含锌离子的矿坑水混凝沉淀处理方法

D0L:10.13374/.issn1001-053x.2012.11.018 第34卷第11期 北京科技大学学报 Vol.34 No.11 2012年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2012 含锌离子的矿坑水混凝沉淀处理方法 黄国忠)四张忠园”余阳先) 杨伟忠)韦方景)李登琨” 张丽敏 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)广西华锡集团股份有限公司，广西545006 ☒通信作者，E-mail:huangguozhonghg_001@sina.com 摘要根据铜坑矿矿坑水的水质特征，选取了复合混凝法对其进行处理，通过单因素及正交试验，研究了混凝剂和助凝剂 配比、溶液pH值、搅拌速度和搅拌时间等因素对矿坑水中Z2·去除效果的影响，确定了各因素的较佳水平.当聚合氯化铝 (PAC)/聚丙烯酰胺(PAM)为2：1，协同效应达到最好：pH值为9，搅拌速度为80rmin,搅拌时间为10mim时，处理效果最 佳.经实际水样处理试验结果表明：Z2·去除率达93.9%，出水中Z2◆质量浓度满足国家排放标准要求. 关键词矿坑水：废水处理：锌：混凝：沉淀 分类号X703.1 Removal of Zn ions from mine water by coagulation precipitation HUANG Guo-hong)☒，ZHANG Zhong-yuan”,YU Yangxian》,YANG Wei--hong》,WEl Fang jing,I Deng-kun',ZHANG Li-- min》 1)School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)China Tin Group Co.Ltd.,Guangxi 545006,China Corresponding author,E-mail:huangguozhonghgz_001@sina.com ABSTRACT Based on the distinguishing feature of mine water from Tongkeng Mine in south China,a complex coagulation method was selected to treat the mine water.Through single-factor and orthogonal tests,the effects of some factors,such as coagulants,coagu- lant aid content,pH values,stirring speed,and stirring time,on removing Zn2'in the mine water were studied and the best level of each factor was determined.The best synergistic effect can be achieved when the volume ratio of polyaluminium chloride (PAC)to polyacrylamide (PAM)is 2:1,and the best treatment effect is obtained when the pH value is 9,the stirring speed is 80rmin and the stirring time is 10 min.The results of actual water treatment tests show that the removal rate of Zn2'reaches 93.9%,and the mass concentration of Zn2'in the discharged water can meet the national emission standards of China. KEY WORDS mine water:wastewater treatment:zinc;coagulation:precipitation 含Zm+废水具有持久性、毒性大和污染严重等 矿井废水本身处理难度较大，复合混凝法在处 特点，进入环境后不能被生物降解，大多数参与食物 理矿井废水中的实际应用还较少，同时铜坑矿矿坑 链循环，在生物体内积累，破坏正常生理代谢活动， 井水具有排水量大、Zm2+质量浓度波动明显等特点， 危害健康0.目前，含Z2+废水的处理方法主要有 使得处理难度加大.因此，必须针对该矿实际水量 中和沉淀法、混凝沉淀法、硫化沉淀法和离子交换法 水质特点，开展具体的试验研究 等回.其中，混凝沉淀法是将无机混凝剂的电性中 和作用和压缩双电层作用，与高分子混凝剂的吸附 1试验条件 桥联作用及卷带作用结合起来，故其沉淀效果显著， 1.1水样特性 处理工艺流程简单同.混凝剂和助凝剂两种药剂配 试验用矿井水取自广西华锡集团铜坑矿，经监 合投加，不仅能获得较好的混凝效果，还能降低运行 测分析，除Z2+质量浓度超标外其他各项参数均达 成本 标.主要参数指标如表1. 收稿日期：201109-26

