陳文勝，劉 旭，薛 珂，李文風(fēng)，王 艦，但叢林，馮青舒，穆迎迎

（1.湖南有色郴州氟化學(xué)有限公司，湖南 郴州 423000；2.長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012）

湖南有色郴州氟化學(xué)有限公司螢石選廠的選礦廢水排放量大、固體懸浮物濃度高，并殘留了大量金屬離子和選礦藥劑，目前，選廠現(xiàn)場(chǎng)將尾礦廢水全部匯集到隔離泵房統(tǒng)一輸送到尾礦庫(kù)加石灰、絮凝劑澄清凈化后達(dá)標(biāo)排放。由于多種水處理藥劑以及廢水中殘留選礦藥劑的交互作用［1－2］，處理水不能滿足選礦要求，難以重復(fù)利用，不僅造成水資源浪費(fèi)，而且對(duì)受納水體造成嚴(yán)重污染［3］。因此，研究該螢石選礦廢水高效回用具有重要的環(huán)保意義及經(jīng)濟(jì)意義。

目前，螢石選礦廢水主要處理方法有混凝法、絮凝法、沉淀法以及氧化法等。傳統(tǒng)單一混凝、絮凝、沉淀工藝對(duì)選礦廢水只能起到澄清作用，廢水處理效率不高。為提高處理效率，一般采用混凝／絮凝／沉淀與氧化或吸附等方法聯(lián)合使用［4］。本文采用混凝沉淀和吸附聯(lián)合使用的方法對(duì)該選礦廢水進(jìn)行處理，選取自主研發(fā)的CSP-12為混凝劑、碳酸鈉為沉淀劑、活性炭為吸附劑，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)法研究各藥劑用量對(duì)Ca2＋和COD去除效果的影響，以獲取最佳的混凝沉淀和吸附工藝條件，以期為該工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)用水取自郴氟螢石選廠綜合尾礦水，現(xiàn)場(chǎng)取樣后將水樣裝入聚乙烯塑料桶中，密封后迅速送往實(shí)驗(yàn)室，低溫暗處保存。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前強(qiáng)烈攪拌混勻水樣并恢復(fù)至室溫，水樣水質(zhì)分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 水質(zhì)分析結(jié)果

1.2 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器

實(shí)驗(yàn)藥品：混凝劑CSP-12為自主研發(fā)的有機(jī)高分子藥劑；吸附劑木制活性炭為工業(yè)品，沉淀劑碳酸鈉以及其他藥劑氫氧化鈉、乙二胺四乙酸二鈉、碳酸鈣、鈣羧酸均為分析純?cè)噭?/p>

實(shí)驗(yàn)儀器：pH計(jì)（雷磁，PHS－3C），恒溫多頭磁力攪拌器（江蘇科析儀器，HJ－4A（數(shù)顯控溫）），電子分析天平（上海浦春計(jì)量?jī)x器，F(xiàn)A2204），多參數(shù)水質(zhì)分析儀（連華科技，5B－6C（V8））。

1.3 檢測(cè)項(xiàng)目及分析方法

采用《水質(zhì)鈣的測(cè)定EDTA滴定法》GB／T 7476—1987測(cè)定廢水中Ca2＋含量；采用多參數(shù)水質(zhì)分析儀測(cè)定廢水中COD含量。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

采用混凝沉淀-吸附法處理選礦廢水。取200 mL選礦廢水于500 mL燒杯中，加入碳酸鈉充分?jǐn)嚢柚寥芙猓偌尤隒SP-12繼續(xù)攪拌均勻，靜置5～10 min，待沉淀分層，取上清液加入活性炭，放置于攪拌器上攪拌45 min，過(guò)濾，取水樣測(cè)定Ca2＋含量和COD含量。

1.5 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)知，CSP-12用量、碳酸鈉用量以及活性炭用量對(duì)混凝沉淀效果和吸附效果的影響較顯著。因此選取CSP-12用量（A）、碳酸鈉用量（B）和活性炭用量（C）3個(gè)因素為正交實(shí)驗(yàn)因子，各因子水平選定為3個(gè)，以Ca2＋去除率和COD去除率為實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，選用L9（34）型正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)［5－6］。各因素及水平取值見(jiàn)表2。

