改性脱磷剂对高磷赤铁矿选矿废水的除磷性能

第 20 卷第 4 期 中国有色金属学报 2010 年 4 月 Vol.20 No.4 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Apr. 2010 文章编号：1004-0609(2010)04-0772-05 改性脱磷剂对高磷赤铁矿选矿废水的除磷性能 夏世斌，张 义，鲁双月，唐 彬，张一敏 (武汉理工大学 资源与环境工程学院，武汉，430070) 摘要：采用自行制备的改性脱磷剂对高磷赤铁矿选矿废水的除磷性能进行研究。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明：对于 pH 2.50~2.53、 含磷 98.85 mg/L 的实际选矿废水，改性脱磷剂的最佳投加量为 22 g/L，除磷效率为 99.32%，出水 pH 值为 3.50； 改性脱磷剂的除磷效果较好并可保持出水的酸度较低，有利于高磷赤铁矿选矿酸性废水的在线处理和循环利用。 关键词：高磷赤铁矿；酸性废水；脱磷剂；改性；除磷 中图分类号：X131.2 文献标志码：A Phosphate removal capability of modified dephosphorization agent from high-phosphate hematite mineral processing wastewater XIA Shi-bin, ZHANG Yi, LU Shuang-yue, TANG Bin, ZHANG Yi-min (School of Resource and Environmental Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China) Abstract: The phosphate removal capability of modified dephosphorization agent used for acidic wastewater from high-phosphate hematite mineral processing was investigated. The results indicate that the modified dephosphorization agent can enhance phosphate removal effectively and keep low acidity of the effluent. For the actual mineral processing wastewater with pH value of 2.50−2.53, and phosphate concentration of 98.85 mg/L, the optimum dosage of modified dephosphorization agent is 22 g/L, and the corresponding phosphate removal is 99.32% and the effluent pH value is 3.50. The on-line treatment and circulation of the acidic wastewater can be achieved with the modified dephosphorization agent. Key words: high-phosphate hematite; acidic wastewater; dephosphorization agent; modification; phosphate removal 随着社会经济的快速发展，人类对矿产资源的需 求量日益增长，矿山废水产生的污染问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 日益严重， 成为引起人们重视的全球性问题[1−2]。赤铁矿是最重要 的铁矿石之一，铁含量较高并且可以大量产出，但磷 含量普遍偏高[3]。高磷赤铁矿选矿酸性废水是铁矿化 学选矿工艺中产生的原矿酸浸含磷废水，很多此类含 磷废液未经有效处理便直接大量排入湖泊、河流、沿 海水域和远海中，导致了水体的严重污染，甚至使人 类、动物、家畜等中毒死亡[4−7]。 目前，国内外常用的高磷选矿酸性废水脱磷方法 是物理化学法和生物法。物理化学法适合处理无机态 含磷废水，主要包括混凝沉淀法、结晶法、吸附法、 电渗析法、反渗透法等，其中吸附法应用最广。吸附 法利用吸附剂吸附废水中要去除的组分从而达到处理 目的[8−11]。现有吸附剂有天然材料及废渣、活性氧化 铝及其改性物质、多孔材料和人工合成吸附剂[12−13]。 虽然天然材料及废渣方便易得，价格低廉，但通常作 为吸附剂时置换费用较高，而且这类吸附剂的磷吸附 量普遍较低，吸附剂运行周期也较短[14−15]。因此，本 文作者利用铝业废渣制备出改性脱磷剂，并研究其对 高磷赤铁矿选矿酸性废水的除磷性能，以期实现高磷 赤铁矿选矿酸性废水的在线处理和循环利用。 