第 34 卷 第 11 期 2012 年 11 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 11 Nov． 2012 含锌离子的矿坑水混凝沉淀处理方法 黄国忠1) 张忠园1) 余阳先2) 杨伟忠2) 韦方景2) 李登琨1) 张丽敏1) 1) 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 2) 广西华锡集团股份有限公司，广西 545006 通信作者，E-mail: huangguozhonghgz_001@ sina． com 摘 要 根据铜坑矿矿坑水的水质特征，选取了复合混凝法对其进行处理，通过单因素及正交试验，研究了混凝剂和助凝剂 配比、溶液 pH 值、搅拌速度和搅拌时间等因素对矿坑水中 Zn2 + 去除效果的影响，确定了各因素的较佳水平． 当聚合氯化铝 ( PAC) /聚丙烯酰胺( PAM) 为 2∶ 1，协同效应达到最好; pH 值为 9，搅拌速度为 80 r·min － 1 ，搅拌时间为 10 min 时，处理效果最 佳． 经实际水样处理试验结果表明: Zn2 + 去除率达 93. 9% ，出水中 Zn2 + 质量浓度满足国家排放标准要求． 关键词 矿坑水; 废水处理; 锌; 混凝; 沉淀 分类号 X703. 1 Removal of Zn ions from mine water by coagulation precipitation HUANG Guo-zhong1) ，ZHANG Zhong-yuan1) ，YU Yang-xian2) ，YANG Wei-zhong2) ，WEI Fang-jing2) ，LI Deng-kun1) ，ZHANG Li￾min1) 1) School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) China Tin Group Co． Ltd． ，Guangxi 545006，China Corresponding author，E-mail: huangguozhonghgz_001@ sina． com ABSTRACT Based on the distinguishing feature of mine water from Tongkeng Mine in south China，a complex coagulation method was selected to treat the mine water． Through single-factor and orthogonal tests，the effects of some factors，such as coagulants，coagu￾lant aid content，pH values，stirring speed，and stirring time，on removing Zn2 + in the mine water were studied and the best level of each factor was determined． The best synergistic effect can be achieved when the volume ratio of polyaluminium chloride ( PAC) to polyacrylamide ( PAM) is 2∶ 1，and the best treatment effect is obtained when the pH value is 9，the stirring speed is 80 r·min － 1 and the stirring time is 10 min． The results of actual water treatment tests show that the removal rate of Zn2 + reaches 93. 9% ，and the mass concentration of Zn2 + in the discharged water can meet the national emission standards of China． KEY WORDS mine water; wastewater treatment; zinc; coagulation; precipitation 收稿日期: 2011--09--26 含 Zn2 + 废水具有持久性、毒性大和污染严重等 特点，进入环境后不能被生物降解，大多数参与食物 链循环，在生物体内积累，破坏正常生理代谢活动， 危害健康［1］． 目前，含 Zn2 + 废水的处理方法主要有 中和沉淀法、混凝沉淀法、硫化沉淀法和离子交换法 等［2］． 其中，混凝沉淀法是将无机混凝剂的电性中 和作用和压缩双电层作用，与高分子混凝剂的吸附 桥联作用及卷带作用结合起来，故其沉淀效果显著， 处理工艺流程简单［3］． 混凝剂和助凝剂两种药剂配 合投加，不仅能获得较好的混凝效果，还能降低运行 成本． 矿井废水本身处理难度较大，复合混凝法在处 理矿井废水中的实际应用还较少，同时铜坑矿矿坑 井水具有排水量大、Zn2 + 质量浓度波动明显等特点， 使得处理难度加大． 因此，必须针对该矿实际水量 水质特点，开展具体的试验研究． 1 试验条件 1. 1 水样特性 试验用矿井水取自广西华锡集团铜坑矿，经监 测分析，除 Zn2 + 质量浓度超标外其他各项参数均达 标． 主要参数指标如表 1． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.018

