毕业论文(1)

克拉玛依职业技术学院毕业设计（论文）

克拉玛依职业技术学院

毕业论文

题 目 混凝沉降法对废水处理的实验研究 学 号 11031249 学 生 鲍海博 班 级 石化1131 指导教师 高荔 完成日期 2014-6-5

克拉玛依职业技术学院制

二○一四年六月

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混凝沉淀法对选矿废水处理的实验研究

摘要：选矿废水中含有各种有害的悬浮物、金属离子等，若直接排放，将对环境造成严重污染。因此，选矿废水处理是选矿工业中不可缺少的环节。本实验以聚合氯化铝与聚丙烯酰胺混凝剂联合使用的方法对废水进行处理实验研究。采用单因素分析方法确定各因素最优范围，按照正交实验确定了非离子型聚丙烯酰胺用量0.5ml、聚合氯化铝用量22mL、沉降时间5min、pH值6.7，则可使处理污水透射比达到57.86%。出水水质分析表明，聚合氯化铝和非离子型聚丙烯酰胺联合使用的出水水质要比单一使用聚合氯化铝的出水水质要好，达到了工业排放和回用要求。

关键词：废水 单因素 正交试验 混凝剂

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EXPERIMENTAL STUDY ON TREATMENT OF

BENEFICIATION

WASTEWATER BY COAGULATION AND SEDIMENTATION

METHOD

ABSTRACT

Abstract: containing mineral processing reagents, various harmful suspended matter, metal ions concentration in the waste water, if the direct emissions, will cause serious pollution to the environment. Therefore, ore dressing wastewater treatment is an indispensable link in the mineral processing industry. Methods in this experiment, polyaluminum chloride and polyacrylamide coagulants used for processing experimental study on Chengde Shuangluan district a mineral processing wastewater. Using single factor analysis method to determine the optimal range of each factor, according to orthogonal experiment to determine the non-ionic polyacrylamide dosage 0.5ml, polymerization aluminum chloride dosage 22mL, settling time 5min, pH value 6.7, can make the treatment of sewage transmission ratio reaches 57.86%. Analysis showed that water quality, better effluent quality polyaluminium chloride and non-ionic polyacrylamide combined use than single use of polyaluminium chloride water quality, achieve industrial discharge and reuse requirements.

KEY WORDS: beneficiation wastewater single factor orthogonal test coagulant

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目录

1 前言 ............................................................................................................................................................. 5

1.1选矿废水的特点及危害 ................................................................................................................... 5 1.2选矿废水的处理方法 ....................................................................................................................... 5

1.2.1混凝沉淀法 .......................................................................................................................... 5 1.2.2酸碱废水中和处理法 .......................................................................................................... 7 1.2.3化学氧化法 ............................................................................................................................ 8 1.2.4人工湿地法 .......................................................................................................................... 9 1.2.5吸附法 ................................................................................................................................ 10 1.3课题研究的意义及内容 ................................................................................................................. 11 2实验部分 .................................................................................................................................................... 12

2.1选矿废水 ......................................................................................................................................... 12 2.2实验仪器 ......................................................................................................................................... 12 2.3实验试剂 ......................................................................................................................................... 12 2.4实验原理 ......................................................................................................................................... 12

2.4.1聚合氯化铝（PAC）沉降原理 .......................................................................................... 12 2.4.2聚丙烯酰胺（PAM）沉降原理 .......................................................................................... 13 2.5试验内容 ......................................................................................................................................... 13 2.6试验方法 ......................................................................................................................................... 13

2.6.1配制试剂 ............................................................................................................................ 13

2.6.1.1浊度测定实验试剂配制 ........................................................................................ 13 2.6.1.2絮凝沉降实验试剂配制 ........................................................................................ 15 2.6.2实验步骤 ............................................................................................................................ 15

2.6.2.1自然沉降法 ............................................................................................................... 15 2.6.2.2絮凝沉降法 ............................................................................................................ 15

3 实验结果与讨论 ....................................................................................................................................... 16

