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絮凝沉淀法处理电解金属锰废水的研究 钟琼 1 王朝明 1 蔡宏辉 2 宿鹏浩 2 1． 长沙环境保护职业技术学院环境工程系，长沙 410004;2． 上海海事大学海洋环境与工程学院， 上海 201306 摘要 采用絮凝沉淀法处理电解金属锰废水， 主要研究水力条件、 最佳混凝剂、 助凝剂投加量对处理效果的影响。实验 结果表明 最佳混凝剂组为聚合氯化铝 － 聚丙烯酰胺， 其最佳投加量分别为 聚合氯化铝为 90 mg/L， 聚丙烯酰胺为 50 mg/L。当 pH 9. 0 时， 采用先无机再有机的投加混凝剂的顺序， 水力条件工艺控制为先加无机混凝剂慢速搅拌 1 min， 再加有机助凝剂快速搅拌2 min， 效果为最佳。 关键词 电解锰废水; 絮凝沉淀; 水力条件 RESEARCH ON ELECTROLYTICAL MANGANESE WASTEWATER TREATMENT USING FLOCCULATING PRECIPITATION Zhong Qiong 1 Wang Zhaoming1Cai Honghui 2 Su Penghao 2 1． Department of Environmental Engineering，Changsha Environmental Protection Vocational College，Changsha 410004， China; 2． College of Ocean Environmental and Engineering，Shanghai Maritime University，Shanghai，201306， China AbstractThe flocculating precipitation was used to treat electrolytical manganese wastewater，it was mainly studied the influence of hydraulic condition，best coagulant and dosage of coagulant aid on treatment effect． The experimental results showed that the best coagulant combination was polyaluminium chloride-polyacrylamide，and the best dosages were separately as follows90 mg/L for polyaluminium chloride and 50 mg/L for polyacrylamide． When pH 9. 0，it was most effective to use the coagulant adding sequence from inorganic material to organic material and the hydraulic control conditionfirst adding inorganic coagulant slowly agitating for 1 min，and then adding organic coagulant rapidly agitating for 2 min． Keywordselectrolytical manganese effluent;flocculating precipitation;hydraulic condition 电解金属锰生产废水主要含有污染物为锰离 子、 铬离子及其他悬浮杂质， 采用絮凝沉淀法处理 该类废水 ［1- 2］， 但在污水混凝沉淀处理过程中， 影响 混凝效果的因素比较多， 以往的实验研究大多集中 在混凝剂种类及混凝剂组合的选择， 而对水力条件 的影响研究较少。本文选用聚丙烯酰胺 PAM 和 聚合氯化铝 PAC 2 种混凝剂， 将水力条件作为废 水絮凝处理过程的研究重点， 确定合理的混凝剂投 加顺序、 搅拌强度、 搅拌时间。为电解金属锰废水 处理实践寻求科学的工艺控制条件， 提高电解金属 锰废水处理的效率。 1实验部分 1. 1水质 实验水样采自湘潭某锰矿， 废水水质见表 1。 1. 2实验方法 本实验选用 2 种混凝剂聚合氯化物 PAC 和聚 表 1电解锰废水水质分析 pH ρ SS / mg L － 1 ρ NH3-N / mg L － 1 色度 / 倍 ρ COD / mg L － 1 ρ Cr6 / mg L － 1 ρ Mn / mg L － 1 5. 12240521601121. 32555 丙烯酰胺 PAM 作电解锰废水絮凝对比研究。 1. 2. 1水力条件对处理效果的影响 本实验在混合与反应过程中采用 3 种搅拌速度 快速搅拌 300 r/min 、 中速搅拌 100 r/min 、 慢速 搅拌 50 r/min 。