·1246· 北京科技大学学报 第34卷 表1铜坑矿矿井水主要污染物指标 Table I Main contaminant indexes of mine water from Tongkeng Mine in south China 质量浓度/(mgL-l) 矿坑水 pH值 悬浮物 CODc 镉 华 磨 铜坑矿 6.5-7.5 10~30 10-15 <0.02 <0.02 10~15 国家标准 6.0-9.0 100 100 0.10 1.00 1.2仪器和试剂 6 模拟水样 试验仪器：MY3000-6智能型混凝试验搅拌 口8mgL 仪，pH计，精密电子天平，UVo紫外可见分光光 10 mg.L- 日12mgL 度计. 口14mgL 3 口16mgL 试验试剂：聚合氯化铝(PAC)(富源净水材料 日18mgLl 公司)，聚合硫酸铁（上海埃彼化学试剂有限公司）， 1 聚丙烯酰胺(PAM)(天津永大化学试剂有限公司)， 氢氧化钠.以上物质均为分析纯 M 聚合氯化铝聚合硫酸铁聚丙烯戬胺 1.3试验方法 混凝剂种类 用ZCl,(化学纯)自配模拟水，考虑到水质波 图1混凝剂种类对Z2·去除效果的影响 动变化对去除效果的影响，分别配置六组模拟水样， Fig.1 Effect of coagulant types on the removal of Zn2 ions Zn2+质量浓度分别为8、10、12、14、16和18mgL-1; 层和吸附电中和作用，颗粒间静电斥力降低，相互吸 每次取自配模拟水1000mL倒入搅拌杯中，用 引凝聚，形成絮体.当PAC投加量达12mL时，去除 0.1molL-1NaOH溶液调整水质pH值；将搅拌杯 效率提高趋势缓慢，且对于不同Z2+质量浓度的去 放置在搅拌机上，按照试验方案设定快搅、慢搅时间 除差异不再明显，此时混凝反应虽未达充分但己基 及强度（快搅主要作用是使药剂混合均匀，因此不 本完成.因此选择PAC投量为12mL即可. 作为研究参数，设定快搅强度150r·min-1,时间 1min不变)，开始搅拌时投加混凝剂，一定时间 模拟水样 30 ◆8mgL (1min内)后投加助凝剂：搅拌完成后，静置沉降 ■-10gL- 10min;取液面下3cm处清液，用原子吸收分光光度 2.5 -12 mg.L ×-14mgL1 法测定废水中剩余Zm2+质量浓度值. 2.0 -16 mg.L- 15 ◆-18mgL1 2结果与讨论 10 2.1单因素试验 0.5 (1)不同混凝剂对Z2+去除的影响.在 12 20 1000mL自配水样中分别加入质量浓度为1gL-'的 PAC投加量/mL 聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺溶液20mL, 图2投加PAC对Zn2+去除效果的影响 在搅拌速度为l50rmin-的条件下快速搅拌1min, Fig.2 Effect of PAC dosage on the removal of Zn2 ions 再在60r"min-1条件下慢速搅拌10min,使其充分反 应，静置10min后取上清液测量其Zn2+质量浓度， (3)pH值对Z2+去除的影响.其他试验条件 结果如图1所示.试验表明聚合氯化铝(PAC)的去 与上述相同，改变pH值，结果如图3所示.试验表 除效果最好，并且受Z2+质量浓度变化影响最小， 明，随水质pH值的升高，Zn2+去除效果不断提高. 因此选用PAC作为主混凝剂. 事实上，对于Z2+的沉淀有一个适宜的pH值范围， (2)PAC投加量对Zn2+去除的影响.试验条件 其溶度积为2×10-”，能够沉降的pH值范围在8~ 与上述相同，改变PAC投加量（质量浓度为 10.pH值太低，不足以形成Zn(OH,沉淀因.在本 1gL-),结果如图2所示.试验表明，随PAC投加 试验中，在pH为9时混凝效果较好，再增大pH值 量增加，Z2+去除效果不断提高.在碱性条件下， 混凝效果不明显 PAC对形成的Zn(OH),沉淀能同时发生压缩双电 (4)搅拌时间对Zn2+去除的影响.其他试验条