3.1自然沉降与混凝沉降法处理污水的考察 ..................................................................................... 16 3.2聚丙烯酰胺和聚合氯化铝联合使用的混凝沉降法对选矿废水的处理研究 ............................. 16

3.2.1单因素考察方法 ................................................................................................................ 17

3.2.1.1聚合氯化铝(PAC)对加量对透射比和出水率的影响 ............................................. 17 3.2.1.2聚丙烯酰胺加量对透射比和出水率的影响 ........................................................... 17 3.2.1.3沉降时间对透射比和出水率的影响 ....................................................................... 18 3.2.1.4 pH值对透射比和出水率的影响 .......................................................................... 19 3.2.2 正交设计实验 ................................................................................................................... 19

3.2.2.1 直观分析法 .............................................................................................................. 21 3.2.2.2 方差分析法 ........................................................................................................... 24

4 结论 ........................................................................................................................................................... 31

参考文献 ............................................................................................................................................... 32 致 谢 ................................................................................................................................................. 34

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混凝沉淀法对选矿废水处理的实验研究

1 前言

矿山是我国资源的重要来源地，在开采过程中需要大量的生产用水，同时也排放出大量废水，选矿废水是其重要的组成部分。据估计，我国矿山的选矿厂，每年排放的废水约占全国工业废水总量的十分之一，是我国工业废水排放量最多的行业之一。控制选矿厂废水的排放，提高废水的循环复用率，防止水对环境的污染和对生态平衡的破坏是当前世界各国共同关心的问题。因此，如何有效地处理选矿废水是各个矿山长期以来必须解决的重大问题，也是选矿工艺中必须解决的技术难题。而实行选矿废水循环使用是解决该难题的重要技术措施，也是实现选矿废水资源化综合利用的重要前提[1]。我国的人口占世界总人口的五分之一，而耕地面积人平均不到1000m2，仅为世界人均耕地面积的27%，特别是我国的水资源又严重不足，鉴于此情况，选矿厂的废水治理就具有更加重大的意义[2]。

目前国内已开发出混凝法、酸碱中和法、化学氧化法、人工湿地法、吸附法等一系列选矿废水处理方法。

1.1选矿废水的特点及危害

选矿废水具有水量大、悬浮物含量高、含有害物质种类较多而浓度较低等特点。选矿废水中含有各种选矿药剂( 如氰化物、黑药、黄药等)、一定量的金属离子及氟、砷等污染物，若不经处理排入水体、危害很大，大量含有泥沙和尾矿粉的选矿废水可使整条河流变色。选矿药剂是选矿废水中另一重要的污染物，浮选药剂一般都是有毒的，含浮选药剂的选矿厂废水进入自然水体后，会使鱼类及浮游生物受害。另外，选矿厂废水的pH值往往高于或低于国家规定的排放标准，同样会对环境造成危害。

1.2选矿废水的处理方法

1.2.1混凝沉淀法

其基本原理就是在混凝剂的作用下，通过压缩微颗粒表面双电层、降低界面ζ电位、电中和等电化学过程，以及桥联、网捕、吸附等物理化学过程，将废水中的悬浮物、胶体和可絮凝的其它物质凝聚成“絮团”；再经沉降设备将絮凝后的废水进行固液分离，“絮团”沉入沉降设备的底部而成为泥浆，顶部流出的则为色度和浊度较低的清水。混凝沉淀去除的对象是二级处理水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物，从表观而言，就

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是去除污水的色度和混浊度。混凝沉淀还可以去除污水中的某些溶解性物质，如砷、汞等，也能有效地去除能够导致流水体富营养化的氮和磷等。

混凝沉淀法中混凝剂的作用至关重要，常用的混凝剂有三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝、聚合氯化铝、有机高分子类等，与此同时，还常常加入一些助凝剂，常用的助凝剂有pH调整剂、絮体结构改良剂、聚丙烯酰胺(PAM) 等。