基金项目：国家“十一五”科技支撑 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 重点资助项目(2007BAB15B00) 收稿日期：2009-03-23；修订日期：2009-06-06 通信作者：张一敏，教授；电话：027-87212127；E-mail：zym126135@126.com 第 20 卷第 4 期 夏世斌，等：改性脱磷剂对高磷赤铁矿选矿废水的除磷性能 773 1 实验 1.1 试验材料 本研究水样采用高磷赤铁矿选矿酸性废水，其总 磷(TP，存在形态 PO43−~P)为 96.65~98.85 mg/L，pH 值为 2.50~2.53；浊度为 600~800NTU。原生脱磷剂为 含 Al、Fe 等金属氧化物的混合物，改性脱磷剂通过盐 酸对原生脱磷剂进行活化处理获得，其活化步骤及方 法如下。 1) 将脱磷剂于 90～105℃下干燥 2～3 h，然后破 碎并过筛(孔径为 0.85 mm)，取筛下物质得脱磷剂粉， 备用。 2) 按 1 L 盐酸溶液中加入脱磷剂粉 40~60 g 的配 比量取脱磷剂粉和盐酸，其中盐酸的质量分数为 5%~10%；将脱磷剂粉置于盐酸中，在 60~100 ℃的水 浴锅中充分搅拌 1~2 h，冷却后得混合液。 3) 向混合液中加入碳酸氢铵溶液(或粉末)并搅 拌，调节 pH 值至 7.5~8.5，静置；倒出上清液，将沉 淀物用蒸馏水洗 5~10 次；然后将洗后的沉淀物于 90~105 ℃下烘 20~25 h。取出冷却至室温，粉碎过 60 筛(孔径为 0.25 mm)，得到高活性改性脱磷剂。 1.2 脱磷试验 在数个搅拌杯中分别加入一定量一定粒径的脱磷 剂和一定体积 (600 mL) 的高磷赤铁矿选矿酸性废水 (TP 为 98.85 mg/L，pH 值为 2.53)，置于搅拌机上，调 整速度梯度(G 值)为 63.6，在室温下搅拌一定时间进 行吸附反应，一定时间 (5~75 min)后停止搅拌，静置 2 h 后测定上清液的磷浓度，计算磷去除率及其他相关 指标。 1.3 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法和设备 采用钼酸铵分光光度法 (UNICO 7200 型可见分 光光度计)测定水溶液中的磷；用精密 pH 计(PHS-3C) 测定样品 pH 值；采用分析透射电子显微镜(H-600 STEM/EDX PV9100)观察样品显微形貌；其他实验设 备和仪器包括转靶 X 射线衍射仪(D/Max-RB)、TA61 程控混凝试验搅拌仪、电热恒温干燥箱、电子天平等。 各项水质指标采用《水和废水监测分析方法(第四版)》 标准测试方法进行测试。所有试剂均采用分析纯，所 用器皿在使用前经稀盐酸浸泡 12 h，水洗干净后，用 去离子水冲洗 3 次，烘干备用。 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 平行实验(3 次) 并取平均值进行数据分析。 2 结果与分析 2.1 脱磷剂的活化 本实验采用的脱磷剂成分比较复杂，其中的一些 矿物和无机金属离子(如 Na+、K+等)等杂质成分对脱 磷剂的除磷会产生影响；另外，脱磷剂表面羟基的存 在往往带负电，这对于除磷不利，因为表面羟基会与 同样带负电荷的磷酸根离子产生静电斥力，从而抑制 脱磷剂对磷酸根离子的吸附作用。 脱磷剂活化过程使脱磷剂主要成分转化为铁铝氢 氧化物，同时去除了一些可溶性盐(见图 1)。由图 2 可以看出，在活化过程中，脱磷剂表面发生侵蚀、外 表面变得粗糙，活化还能使脱磷剂晶格中铝、铁区域 的空隙配衡金属离子 K+或 Na+溶解于酸中，使表面形 成正电荷空洞。同时加以热处理，能使热酸化脱磷剂 产生更多活性阳离子，增加对磷的特性吸附。最重要 图 1 原生脱磷剂和改性脱磷剂 XRD 谱 Fig.1 XRD patterns of raw and modified dephosphorization agents: (a) Raw dephosphorization agent; (b) Modified dephosphorization agent 中国有色金属学报 2010 年 4 月 774 图 2 原生脱磷剂和改性脱磷剂的 SEM 像 Fig.2 SEM images of raw and modified dephosphorization agents: (a) Raw dephosphorization agent; (b) Modified dephosphorization agent 的是原生脱磷剂碱度较高(固/液质量比为 1׃20 时， pH=10.21)，使用盐酸对其进行活化处理后，其 pH 值 降为 6.53，脱磷剂本身的碱度降低了。对于实际选矿 废水处理过程而言，这可消除碱度对脱磷剂除磷的影 响，可以降低其出水碱度，实现废液循环利用。 2.2 除磷效果的影响因素 实验前期通过对批量试验的研究和分析，进行试 验条件的优化。研究结果表明：当高磷赤铁矿选矿酸 性废水的 pH 值为 2.50~2.53、TP 为 98.85 mg/L 时， 采用原生脱磷剂除磷的最佳混凝时间为 1 h，速度梯度 (G 值)为 63.6。