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 表 1 铜坑矿矿井水主要污染物指标 Table 1 Main contaminant indexes of mine water from Tongkeng Mine in south China 矿坑水 pH 值 质量浓度/( mg·L － 1 ) 悬浮物 CODCr 镉 铅 锌 铜坑矿 6. 5 ～ 7. 5 10 ～ 30 10 ～ 15 ＜ 0. 02 ＜ 0. 02 10 ～ 15 国家标准 6. 0 ～ 9. 0 100 100 0. 10 1. 00 2 1. 2 仪器和试剂 试验仪器: MY3000--6 智能型混凝试验搅拌 仪，pH 计，精密电子天平，UV2000 紫外可见分光 光 度计． 试验试剂: 聚合氯化铝( PAC) ( 富源净水材料 公司) ，聚合硫酸铁( 上海埃彼化学试剂有限公司) ， 聚丙烯酰胺( PAM) ( 天津永大化学试剂有限公司) ， 氢氧化钠． 以上物质均为分析纯． 1. 3 试验方法 用 ZnCl2 ( 化学纯) 自配模拟水，考虑到水质波 动变化对去除效果的影响，分别配置六组模拟水样， Zn2 + 质量浓度分别为 8、10、12、14、16 和 18 mg·L － 1 ; 每次取 自 配 模 拟 水 1 000 mL 倒 入 搅 拌 杯 中，用 0. 1 mol·L － 1 NaOH 溶液调整水质 pH 值; 将搅拌杯 放置在搅拌机上，按照试验方案设定快搅、慢搅时间 及强度( 快搅主要作用是使药剂混合均匀，因此不 作为研究参数，设定快 搅 强 度 150 r·min － 1 ，时 间 1 min不 变) ，开始搅拌时投加混凝剂，一 定 时 间 ( 1 min 内) 后投加助凝剂; 搅拌完成后，静置沉降 10 min; 取液面下 3 cm 处清液，用原子吸收分光光度 法测定废水中剩余 Zn2 + 质量浓度值． 2 结果与讨论 2. 1 单因素试验 ( 1) 不 同 混 凝 剂 对 Zn2 + 去 除 的 影 响． 在 1 000 mL自配水样中分别加入质量浓度为 1 g·L － 1 的 聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺溶液［4］20 mL， 在搅拌速度为 150 r·min － 1 的条件下快速搅拌 1 min， 再在 60 r·min － 1 条件下慢速搅拌 10 min，使其充分反 应，静置 10 min 后取上清液测量其 Zn2 + 质量浓度， 结果如图 1 所示． 试验表明聚合氯化铝( PAC) 的去 除效果最好，并且受 Zn2 + 质量浓度变化影响最小， 因此选用 PAC 作为主混凝剂． ( 2) PAC 投加量对 Zn2 + 去除的影响． 试验条件 与上 述 相 同，改 变 PAC 投 加 量 ( 质 量 浓 度 为 1 g·L － 1 ) ，结果如图 2 所示． 试验表明，随 PAC 投加 量增加，Zn2 + 去除效果不断提高． 在碱性条件下， PAC 对形成的 Zn( OH) 2沉淀能同时发生压缩双电 图 1 混凝剂种类对 Zn2 + 去除效果的影响 Fig． 1 Effect of coagulant types on the removal of Zn2 + ions 层和吸附电中和作用，颗粒间静电斥力降低，相互吸 引凝聚，形成絮体． 当 PAC 投加量达 12 mL 时，去除 效率提高趋势缓慢，且对于不同 Zn2 + 质量浓度的去 除差异不再明显，此时混凝反应虽未达充分但已基 本完成． 因此选择 PAC 投量为 12 mL 即可． 图 2 投加 PAC 对 Zn2 + 去除效果的影响 Fig． 2 Effect of PAC dosage on the removal of Zn2 + ions ( 3) pH 值对 Zn2 + 去除的影响． 其他试验条件 与上述相同，改变 pH 值，结果如图 3 所示． 试验表 明，随水质 pH 值的升高，Zn2 + 去除效果不断提高． 事实上，对于 Zn2 + 的沉淀有一个适宜的 pH 值范围， 其溶度积为 2 × 10 － 17 ，能够沉降的 pH 值范围在 8 ～ 10． pH 值太低，不足以形成 Zn( OH) 2沉淀［5］． 在本 试验中，在 pH 为 9 时混凝效果较好，再增大 pH 值 混凝效果不明显． ( 4) 搅拌时间对 Zn2 + 去除的影响． 其他试验条 ·1246·

第11期 黄国忠等：含锌离子的矿坑水混凝沉淀处理方法 ·1247· 14 3.0 模拟水样 ◆一8mgL 模拟水样 2.5 10 mg.L ◆8mgL-1 -12 mg.L ■一10mgL-1 2.0 -14 mg.L ★12mgL1 -16 mg.L- 14 mg.L- 1.5 18 mg.L -16 mg.L- 一18mgL 1.0 2 9 10 0 60 80 100 H值 搅拌强度/r·min 图3pH值对Z2+去除效果的影响 图5搅拌强度对Zm2·去除效果的影响 Fig.3 Effect of pH values on the removal of Zn2 ions Fig.5 Effect of stirring intensity on the removal of Zn2 ions 件与上述相同，改变搅拌时间，结果如图4所示.试 L,(3)正交试验：对搅拌强度、搅拌时间和pH 验表明：随着搅拌时间的延长，Zm2+去除效果不断提 值三因素进行正交试验设计.试验条件：取自配模 高：但当搅拌时间达到20min后，去除效果反而有 拟水1000mL;Zn2+质量浓度15gL-1;快搅强度 下降趋势.