以硫酸铝、三氯化铁和聚合硫酸铁三种混凝剂对某蓝晶石矿选矿废水进行处理实验研究。考查了混凝剂种类及其性质、混凝剂用量、混凝剂与絮凝剂的联合使用、pH值、搅拌强度、搅拌时间以及沉降时间等因素，实验结果表明，硫酸铝为较佳混凝剂，最佳用量为40mg/L；最佳混凝pH值为8.4，即原水的pH值；40mg/L的硫酸铝投入原水后，按照正交实验确定的混凝水力条件和沉降时间，可使出水浊度从91.2NTU 降至1.32NTU；而在40 mg/L的硫酸铝投入原水后，按照正交实验确定的非离子型聚丙烯酰胺用量0.25mg/L、混凝水力条件和沉降时间，则可使出水浊度降至0.23NTU。孔令强[4]等比较了聚合硫酸铁、聚合氯化铝和明矾3 种混凝剂对蒙自铅锌矿选矿废水的处理效果，结果表明，聚合硫酸铁、聚合氯化铝和明矾都可以通过混凝使废水金属离子含量明显降低，而聚合硫酸铁是其中的最佳选择。为强化混凝效果，将助凝剂聚丙烯酰胺与聚合硫酸铁配合使用，通过混凝沉降去除废水中的金属离子，然后再用活性炭吸附废水中的残留有机药剂，使废水的金属离子含量和化学耗氧量均达到了排放标准。采用处理后的废水对蒙自铅锌矿矿石进行铅锌浮选试验，获得了与采用新鲜水时相近的选别指标，证明处理后废水完全可以回用于选矿生产。陈伟

[5]

等采用调pH值—氧化混凝—催化氧化吸附—回用的技术路线;通过调整废水pH值，采用硫

酸亚铁作为混凝药剂，通过絮凝和氧化作用去除废水中重金属离子和选矿药剂，通过催化氧化吸附去除残留的选矿药剂和Fe2+。处理后的废水无色、无刺激性气味，既能满足选矿工艺用水水质要求，又满足GB8978—1996一级排放标准的要求。具有显著的环境效益和经济效益，具有良好的推广应用价值。郭朝晖[6]等通过优化聚硅酸硫酸铝铁中铝硅铁比，配制适宜的聚硅酸硫酸铝铁絮凝剂并进行钨铋选矿废水处理，为多金属矿选矿废水稳定达标排放提供技术依据。研究结果表明：在w(SiO2)=2.0%，n(Fe+Al)/n(Si)=2:1，

n(Fe)/n(Al)=1:1的适宜配比下制得的聚硅酸硫酸铝铁絮凝剂，在1.5%投加量下，可使钨铋选矿废水浊度去除率达95%以上，处理后废水浊度为70NTU；COD去除率达70%，处理后废水中COD含量为72 mg/L；As，Be和Pb 去除率均达90%以上，处理后废水中As，Be和Pb质量浓度分别为34，0.2 和13μg/L，处理后废水达到GB8978—1996(《污水综合排放标准》)一级标准。王秋林[7]等针对陕西大西沟菱铁矿选矿废水的特点，研究了外加石灰乳和不同絮凝剂(比如: 聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、淀粉、明矾等)配比的絮凝沉降效果，结果表明: 添加石灰乳和絮凝剂聚丙烯酰胺处理选矿废水, 净化后水质远低于废水综

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合排放标准5GB8978- 19966一级标准。石敏[8]等针对某钼矿选矿厂浮选废水，研究了不同混凝剂、不同pH 值和不同水力条件下废水处理后的浊度和COD。实验结果表明，在最佳水力条件下，原水pH 不调整，以APAM-A 为絮凝剂，以PAC 为凝聚剂，其用量分别为15 g /t，750 g/t时，处理后上清液浊度为25NTU，COD小于30 mg/L。浮选废水经处理后回用于选矿浮选流程，大大改善了选矿指标。张亮[9]等采用絮凝沉淀加BAF工艺处理某大型煤矿废水，使出水水质优于生活杂用水水质标准CJ25.1－89，COD稳定在30 mgL-1以下，SS 质量浓度稳定在10 mgL-1以下，水回用率达100%。运行结果表明，采用该工艺处理煤矿废水并回用，在技术和经济上可行。刘俊[10]等采用铁氧体( Fe3O4)配合聚合氯化铝(PAC) 进行低温低浊水( T＜10℃，浊度＜40NTU) 的实验研究，实验结果表明PAC 为30mg/LFe3O4为0·004 mg时为最佳投药量。