采用改性脱磷剂除磷的最佳混凝时间 为 45 min，速度梯度(G值)为 63.6。 为了研究活化对脱磷剂除磷效果的影响，并与原 生脱磷剂除磷效果进行对比，采用以下几个指标来考 察脱磷剂活化前后吸附性能的变化关系。 2.2.1 脱磷剂投加量对除磷效果的影响 在两组搅拌杯中分别加入 600 mL 高磷赤铁矿选 矿酸性废水(TP 为 98.85 mg/L，pH 值为 2.53)，然后分 别加入原生脱磷剂和改性脱磷剂，反应 60 min，调整 速度梯度(G值)为 63.6，静置 2 h后测上清液的含磷量。 脱磷剂投加量对除磷效果的影响如图 3 所示。 图 3 脱磷剂投加量对除磷效果的影响 Fig.3 Effects of dosage of dephosphorization agents on phosphate removal 由图 3 可知：对于原生脱磷剂，当脱磷剂投加量 小于 14 g 时，磷的去除率随着脱磷剂投加量的增加而 增加；当脱磷剂投入量为 2 g 时，出现了反常，这是 因为溶液出现了胶体现象，废水中脱磷剂与 PO43—P 发生混凝反应而形成了大颗粒和絮状沉淀物，但沉淀 效果不佳，即固液没有很好地分离，从而导致出水中 磷浓度仍然较高。原生脱磷剂的最佳投加量为 14 g(即 23 g/L)，此时磷去除率为 92.47%。当脱磷剂投加量大 于 14 g 时，磷去除率随着脱磷剂投加量的增加逐渐下 降，这可能是由于碱度的增加影响了除磷效果。对于 改性脱磷剂，没有出现胶体现象，且固液很快分离， 在投加量为 13 g(即 22 g/L)时磷去除率达到 99.32%。 2.2.2 反应时间对除磷效果的影响 在两组搅拌杯中分别加入 600 mL 高磷赤铁矿选 矿酸性废水，然后根据优化条件分别加入原生脱磷剂 和改性脱磷剂 13 g，使两组反应时间分别为 5、15、 30、45、60 和 75 min。调整速度梯度(G值)为 63.6。 静置 2 h 后测上清液的含磷量。反应时间对除磷效果 的影响如图 4 所示。 由图 4 可知：在不同的时间段，改性脱磷剂都比 原生脱磷剂的除磷率要高，60 min 后原生脱磷剂除磷 率为 92.31%，此后变化不大；而对于改性脱磷剂，45 min 时除磷率已达到 99.32%，可见改性脱磷剂在较短 的时间内可达到较高的除磷率。 2.2.3 脱磷剂投加量和搅拌时间对上清液 pH 值的影 响 试验条件同 2.2.1，两种脱磷剂的投加量对上清液 pH 值的影响结果如图 5 所示。 试验条件同 2.2.2，反应时间对两种脱磷剂处理后 第 20 卷第 4 期 夏世斌，等：改性脱磷剂对高磷赤铁矿选矿废水的除磷性能 775 上清液 pH 值的影响如图 6 所示。 如图 5 所示，随着原生脱磷剂和改性脱磷剂投加 量的增加，上清液 pH 值都有不同程度的上升，但改 性脱磷剂的投加量对上清液 pH 值的影响较小。当原 生脱磷剂投加量为 14 g 时，上清液 pH 值高至 8.02。 而活改性脱磷剂投加量为 14 g 时，上清液 pH 值还维 持为 3.82。由图 6 可知：对于原生脱磷剂，上清液 pH 值不断上升，在除磷率稳定时达到了 7.98，而改性脱 磷剂处理液 pH 值比较稳定，在反应 60 min 后仍维持 为 3.83。由此可见，改性脱磷剂除磷后的出水碱度明 显降低，有利于经过处理的高磷赤铁矿选矿酸性废水 的循环利用。 图 4 反应时间对除磷效果的影响 Fig.4 Effects of reaction time on phosphate removal 图 5 脱磷剂投加量对上清液 pH 值的影响 Fig.5 Effects of dosage of dephosphorization agents on pH value of effluent 3 结论 1) 采用盐酸对脱磷剂进行活化，使脱磷剂主要成 图 6 反应时间对上清液 pH 的影响 Fig.6 Effects of reaction time on pH value of effluent 分转化为铁铝氢氧化物，同时发生表面侵蚀、外表面 粗糙等变化，活化过程使脱磷剂碱度降低，消除了碱 度对脱磷剂除磷的影响。 2) 除磷效果与脱磷剂的投加量、速度梯度(G值)、 搅拌时间及 pH 值等因素有关。采用改性脱磷剂处理 高磷赤铁矿选矿酸性废水(pH=2.50~2.53，TP =98.85 mg/L)时，最佳搅拌时间为 45 min，最佳投加量为 22 g/L，废水脱磷率最高达到 99.32%，且上清液的 pH 值 维持在 3.5 左右，在合适的工艺条件下可循环利用高 磷赤铁矿选矿酸性废水。 3) 与原生脱磷剂相比，改性脱磷剂在高磷赤铁矿 选矿酸性废水处理中可以起到较好的吸附、混凝沉淀 作用，其制备方法简单，成本低廉，除磷率高，出水 pH 较低，在高磷赤铁矿选矿酸性废水处理工艺中具有 很大的应用前景。 REFERENCES [1] 刘志勇, 陈建中. 酸性矿山废水的处理研究[J]. 云南环境科 学, 2004(S2): 152−156. 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(编辑 何学锋)