说明此时混凝已足够充分，再延长搅拌 150rmin',1min;PAC投加量为l2mL.设计三因 时间反而可能会将己形成的絮体打碎，使去除效果 素三水平正交试验，直观分析结果如表2所示 下降.因此，搅拌时间应控制在10~20min内混 表2正交试验分析表 凝效果较好. Table 2 Analysis of orthogonal test 搅拌强度/ 搅拌 Zn2·去除 模拟水样 序号 pH值 时间/min 率/% ◆一8mgL (rmin-1) 10 mg.L- % 10 87.13 12 mg+L 14 mg.L- 2 40 小 9 91.33 16 mg.L 一18mg·L-1 3 40 20 10 92.15 4 60 10 o 94.33 5 60 15 92.32 6 60 9 95.46 15 20 25 7 80 10 9 96.27 搅拌时向/min 8 80 15 10 93.33 图4搅拌时间对Z2·去除效果的影响 9 80 20 95.26 Fig.4 Effect of stirring time on the removal of Zn2 ions 均值1 90.20 92.58 91.57 一 (5)搅拌强度对Z2+去除的影响.其他试验条 均值2 94.04 92.33 94.35 件与上述相同，改变搅拌强度，结果如图5所示.试 均值3 94.95 94.29 93.60 验表明，随搅拌强度的提高，Zn2+去除率呈现先升高 极差 4.75 1.71 2.78 后降低的趋势.搅拌强度太低，颗粒间碰撞吸附不 够，不足以充分混凝：搅拌强度太高，又会将形成的 从表中极差可以看出，影响混凝效果的各因素 矾花打碎，细小的矾花沉降效果较差，会使去除率有 的主次顺序是：搅拌强度>pH值>搅拌时间.各因 所降低).因此搅拌强度有一个最适值.本试验 素最佳组合是7号试验：搅拌强度80rmin,pH值 搅拌强度为60rmin时效果最好 为9，搅拌时间10min.Zn2+去除率达到96.27%，处 2.2正交试验研究 理效果最好 通过单因素试验研究，初步摸索出了各因素对 2.3复配药剂配比研究 混凝沉淀效果的影响变化趋势及其大致的适宜范 (1)优选试验.对单一药剂进行混凝沉淀试验 围.在众多影响因素中，pH值、搅拌强度和搅拌时 的研究表明，PAC的混凝效果良好.研究表明，PAM 间对去除效率的影响较为重要，进一步通过正交试 作为一种助凝剂，与PAC配合使用，可产生协同作 验进行参数优化 用四，使处理效果进一步的提高

第 11 期 黄国忠等: 含锌离子的矿坑水混凝沉淀处理方法 图 3 pH 值对 Zn2 + 去除效果的影响 Fig． 3 Effect of pH values on the removal of Zn2 + ions 件与上述相同，改变搅拌时间，结果如图 4 所示． 试 验表明: 随着搅拌时间的延长，Zn2 + 去除效果不断提 高; 但当搅拌时间达到 20 min 后，去除效果反而有 下降趋势． 说明此时混凝已足够充分，再延长搅拌 时间反而可能会将已形成的絮体打碎，使去除效果 下降［6］． 因此，搅拌时间应控制在 10 ～ 20 min 内混 凝效果较好． 图 4 搅拌时间对 Zn2 + 去除效果的影响 Fig． 4 Effect of stirring time on the removal of Zn2 + ions ( 5) 搅拌强度对 Zn2 + 去除的影响． 其他试验条 件与上述相同，改变搅拌强度，结果如图 5 所示． 试 验表明，随搅拌强度的提高，Zn2 + 去除率呈现先升高 后降低的趋势． 搅拌强度太低，颗粒间碰撞吸附不 够，不足以充分混凝; 搅拌强度太高，又会将形成的 矾花打碎，细小的矾花沉降效果较差，会使去除率有 所降低［7--8］． 因此搅拌强度有一个最适值． 本试验 搅拌强度为 60 r·min － 1 时效果最好． 2. 2 正交试验研究 通过单因素试验研究，初步摸索出了各因素对 混凝沉淀效果的影响变化趋势及其大致的适宜范 围． 在众多影响因素中，pH 值、搅拌强度和搅拌时 间对去除效率的影响较为重要，进一步通过正交试 验进行参数优化． 图 5 搅拌强度对 Zn2 + 去除效果的影响 Fig． 5 Effect of stirring intensity on the removal of Zn2 + ions L9 ( 33 ) 正交试验: 对搅拌强度、搅拌时间和 pH 值三因素进行正交试验设计． 试验条件: 取自配模 拟水 1 000 mL; Zn2 + 质量浓度 15 g·L － 1 ; 快搅强度 150 r·min － 1 ，1 min; PAC 投加量为 12 mL． 设计三因 素三水平正交试验，直观分析结果如表 2 所示． 表 2 正交试验分析表 Table 2 Analysis of orthogonal test 序号 搅拌强度/ ( r·min － 1 ) 搅拌 时间/min pH 值 Zn2 + 去除 率/% 1 40 10 8 87. 13 2 40 15 9 91. 33 3 40 20 10 92. 15 4 60 10 10 94. 