混凝沉淀法效率高、成熟、稳定、操作较简单、电耗较低。但投入过多的药剂时药剂本身也对水体造成污染( 增大COD含量等等) ，水质不同，最佳的投药量也各不相同，必须通过实验确定，同时占地面积较大，污泥需经浓缩后脱水。

1.2.2酸碱废水中和处理法

废水中和处理法是废水化学处理法之一，其基本原理是使酸性废水中的H+与外加OH－

或使碱性废水中的OH－与外加的H +相互作用，生成弱解离的水分子，同时生成可溶解或难溶解的其他盐类，从而消除它们的有害作用。

对于酸性废水，常用的中和剂有石灰、石灰石、白云石、苛性钠、碳酸钠等。但是，若在工厂附近有碱性废水和碱性废渣，应优先考虑利用这些废水和废渣来中和处理酸性废水。对于碱性废水，常用的中和剂有各种无机酸，如H2SO4，HCl，HNO3，但是HCl和HNO3的价格较贵，腐蚀性强。故一般常用H2SO4，如能利用烟道气中的SO2和CO2做中和剂则更经济。若选矿厂附近有酸性矿山废水或废电解液可用作碱性废水的中和剂，则优先考虑采用以废治废的中和处理方案。

采用“酸碱中和-混凝沉淀”组合工艺处理煤矿灯房含酸、含铅废水, 该工艺是在酸性废水中投加苛性钠，使废水pH控制在9，其中溶解铅形成氢氧化铅沉淀。在水泵提升过程中投加絮凝剂，利用水泵的叶轮混合搅拌，进入一体化设备，完成混凝反应、沉淀、污泥浓缩等工艺。废水治理后出水pH分别达到7.6，SS达到110 mg/L，处理效率为63.33 %，Pb浓度为0.6 mg/L，处理效率99.67 %，达标排放。研究了一种新型的废水处理纯水制备一体化系统，可将铜带漂洗废水用酸碱中和除去重金属离子，达到上海市工业废水排放标准。针对含硫高的矿体开采过程中产生的有毒气体和热量, 采取综合治理措施, 在风机排风口设置一套石灰水喷雾中和装置, 对排出的废气进行中和净化, 取得了较为理想的治

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理效果。排出的废气基本上达到了国家规定的排放标准。邵坤[14]等介绍了使用两段中和法处理矿山酸性废水,首先用矿物或废渣作中和剂将废水的pH值调节到4.0 左右,再用石灰乳进行中和。试验结果表明, 尾矿库废水pH值与重金属溶出量呈密切的指数负相关关系，pH值为6~7 时，除Mn外，其他重金属浓度均达标排放，pH值接近9时，重金属均能达到国家一级排放标准。吴兆清[15]采用石灰- 铝盐两段净化工艺，对高浓度酸性含氟废水进行处理研究。结果表明: 控制一段pH=11, 沉淀1h, 二段pH = 6~ 8, A1/ F= 4,沉淀2h,处理后外排水中氟浓度小于10 mg/ L,达到国家排放标准。该工艺简单可行、操作方便,经现场验证,效果良好。雷兆武[16]等采用石灰调pH-铁屑置换-石灰沉淀处理工艺对废水进行试验,结果表明废水的pH在调至2.05时,废水中Cu2+浓度较高,在此pH值条件下,可以充分回收废水中的铜。废水在经石灰沉淀沉渣回流工艺处理后,废水中的Cu2+浓度可降至0.5mg/L以下。

