，产生胶体沉淀Al(OH)3，进而产生絮凝作用，且絮凝效果明显。尤其对于含重金属和低浊度废水，其混凝效果优于其他混凝剂[11]。所以，选择PAS作为本次实验研究的混凝剂。

2.2 混凝剂投加量对混凝处理效果的影响

分别取30mL水样(pH=11.87，Pb2+浓度为11.65mg/L)置于烧杯中，分别加入2mg/L，4mg/L，6mg/L，7mg/L，8mg/L，9mg/L，10mg/L的PAS，搅拌、静置沉淀后，测定水中含铅量，结果见图2。

图1 不同混凝剂种类对混凝处理的影响

图2 PAS投加量对混凝处理的影响

由图2可知，PAS的最佳投加量应为2～4mg/L。为进一步细化PAS的最佳投加量，以原水pH=10.85，Pb2+浓度为9.76mg/L的水样进行混凝实验确定PAS最佳投加量，实验结果见图3。

由图3可知，PAS的投加质量浓度为2～3mg/L时，出水Pb2+的浓度为1.4～1.5mg/L，此时Pb2+去除率最大为85.66%～84.63%。所以，最终确定PAS的最佳投加量为2～3mg/L。此外，由于PAS显酸性，30mL水样投加2mg/L PAS后，其pH值变为4.65，所以水样不需要调节pH值。

2.3 强化剂对混凝处理效果的影响

虽然PAS对废水中重金属去除效果较好，但出水重金属浓度仍不达标，需要进行进一步的强化，本实验选用重金属沉淀剂Na2S，重金属螯合剂PEI及尿素作为预处理药剂，分别在等量水样(pH=11.03，Pb2+浓度为9.139mg/L)中投加1mg/L后搅拌，静置、沉淀后，测定其出水含铅量以及pH值。然后再分别加入2.5mg/L PAS，进一步测定出水含铅量以及pH值，其中，水样投加药剂前不调节pH值，实验结果见表1。

由表1分析可知，单独投加Na2S，PEI及尿素均可去除铅离子，但单独投加尿素时Pb2+去除率最大，可达87.5%。试验中观察到，加入尿素后，水样中会形成白色细小悬浮物。这主要是由于尿素中的氮元素主要以三价形式出现，外层电子中存在一个未成键孤对电子，可以和重金属形成配位键以去除金属离子。

但只在水样中加入尿素形成的絮体小，沉淀慢，不宜分离，需要后续投加PAS，这样一方面会形成大絮体，加速尿素形成的白色细小悬浮物的沉淀；另一方面水解产生的硫酸根可以和铅离子形成硫酸铅沉淀，强化铅离子的去除效果。并且，加入PAS可使水中pH值下降至9以下，可以达标排放。

由表1可知，“尿素+PAS”处理废水时出水的含铅量最低为0.52mg/L，Pb2+去除率最大为94.4%。另外，尿素价格低廉，考虑到成本，本实验确定尿素为最佳强化剂。因此，本试验确定“尿素螯合+PAS混凝+沉淀”作为铅锌矿尾矿废水处理的最佳工艺。

2.4 强化剂投加量对混凝处理效果的影响

在相同实验条件下，取等量水样(pH=11.60，Pb2+浓度为9.62mg/L)置于5个烧杯中，分别加入0.5mg/L，1mg/L，2mg/L，3mg/L，4mg/L的尿素，然后再加入2.5mg/L PAS，搅拌、静置沉淀后，测定出水含铅量，结果如图4所示。

表1 强化剂对混凝处理效果的影响

图3 PAS最佳投加量的确定

由图4可知，尿素的投加量为0.5～1mg/L时，出水Pb2+的浓度最小为0.51～0.52mg/L，此时Pb2+去除率最大为94.70%～94.59%。所以，尿素的最佳投加量为0.5～1mg/L，此时形成絮体小，沉淀慢，后续投加PAS，形成大絮体，沉淀后废水可以达标排放。

图4 尿素投加量对混凝处理效果的影响

3 结 论

经过实验研究，本项目确定“尿素螯合+PAS混凝+沉淀”作为处理铅锌矿尾矿废水中铅离子的最佳工艺，其最佳实验条件为：尿素投加量为0.5～1mg/L，PAS的投加量为2～3mg/L。在最优条件下，铅锌矿尾矿废水中重金属铅的总去除率达94%以上，出水水质达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996)。该工艺药剂用量少，处理效率高，出水水质稳定达标，运行管理方便，是一项经济有效的技术。

[1] 沈述保，唐明刚.含砷难处理金矿浮选研究进展[J].黄金科学技术，2014(2)：63-66.

[2] 刘琳.金属选矿废水处理技术的研究现状与发展[J].科技视界，2014(11)：302-311.

[3] 吴超，李晓艳.有色金属矿区典型尘源污染机制与研究策略[J].西安科技大学学报，2015(6)：695-720.[4] 李晓玲.选矿废水的综合治理与利用[J].甘肃冶金，2010(5)：84-86.

[5] 杨婷婷，徐晓军.混凝沉淀法处理含铅矿坑涌水[J].化工进展，2015，34(6)：1799-1803.

[6] 严群，谢明辉，罗仙平.会理锌矿选矿废水循环利用的研究[J].给水排水，2006，32(4)：54-56.

[7] 谢辉.水葫芦治理铅锌矿选矿废水的应用研究[D].广州：广东工业大学，2011.

[8] Pecina E T，Uribe A，Nava F.The role of copper and lead in the activation of pyrite in xanthate and non-xanthate systems[J].Minerals Engineering.2006(19)：172-179.

[9] Bicak O，Ekmekci Z，Bradshaw D J.Adsorption of guar gum and CMC on pyrite [J].Minerals Engineering，2007(20)：996-1002.

[10] 马骥，李明亮，郭宗华，等.聚合硫酸铝和聚丙烯酰胺复合絮凝剂的研究[J].重庆科技学院学报，2010，12(1)：21-22.

[11] 洪云，张伟军，左竟成，等.不同有机体系的混凝特征研究：以硫酸铝为例[J].环境化学，2015(2)：352-357.

Research on the treatment of lead ion in lead-zinc tailing wastewater by enhanced coagulation and sedimentation

XING Yao，CHENG Ai-hua，LIU Zhe

(School of Geology and Environment，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China)

The method of “chelation+coagulation+sedimentation” was used in the treatment of lead-zinc tailing wastewater in this paper.Regarding lead content as index，the effects of coagulant type，dosage，strengthener’s aid and its dosage of enhanced coagulation experiment were investigated.The best conditions of enhanced coagulation process were that：the dosages of carbamide and polymeric aluminum sulfate (PAS) were 0.5～1mg/L and 2.0～3.0mg/L，respectively.This process can remove lead of the lead-zinc tailing effluent efficiently，achieving the requested discharge standards.Moreover，the process which is simple process and low operation cost，can be used widely.

lead ion；coagulation and sedimentation；carbamide；lead

2016-03-24

陕西省工业攻关项目资助(编号：2013GY2-06)

行瑶(1991-)，女，陕西渭南人，硕士研究生，主要进行水处理方面的研究。E-mail：xingyao3g@163.com。

程爱华(1977-)，女，新疆昌吉人，副教授，博士，硕士生导师，主要从事水处理技术方面的研究工作。E-mail：cah_cheng@126.com。

X524

A

1004-4051(2016)11-162-03