33 5 60 15 8 92. 32 6 60 20 9 95. 46 7 80 10 9 96. 27 8 80 15 10 93. 33 9 80 20 8 95. 26 均值 1 90. 20 92. 58 91. 57 — 均值 2 94. 04 92. 33 94. 35 — 均值 3 94. 95 94. 29 93. 60 — 极差 4. 75 1. 71 2. 78 — 从表中极差可以看出，影响混凝效果的各因素 的主次顺序是: 搅拌强度 ＞ pH 值 ＞ 搅拌时间． 各因 素最佳组合是7 号试验: 搅拌强度80 r·min － 1 ，pH 值 为 9，搅拌时间 10 min． Zn2 + 去除率达到 96. 27% ，处 理效果最好． 2. 3 复配药剂配比研究 ( 1) 优选试验． 对单一药剂进行混凝沉淀试验 的研究表明，PAC 的混凝效果良好． 研究表明，PAM 作为一种助凝剂，与 PAC 配合使用，可产生协同作 用［9］，使处理效果进一步的提高． ·1247·

·1248 北京科技大学学报 第34卷 取上述六组模拟水样，每组5份，各1000mL. 从表中极差可以看出：两因素影响去除效果的 在各组中分别加入1g·L-1聚合氯化铝12mL和 主次顺序是总投加量>药剂组成，因此控制总投加 1gL-聚丙烯酰胺0、2、4、6和8mL,试验条件按照 量对最终的去除效果起着更为重要的作用：随着总 正交试验的最佳条件设置，结果如图6所示. 药剂量的增加，Z2+去除效率逐渐提高，但药剂组分 3.0 对去除效率的影响有一个最适值，在本试验中当 模拟水样 ◆8mg*L↓ V(PAC):V(PAM)=2:1时，处理效果最为良好；参 2.5、 10 mg.L- ★-12mgl- 数最佳组合是8号试验，当总药剂量为14mgL-1, 2.0 米14mgL- V(PAC):V(PAM)=2:1(PAC投量约9.5mL,PAM 16 mg.L- -18mgL-1 投量约4.5mL)时，水中剩余Zn2+质量浓度为 1.5 0.54mgL-1,去除率可达到96.38%. 1.0 3结论 0.5 0 4 6 PAM投加量/mL 通过单因素试验研究了混凝药剂种类、投加量、 投加时间、pH值、混凝搅拌强度和搅拌时间等因素 图6PAM投加量对Zn2*去除效果的影响 Fig.6 Effect of PAM dosage on the removal of Zn2 ions 对Z+去除效果的影响，明确了适宜的试验参数范 围，并采用正交试验进行试验参数优化.试验表明： 试验表明，随PAM投加量增加，Z2+去除效果 当V(PAC):V(PAM)=2:1时，协同效应可达到最 不断提高.未加PAM时，形成的絮体细小，结构松 好；在pH值为9，PAC投加量为9.5mL,PAM投加 散，沉降速度慢；投加PAM后，形成的矾花明显增 量为4.5mL,搅拌强度为80r·minl,搅拌时间为 大，沉降速度明显加快@，原因是PAM中的长链 10min时，处理效果较好，出水中Zn+质量浓度为 分子和酰胺基极性基团能够对形成的絮体产生吸附 0.54mgL-1,去除率可达到96.38%，满足国家排放 桥联和网捕作用，因而改普了混凝环境，弥补了 标准要求 PAC单独沉降的不足，使混凝效果得到提高田.当 PAM投加量为4mL时，反应已基本完成，再增加 参考文献 PAM投加量无意义 (2)PAC/PAM药剂配比正交试验.对PAC与 [Fang Y,Min X B,Tang N,et al.Research development on the treatment for wastewater containing zinc.Ind Saf Enriron Prot, PAM投加量单独进行两因素三水平正交试验设计. 2006,32(7):5 试验条件：取自配模拟水1000mL,Zn2+质量浓度 (方艳，闵小波，唐宁，等。含锌废水处理技术的研究进展.工 15mgL-,按上述正交试验最佳参数设计.投加量 业安全与环保，2006,32(7)：5) 参考优选试验的结果，直观分析结果如表3所示. ] Wang C G,Hu L,Wang J K,et al.Treatment technique for mine's zinc-bearing wastewater.Yunnan Metall,2008,37 (5):66 表3 PAC/PAM配比正交试验分析表 (王春光，胡亮，王吉坤，等.矿山含锌废水的治理技术.云南 Table 3 Analysis of orthogonal test on ratio of PAC to PAM 治金，2008,37(5)：66) 总投加量/ 药剂组成， Zn2+去除 序号 B] Xu HH,Li M.Study on the nature of composite flocculants in (mL) V(PAC):V(PAM) 率/% mine water treatment.Min Saf Environ Prot,2006,33(5):37 1 10 1:1 90.70 (徐海宏，李满.复合絮凝剂在矿井水处理中的性能研究.