酸碱中和法是处理酸性矿山废水最常用的传统方法,具有工艺简单、操作方便、运行费用低等优点,但也存在结垢严重、沉淀污泥量大、易造成二次污染等弊端。在处理酸性矿山废水时,为了提高处理效果,常将中和法与氧化法等其他方法结合使用。

1.2.3化学氧化法

化学氧化法是彻底去除废水中污染物的有效方法之一。通过化学氧化, 可以将液态或气态的无机物和有机物转化成微毒、无毒的物质,或将其转化成易于分离的形态,达到降低废水COD,BOD及毒性的目的。处理废水常用的氧化剂有臭氧、高锰酸钾、次氯酸钠、过氧化氢、Fenton试剂等。

为实现工业废水的达标排放，对废水进行了Fenton 催化氧化处理，研究了不同pH值、药液投加量、反应温度以及时间对Fenton 氧化的影响，结果表明，反应时间越长，COD 去除率越大，但在反应一段时间后，去除效果趋于平缓；温度越高，COD 去除率也明显增大，但在超过30℃之后，去除率变化趋于平缓，甚至稍有下降；当pH值为3.0，Fe2+与H2O2体积比为1∶2，Fe2+的投加量为36mL时，废水的处理效果最好。最后通过调整出水pH，絮凝处理进一步提高COD的去除率。总结了化学氧化法对有机锡污水处理的方法，实验结果表明：高锰酸钾氧化效果与浓度、反应时间、pH值等因素密切相关,随着高锰酸钾投加量增加、反应时间的延长,有机锡浓度降低,当高锰酸钾浓度增加时,直线斜率增加,但斜率变化并不大。实验表明,高锰酸钾浓度在015~215mg/L时即可发挥氧化作用。高锰酸钾在pH值8~9时对于有机锡污水氧化性最好。介绍了环保型氢氧化镁的性能特征及其在含重金属离子工业废水中的应用情况。与传统药剂相比，氢氧化镁由于其所特有的缓冲性能，已使原来应用于这一领域中的传统碱类物质暗然失色，大有取而代之的趋势。李佩英[20]针对某铝制品锻造企业在生产过程中排放的含荧光液废水，经过混凝、沉淀、过滤+活性炭过滤后，色

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度仍然高达80 ~150倍，研究了以次氯酸钠为氧化剂的氧化法来进行脱色处理废水，结果表明：在该荧光液废水处理系统排放水池增加NaClO投加点，投加2.5mL/L 的NaClO，在pH值约7.6左右的情况下反应25min，废水出水色度降为35倍左右，色度去除率达到70%，满足国家《污水综合排放标准》( GB8978－1996) 的一级标准要求。采用NaClO来进行荧光液废水的氧化脱色是可行的。

1.2.4人工湿地法

人工湿地法是近年来国内外研究的重点，它具有出水性质稳定、基建和运行费用低、技术含量低、维护管理方便、抗冲击负荷强等诸多优点，其基本原理是利用基质、微生物，动植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化[21]，同时通过生物地球化学循环供给营养物质和水分促使植物生长，最终达到污水的资源化与无害化。