以水溶液浊度为主要评价因子， 筛 选出各混凝剂对应的混合阶段的搅拌速度和时间及 反应阶段的搅拌速度和时间。具体实验步骤如下 1取 9 个 1 000 mL 玻 璃 烧 杯，分 别 装 满 1 000 mL原水， 做好标签， 用配置好的 NaOH 溶液调 整 pH 值为 6. 5。将 6 个水样置于 6 联搅拌机上。把 浆叶放入烧杯， 使浆叶的轴偏离烧杯中心， 且浆叶与 烧杯壁间留约6 mm间隙。 53 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期 2 根据表 2 设计的要求加入混凝剂， 其中 PAC 为10 mL， PAM 为10 mL。然后混合搅拌， 再反应搅 拌， 最后静置。 3 用 50 mL 注射针筒吸出烧杯中的上清液 共 吸 3 次约100 mL 放入200 mL烧杯内， 立即用浊度仪 测定水的浊度。 表 2水力条件设置 项目 混凝剂 PACPAM 123456 混合阶段搅拌速度 / r min － 1 3001005030010050 时间 /min12 3123 反应阶段搅拌速度 / r min － 1 505050505050 时间 /min1010 10101010 静置沉淀时间 /min151515151515 1. 2. 2混凝剂投加量对电解金属锰废水处理的影响 在最适水力条件下， 以锰和铬的去除率为主要评 价因子， 确定最佳混凝剂和最适投加量。具体步骤如 下 1取 6 个 1 000 mL 玻 璃 烧 杯，分 别 装 满 1 000 mL原水， 做好标签， 用配置好的 NaOH 溶液调 整 pH 值为一定值。将 6 个水样置于六联搅拌机上， 把浆叶放入烧杯， 使浆叶的轴偏离烧杯中心， 且浆叶 与烧杯壁间留约6 mm间隙。 2 分别取 5， 6， 7， 8， 9， 10 mL 已配制好的 PAC 装 入搅拌机上的小试管内， 将小试管装在投药架上以便 同时向烧杯加药。 3 开动搅拌器， 以 50 r/min 的转速进行搅拌， 将 混凝剂同时投入烧杯中。保持转速， 混合和反应共计 13 min。 4 停止搅拌， 取出浆叶， 静止沉淀 15 min， 用 50 mL 注射 针 筒 抽 出 烧 杯 中 的 上 清 液 共 抽 3 次 约 100 mL 放入200 mL烧杯内， 立即用浊度仪测定水的 浊度， 测 pH 值及锰和铬的浓度。 5 将混凝剂改为铁盐， 重复以上步骤。 6 将混凝剂改为聚丙烯酰胺， 混合搅拌速度为 快速搅拌 300 r/min ， 时间为1 min， 反应搅拌速度 为慢速搅拌 50 r/min ， 时间为10 min。其余步骤与 上相同。 1. 2. 3助凝剂投加量对处理效果的影响 在最适水力条件和最佳混凝剂投加量条件下， 以 锰和铬的去除率为主要评价因子， 确定助凝剂的最佳 投加量。具体步骤如下 1取 6 个 1 000 mL 玻 璃 烧 杯，分 别 装 满 1 000 mL原水，做好标签， 置于六联搅拌机上。用配 置好的 NaOH 溶液调整 pH 值为一定值，将 6 个水样 置于六联搅拌机上。把浆叶放入烧杯， 使浆叶的轴偏 离烧杯中心， 且浆叶与烧杯壁间留约 6 mm 间隙。 2 根据以上两个实验的结果， 在搅拌机上各烧 杯对应的小试管内， 分别加入9 mL已配制好的 PAC， 开动搅拌器， 以50 r/min的转速搅拌， 将混凝剂投入 烧杯中， 搅拌1 min， 同时在小试管依次加入不同体积 的 PAM， 分别是 1， 2， 3， 4， 5， 6 mL。 将小试管装在投药 架上以便同时向烧杯加药。 3 调节搅拌机电压， 使其转速为300 r/min， 将助 凝剂投入烧杯中， 进行快速搅拌。2 min后， 调节搅拌 机电压， 使其转速减为50 r/min， 转动时间为10 min。 4 停止搅拌机， 取出浆叶， 静止沉淀 15 min， 用 50 mL 注射针筒吸取烧杯中的上清液 平均 1 个烧杯 取 3 次约100 mL 放入200 mL烧杯内， 立即测定水的 浊度， pH 值， 锰和铬的浓度。 2结果与讨论 2. 1水力条件对处理效果的影响 水力条件对电解金属锰废水处理的影响实验结 果如表 3 所示。 表 3混凝剂对废水浊度的去除率 项目 混凝剂 PACPAM 123456 废水起始浊度 /NUT180180180180180 180 处理后的浊度 /NUT9139161547 76 去除率 /49. 478. 3 91. 191. 773. 957. 8 结果表明 混凝反应时流体剪切力对颗粒与药剂 的作用非常重要， 而且要求适当的时间和强度。有机 和无机混凝剂所需的流体剪切力程度不同。从实验 可以确定所选择的 3 种混凝剂的搅拌强度及混合和 反应时间 聚合氯化铝 PAC 合适的搅拌强度为慢速 搅拌， 时间为3 min; 聚丙烯酰胺 PAM 合适的搅拌强 度为快速搅拌， 时间为1 min。 2. 