矿 2 10 2:1 92.63 业安全与环保，2006,33(5)：37) 3 10 3:1 92.37 4] Li H P.Experimental research on polyaluminium chloride and alu- 12 1:1 91.50 minium sulphate as coagulant applying in wastewater treatment. 5 2 2:1 94.69 Yunnan Enriron Sci,2003,22(Suppl 1):101 6 12 3:1 93.29 (李惠萍.混凝剂聚合氯化铝与硫酸铝在水处理中的实验研 > 14 1:1 94.25 究.云南环境科学，2003,22（增f刊1）：101) 8 14 2:1 96.38 5] Annandale J G,Jovanovic NZ,Tanner P D,et al.The sustainabili- 14 3:1 94.73 ty of irrigation with gypsiferous mine water and implications for the 均值1 91.90 92.15 mining industry in south Africa.Mine Water Environ,2002,21 均值2 93.16 94.57 2):81 均值3 95.12 93.46 [6]Xia J P,Liu J R.Study of PAC and PAM composite coagulants in 极差 3.22 2.42 wastewater treatment of detergent production.Sichuan Enriron

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 取上述六组模拟水样，每组 5 份，各 1 000 mL． 在各组中分别加入 1 g·L － 1 聚合氯化铝 12 mL 和 1 g·L － 1 聚丙烯酰胺 0、2、4、6 和 8 mL，试验条件按照 正交试验的最佳条件设置，结果如图 6 所示． 图 6 PAM 投加量对 Zn2 + 去除效果的影响 Fig． 6 Effect of PAM dosage on the removal of Zn2 + ions 试验表明，随 PAM 投加量增加，Zn2 + 去除效果 不断提高． 未加 PAM 时，形成的絮体细小，结构松 散，沉降速度慢; 投加 PAM 后，形成的矾花明显增 大，沉降速度明显加快［10］． 原因是 PAM 中的长链 分子和酰胺基极性基团能够对形成的絮体产生吸附 桥联 和 网 捕 作 用，因而改善了混凝环境，弥 补 了 PAC 单独沉降的不足，使混凝效果得到提高［11］． 当 PAM 投加量为 4 mL 时，反应已基本完成，再增加 PAM 投加量无意义． ( 2) PAC /PAM 药剂配比正交试验． 对 PAC 与 PAM 投加量单独进行两因素三水平正交试验设计． 试验条件: 取自配模拟水 1 000 mL，Zn2 + 质量浓度 15 mg·L － 1 ，按上述正交试验最佳参数设计． 投加量 参考优选试验的结果，直观分析结果如表 3 所示． 表 3 PAC /PAM 配比正交试验分析表 Table 3 Analysis of orthogonal test on ratio of PAC to PAM 序号 总投加量/ ( mL) 药剂组成， V( PAC) ∶ V( PAM) Zn2 + 去除 率/% 1 10 1∶ 1 90. 70 2 10 2∶ 1 92. 63 3 10 3∶ 1 92. 37 4 12 1∶ 1 91. 50 5 12 2∶ 1 94. 69 6 12 3∶ 1 93. 29 7 14 1∶ 1 94. 25 8 14 2∶ 1 96. 38 9 14 3∶ 1 94. 73 均值 1 91. 90 92. 15 — 均值 2 93. 16 94. 57 — 均值 3 95. 12 93. 46 — 极差 3. 22 2. 42 — 从表中极差可以看出: 两因素影响去除效果的 主次顺序是总投加量 ＞ 药剂组成，因此控制总投加 量对最终的去除效果起着更为重要的作用; 随着总 药剂量的增加，Zn2 + 去除效率逐渐提高，但药剂组分 对去除效率的影响有一个最适值，在本试验中当 V( PAC) ∶ V( PAM) = 2∶ 1时，处理效果最为良好; 参 数最佳组合是 8 号试验，当总药剂量为 14 mg·L － 1 ， V( PAC) ∶ V( PAM) = 2∶ 1( PAC 投量约 9. 5 mL，PAM 投量约 4. 5 mL) 时，水 中 剩 余 Zn2 + 质 量 浓 度 为 0. 54 mg·L － 1 ，去除率可达到 96. 38% ． 3 结论 通过单因素试验研究了混凝药剂种类、投加量、 投加时间、pH 值、混凝搅拌强度和搅拌时间等因素 对 Zn2 + 去除效果的影响，明确了适宜的试验参数范 围，并采用正交试验进行试验参数优化． 试验表明: 当 V( PAC) ∶ V( PAM) = 2∶ 1时，协同效应可达到最 好; 在 pH 值为 9，PAC 投加量为 9. 