研究了在人工配制的污水中投入一定量的基质，不同条件下振荡培养沸石、炉渣和陶瓷滤料3种基质在不同因素影响下对氨氮( NH4+-N)和总磷( TP) 的吸附能力。结果表明，不同吸附时间时，沸石对NH+4-N 的吸附效果最好，陶瓷滤料对TP 的吸附效果最好；进水浓度对沸石吸附NH+4-N 的影响较大，其吸附量随进水浓度的增大而增大，进水浓度对炉渣和陶瓷滤料吸附NH+4-N 及炉渣吸附TP影响不大；3种基质对NH+4 -N 和TP的吸附量均是随吸附剂量的增加而降低，要达到较好的去污效果，应根据实验结果考虑基质投入量；pH值对沸石吸附NH+4-N 影响显著，pH值6~7范围内吸附效果最好，pH 值8~12 的碱性条件有利于基质对TP的吸附。针对稀土低水平放射性废水的特点，采用人工湿地处理技术，研究表明稀土低水平放射性废水的人工湿地处理技术具有可行性和技术经济优势。研究了立体式人工湿地在微污染源水体处理中的应用，结果表明，立体式人工湿地对微污染源水的净化处理技术是可行的，安全无污染，且成本较低、管理方便，在高温与低温季节均能够有效降低微污染源水中的SS、CODCr、NH3-N、TN、TP，出水基本能稳定达到地表水III 类标准。该研究为今后人工湿地+ 水下森林生态净化模式的构建、维持、运行以及推广应用提供了有益的参考。卢守波[25]等采用新型微电场-人工湿地耦合工艺处理重金属废水，研究了不同运行条件下微电场-人工湿地耦合工艺去除重金属的特性, 探讨了主要的去除机理。结果表明: 不同重金属随进水浓度变化对去除率影响的效果不同,对Cu2+、Pb2+影响较小,对Cd2+和Zn2+影响较大。pH对该工艺去除重金属有较大影响, 选择系统进水以中性废水为宜。电压对系统处理重金属废水的效果影响显著,随电压升高,重金属去除率均呈先增后减的变化趋势,电压为4V 时去除效果较佳。卢守波[26]研究了不同条件下水平潜流人工湿地对Cu，Pb，Cd，Zn 四种重金属的去除效果，发现水力停留时间、入水pH值、入水浓度对人工湿地的

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去除效率有重要影响。

1.2.5吸附法

用固体吸附剂去除污水中污染物质的方法，称为废水处理的吸附法。根据吸附剂类型不同可以分为材料吸附法和生物吸附法。吸附法因其材料便宜易得、成本低、去除效果好而一直受到人们的青睐。

针对锑矿选矿废水中锑和丁基黄原酸钠严重超标的问题, 用酸改性粉煤灰对其进行吸附处理。试验结果表明当酸性粉煤灰与处理选矿废水的质量体积(g#mL- 1)为1：100,pH 值为3,静置时间为4h时,废水中的锑可从28.611mg#L-1降到0.05 mg# L-1以下, 去除率达99. 8%以上；废水中丁基黄原酸钠可从0.1373mg#L-1降到0. 02 mg#L-1以下, 去除率达95.0%以上。韩跃新[28]研究了以黄铁矿为吸附剂、CN－为吸附质，考察了吸附时间、溶液pH 值、黄铁矿用量等因素对吸附效果的影响，结果表明，黄铁矿对氰化钠的吸附很快，1min 即达到吸附平衡，最大吸附负载达3.81mg/g，最大吸附率达到90.28% ，吸附受pH影响很小；氰根离子与黄铁矿有很强的键合吸附作用；黄铁矿颗粒对氰根离子的吸附是以单分子层化学吸附为主的吸附过程。研究了以改性笋壳为吸附剂去除废水中的铬离子，探讨振荡时间、吸附剂量、初始浓度、温度、pH对铬离子去除率的影响。结果表明：pH对铬离子去除率有很大影响，pH越低，吸附效果越好。当温度为30℃，时间为1.5 h、笋壳用量为0.5 g、振荡时间为90 min，铬离子吸附率可达40%以上。宋卫锋[29]等研究了硫化矿浮选废水生物降解效能，采用序批式生物反应器( SBR) 研究浮选废水的降解能力，探讨不同的运行条件对苯胺黑药、黄药及乙硫氮去除效果的影响。实验结果表明：经过24d的培养驯化，浮选药剂的降解达到预期效果；SBR 在HRT为2h，pH在6~7之间，葡萄糖投加量为0.1g/L时，降解效果达到最佳；除此以外活性污泥对硫化物承受浓度可达到120mg/L。