表2 各因素及水平取值

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，Ca2＋去除率隨碳酸鈉用量增加而增加，與CSP-12用量和活性炭用量基本無(wú)關(guān)。而COD去除率與活性炭用量密切相關(guān)，與CSP-12用量有一定關(guān)系，與碳酸鈉用量無(wú)關(guān)。

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 極差與方差分析

Ca2＋去除率極差及方差分析結(jié)果分別見(jiàn)表4和表5。由表4可知，CSP-12用量、碳酸鈉用量、活性炭用量極差分別為1.54、61.27和0.64，故碳酸鈉用量對(duì)Ca2＋去除率的影響最大，其次為CSP-12用量和活性炭用量。表5結(jié)果也表明，碳酸鈉用量的F＞F0.01，CSP-12用量和活性炭用量的F＜F0.1，說(shuō)明碳酸鈉用量對(duì)Ca2＋去除率有極顯著影響，CSP-12用量和活性炭用量對(duì)Ca2＋去除率的影響不顯著。同時(shí)，根據(jù)分析可知，去除Ca2＋的最佳工藝方案為A3B3C3，即CSP-12用量12 mg／L、碳酸鈉用量900 mg／L、活性炭用量200 mg／L。

表4 評(píng)價(jià)指標(biāo)Ca2＋去除率極差分析結(jié)果

表5 評(píng)價(jià)指標(biāo)Ca2＋去除率方差分析結(jié)果

COD去除率極差及方差分析結(jié)果分別見(jiàn)表6和表7。由表6可知，CSP-12用量、碳酸鈉用量、活性炭用量的極差分別為5.67、1.14和12.48，對(duì)廢水中COD去除率的影響順序?yàn)椋夯钚蕴坑昧浚綜SP-12用量＞碳酸鈉用量。說(shuō)明活性炭用量對(duì)COD去除率的影響最大，其次為CSP-12用量和碳酸鈉用量。再由表7可知，活性炭用量的F＞F0.05，說(shuō)明活性炭用量對(duì)COD去除率有很顯著影響，而碳酸鈉用量的F＜F0.1，說(shuō)明碳酸鈉用量對(duì)COD去除率影響不顯著，CSP-12用量的F＞F0.1，說(shuō)明CSP-12用量對(duì)COD去除率存在一定影響。同時(shí)根據(jù)分析可知，去除COD的最佳工藝方案為A3B3C3，即CSP-12用量12 mg／L、碳酸鈉用量900 mg／L、活性炭用量200 mg／L。

表6 評(píng)價(jià)指標(biāo)COD去除率極差分析結(jié)果

表7 評(píng)價(jià)指標(biāo)COD去除率方差分析結(jié)果

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

按照正交實(shí)驗(yàn)得到的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件為：CSP-12用量12 mg／L，碳酸鈉用量900 mg／L，活性炭用量200 mg／L。這個(gè)最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件不包含在正交實(shí)驗(yàn)的9組實(shí)驗(yàn)中，因此，按最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，在此條件下進(jìn)行了3組平行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取平均值，得到Ca2＋去除率91.26%、COD去除率60.54%，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果與正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，說(shuō)明該方法能較真實(shí)地反映各影響因素對(duì)該螢石選礦廢水中Ca2＋去除率和COD去除率的影響，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié) 論

1）采用正交實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化螢石選礦廢水處理實(shí)驗(yàn)中各影響因子對(duì)Ca2＋去除率的影響順序?yàn)椋禾妓徕c用量＞CSP-12用量＞活性炭用量；對(duì)COD去除率的影響順序?yàn)椋夯钚蕴坑昧浚綜SP-12用量＞碳酸鈉用量。

2）采用混凝沉淀-吸附法處理螢石選礦廢水的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件為：混凝劑CSP-12用量12 mg／L，沉淀劑碳酸鈉用量900 mg／L，吸附劑活性炭用量200 mg／L。在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，螢石選礦廢水中Ca2＋去除率91.26%，COD去除率60.54%。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果與正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。