5 mL，PAM 投加 量为 4. 5 mL，搅拌强度为 80 r·min － 1 ，搅拌时间为 10 min时，处理效果较好，出水中 Zn2 + 质量浓度为 0. 54 mg·L － 1 ，去除率可达到 96. 38% ，满足国家排放 标准要求． 参 考 文 献 ［1］ Fang Y，Min X B，Tang N，et al． Research development on the treatment for wastewater containing zinc． Ind Saf Environ Prot， 2006，32( 7) : 5 ( 方艳，闵小波，唐宁，等． 含锌废水处理技术的研究进展． 工 业安全与环保，2006，32( 7) : 5) ［2］ Wang C G，Hu L，Wang J K，et al． Treatment technique for mine's zinc-bearing wastewater． Yunnan Metall，2008，37( 5) : 66 ( 王春光，胡亮，王吉坤，等． 矿山含锌废水的治理技术． 云南 冶金，2008，37( 5) : 66) ［3］ Xu H H，Li M． Study on the nature of composite flocculants in mine water treatment． Min Saf Environ Prot，2006，33( 5) : 37 ( 徐海宏，李满． 复合絮凝剂在矿井水处理中的性能研究． 矿 业安全与环保，2006，33( 5) : 37) ［4］ Li H P． Experimental research on polyaluminium chloride and alu￾minium sulphate as coagulant applying in wastewater treatment． Yunnan Environ Sci，2003，22( Suppl 1) : 101 ( 李惠萍． 混凝剂聚合氯化铝与硫酸铝在水处理中的实验研 究． 云南环境科学，2003，22( 增刊 1) : 101) ［5］ Annandale J G，Jovanovic N Z，Tanner P D，et al． The sustainabili￾ty of irrigation with gypsiferous mine water and implications for the mining industry in south Africa． Mine Water Environ，2002，21 ( 2) : 81 ［6］ Xia J P，Liu J R． Study of PAC and PAM composite coagulants in wastewater treatment of detergent production． Sichuan Environ， ·1248·

第11期 黄国忠等：含锌离子的矿坑水混凝沉淀处理方法 ·1249· 2005,24(3):8 jing:Chemical Industry Press,2011 (相加培，刘金荣.PAC和PAM复合絮凝剂在洗涤剂废水处 (周本省.工业水处理技术.2版.北京：化学工业出版社， 理中的应用研究.四川环境，2005,24(3)：8) 2011) Xu HH,Li M.Research on PAC and PAM complex flocculator to [10]Xiao L P.Study on the coagulation treatment test of mine water. treat mine water.Coal Sci Technol,2006,34(4):83 Ind Water Wastewater,2001,32(6):33 (徐海宏，李满.PAC与PAM复合絮凝剂处理矿井水的研究. (肖利萍.矿井水混凝处理试验研究.工业用水与废水， 煤炭科学技术，2006,34(4)：83) 2001,32(6):33) [8]Yuan CZ,Chen J R.Disposal and use of shaft drainage as water [11]Chen M X.Study on PAC and PAM compound coagulant coagu- resource.J Hefei Unir Technol Nat Sci,2000,23(Suppl):927 lation of printing and dyeing wastewater.Sci Technol Inf,2007 (袁存忠，陈锦如.水资源与矿井水处理利用.合肥工业大学 (27):205 学报：自然科学版，2000,23（增刊）：927) (陈敏新.PAC和PAM复合混凝剂对印染废水混凝试验研 9]Zhou B S.Industrial Water Treatment Technology.2nd Ed.Bei- 究.科技资讯，2007(27)：205)

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