目前处理矿山废水的方法主要有酸碱中和法、混凝沉降法、化学氧化法、人工湿地法和生物法5种。酸碱中和法和混凝沉降法都具有工艺简单、操作方便、运行费用低等优点,但也存在结垢严重,沉淀污泥量大,易造成二次污染等弊端。化学氧化法最显著的特点就是操作简单并能有效处理各种形态的污染物,但处理费用较高,因此很难在生产实践中推广应用。人工湿地法具有投资低、操作简单、抗冲击能力强和运行费用低廉等优点,但占地面积大,易受外界环境的影响,对一些难处理的废水效果不佳,有一定的局限性。微生物法作为一项新的实用技术, 具有费用低、容易管理、适用性强、无二次污染、可回收短缺原料单质硫和一些重金属离子如铜、锌等优点,被越来越多地应用于废水处理中,但如何在常温下保持微生物的活性, 如何消除重金属离子对微生物的抑制作用,以及微生物在废水处理中的作用机理等,都有待更深入的研究。

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1.3课题研究的意义及内容

矿山是我国资源的重要来源地，在开采过程中需要大量的生产用水，同时也排放出大量废水，选矿废水是其重要的组成部分。据估计，我国矿山的选矿厂，每年排放的废水中了约占全国工业废水总量的十分之一，是我国工业废水排放量最多的行业之一。控制选矿厂废水的排放，提高废水的循环复用率，防止水对环境的污染和对生态平衡的破坏是当前世界各国共同关心的问题。因此，如何有效地处理选矿废水是各个矿山长期以来必须解决的重大问题，也是选矿工艺中必须解决的技术难题。而实行选矿废水循环使用是解决该难题的重要技术措施，也是实现选矿废水资源化综合利用的重要前提。我国的人口占世界总人口的五分之一，而耕地面积人平均不到1000m2，仅为世界人均耕地面积27%，特别是我国的水资源又严重不足，鉴于此情况，选矿厂的废水治理就具有更加重大的意义。

目前国内已开发出混凝法、酸碱中和法、化学氧化法、人工湿地法、吸附法等一系列选矿废水处理方法。其中，混凝沉淀法相对于其他方法具有工艺简单、操作方便、运行费用低等优点，本课题在前人研究的基础上采用聚合氯化铝与聚丙烯酰胺混凝剂联合使用对承德市双滦区某矿选矿废水进行处理实验研究，通过正交实验确定出此方法对选矿废水处理的最佳工艺条件。

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2实验部分

2.1选矿废水

实验所处理的废水为某选矿废水，选矿废水的各项性能指标如表2-1所示。

表2-1 大庆原油性质

理化性能 密度/g·cm 浊度/NTU pH值 COD/mg·L －1-3指标 1.00212 5616 6.7 0.35 检测方法 GB/T 1884-2000 ISO7027—1984《水质—浊度的测定》 酸度计 GB11914-89 2.2实验仪器

722型分光光度计：上海精密科学仪器有限公司； 电动搅拌器：山东鄄城新科教学仪器厂； 离心机：上海化工机械厂；

分析天平：上海精密科学仪器有限公司； 离心机：上海化工机械厂；

烧杯、容量瓶、量筒、移液管、玻璃棒、锥形瓶、容量瓶等玻璃仪器若干；

2.3实验试剂

聚丙烯酰胺（分析纯），双滦建龙矿业有限公司； 聚合氯化铝（分析纯），瑞星工贸发展有限公司； 硫酸肼（分析纯）；佳兴化工玻璃仪器工贸有限公司； 六次甲基四胺（分析纯）；

2.4实验原理

2.4.1聚合氯化铝（PAC）沉降原理

聚合氯化铝（PAC）的作用是通过它或者它的水解产物的压缩双电层、电性中和、卷带网捕以及吸附桥连等四个方面的作用完成的，将能被氧化剂氧化的有机颗粒物质沉淀下来过滤掉，从而降低了水中污染物的含量。颗粒物质的沉淀，毫无疑问的降低了水质中悬

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浮物的含量。

2.4.2聚丙烯酰胺（PAM）沉降原理

聚丙烯酰胺（PAM）是丙烯酰胺单体在引发剂作用下均聚或共聚所得聚合物的统称，它的絮凝性、粘合性、降阻性、增稠性具有在颗粒间形成更大的絮体由此产生的巨大表面吸附作用，加速颗粒的沉降速度。