2混凝剂投加量对电解金属锰废水处理的影响 经过 3 组实验取平均值得到实验结果见图 1、 图 2 所示。 从图 1 和图 2 可以看出 不同混凝剂对混凝的效 果影响很大。人工合成的有机阳离子聚合混凝剂可 63 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期 图 1不同混凝剂对锰离子的处理效果 图 2不同混凝剂对铬离子的处理效果 以通过电性中和形成沉淀物而将离子去除， 但其效果 不如铝盐混凝剂， 这主要是因为在实验条件下 PAC 能产生多羟基络合物， 这些羟基络合物对铬和锰均有 一定的网捕作用。但是， 当加入量为90 mg/L后， 去除 率增加缓慢， 并且开始下降， 这主要是因为加入过量 的混凝剂， 使原本脱稳的溶液又产生电位而稳定。实 验表 明 PAC 的 处 理 效 果 比 PAM 好，其 用 量 为 90 mg/L。 2. 3实验结果和分析 经过 2 组实验 取平 均值 得 到实 验 结 果如图 3 所示。 从图 3 可以看出 PAM 投加量越大， 锰和铬的去 除率越高， 这是因为在实验条件下 PAM 有絮凝作用， 可使沉淀絮团增大， 加速沉淀过程。当聚丙烯酰胺加 到50 mg/L 以 后， 锰 和 铬 的 去 除 率 增 加 变 缓， 所 以 PAM 最佳投入量为50 mg/L。 图 3助凝剂投入量对处理效果的影响 3结论 通过进行最佳水力条件、 最佳混凝剂和最佳助凝 剂投加量的选择实验后， 可确定最佳混凝剂组为 聚 合氯化铝 － 聚丙烯酰胺， 其最佳投加量分别为 聚合 氯化铝为90 mg/L， 聚丙烯酰胺为50 mg/L。当 pH 9. 0 时， 采用先投加无机混凝剂再投加有机混凝剂的 顺序， 水力条件工艺控制为先加无机混凝剂， 慢速搅 拌1 min， 再 加 有 机 助 凝 剂 快 速 搅 拌2 min， 效 果 为 最佳。 废水经处理后浊度可以降至 12 ～ 16 NTU， 水质 清澈， 形成的沉淀颗粒大而易于回收， 且此沉淀可加 酸溶解， 溶解后可与锰矿浸出， 用于电解生产金属锰。 参考文献 ［1］姚俊， 田宗平， 姚祖风， 等． 电解金属锰废水处理的研究［J］． 中 国锰业， 2000， 18 3 25- 27． ［2］樊玉川． 含锰废水处理研究［J］． 湖南有色金属， 1995， 14 3 36- 38． ［3］国家环保局编委会． 水和废水监测分析方法［M］． 3 版． 北京 中国环境科学出版社， 199796- 120． 作者通信处钟琼410004湖南长沙环境保护职业技术学院环境 工程系 E- mailzhongqiong5302 163． com 2012 － 09 － 16 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 30 页 ［4］卫泽斌，胡启智，刘 雯，等． 利用磷富集植物去除和回收污水 中的磷［J］． 水处理技术，2010，36 4 6- 8． ［5］吴湘，杨肖娥，韩志萍，等． 铜绿微囊藻对漂浮栽培植物去除 氮磷效应的影响［J］． 水土保持学报，2010，24 6 251- 254． ［6］刘云根， 田昆， 刘惠芳． 新型除磷剂应用于滇池富营养化水体的 试验研究［J］． 环境工程， 2010， 28 1 36- 39． ［7］Hsieh C，Davis A P，Needelman B A． Bioretention column studies of phosphorus removal from urban stormwater runoff［J］．Water Environment Research，2007，79 2 177- 184． ［8］Read J，Wevill T，Fletcher T，et al． Variation among plant species in pollutant removal from stormwater in biofiltration systems［J］． Water Research，2008， 42893- 902． ［9］Sun X L，Davis A P． Heavy metal fates in laboratory bioretention systems［J］． Chemosphere，2007，661601- 1609． ［ 10］张超兰，陈秀娟，韦必帽，等． 沉水、 挺水培养水生植物去除 污水中氮磷的效果研究［J］． 西南农业学报，2009，22 3 786- 790． ［ 11］常会庆，寇太记，乔鲜花，等． 几种植物去除污染水体中养分 效果研究［J］． 水土保持通报，2009，29 5 118- 122． 作者通信处杨晓华100875北京师范大学环境学院 E- mailXiaohuayang bnu． edu． cn 2012 － 09 － 23 收稿 73 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期