2.5试验内容

（1）选矿废水性能指标测定 （2）实验试剂的配置

（3）探究聚丙烯酰胺（PAM）和聚合氯化铝（PAC）加量对选矿废水出水率和透射比的影响。

（4）探究pH值和沉降时间对选矿废水出水率和透射比的影响 （5）设计正交试验确定影响因素的最优组合

2.6试验方法

2.6.1配制试剂

2.6.1.1浊度测定实验试剂配制 1.测定原理

在适当温度下，硫酸肼与六次甲基四胺聚合，形成白色高分子聚合物，以此作为浊度标准液，在一定条件下与水样浊度相比较

2.无浊度水

因实验条件有限故将去离子水看作无纯度水。 3.浊度标准贮备液

（1）1g/100mL硫酸肼溶液

准确称取1.000g（准确到0.0001g）硫酸肼[(N2H4)H2SO4]，溶于少量去离子水，移入100mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度。注：硫酸肼有毒、致癌!

（2）10g／100mL六次甲基四胺溶液

准确称取10.00g六次甲基四胺[(CH2)6N4)，溶于少量去离子水，移入100mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度。

4.浊度标准贮备液制备

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吸取5.00mL硫酸肼溶液与5.00mL六次甲基四胺溶液于100mL容量瓶中，混匀。于25±3℃下静置反应24h。冷后用水稀释至标线，混匀。此溶液浊度为400度。可保存一个月。 5. 标准曲线的绘制 吸取浊度标准液0ml，0.50ml，1.25ml，2.50ml，5.00ml，10.00ml及12.50mL，置于50mL的容量瓶中，加水至标线。摇匀后，即得浊度为0.4，10，20，40，80及100度的标准系列。于680nm波长，用30mm比色皿测定吸光度，绘制浊度测定数据表如表2-2；浊度校准曲线如图2-1. 表2-2 浊度数据测定表 吸光度 浊度 98.9 0 93.3 0.4 85.4 10 74 20 54.3 40 32.1 80 23.8 100 图 2-1 浊度校准曲线 12010080浊度线性 (浊度)吸光度60402000-20浊度y = -1.3173x + 122.68R2 = 0.9701204060801001206. 测定吸取1mL摇匀尾矿水样于100ml容量瓶中用无浊度水定容，测定选矿废水水样吸光度，由校准曲线趋势公式y =-1.3173x+122.68；R2 = 0.9701带入水样吸光度可测得水样浊度。

原溶液的浊度计算公式为：浊度=a（b+c）/c

其中，a为稀释后水样的浊度，单位度；b为稀释水体积，单位mL；c为原水样体积，单位mL。

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2.6.1.2絮凝沉降实验试剂配制

（1）聚合氯化铝（PAC）沉淀剂配制

准确称取聚合氯化铝（PAC）0.5000g（准确到0.0001g），溶于少量去离子水，移入1000mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度。

（2）聚丙烯酰胺（PAM）絮凝剂配制

准确称取聚丙烯酰胺（PAM）0.5000g（准确到0.0001g），溶于少量去离子水，移入1000mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度。

2.6.2实验步骤

2.6.2.1自然沉降法

用8个50mL量筒各取40mL的选矿废水水样，在2000r/min的转速下搅拌1min，在室温下放置1天，测定污水的出水率和透射比。

2.6.2.2絮凝沉降法

用8个50mL量筒各取40mL的选矿废水水样，向废水水样中加不同量的聚丙烯酰胺(PAM)、聚合氯化铝（PAC），在2000r/min的转速下时搅拌1min, 随后静置絮凝。选取不同絮凝时间的上清液, 测定其透射比和出水率, 取液表面下2~3cm处的上清液最佳, 由此确定最佳混凝剂及其添加量。在混凝试验过程中观察加入不同混凝剂所生成矾花的速度、矾花的大小、体积及沉降速度。

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3 实验结果与讨论

3.1自然沉降与混凝沉降法处理污水的考察

分别使用自然沉降法和混凝沉降法对选矿废水进行处理行试验。其中自然沉降法在常压常温pH为6.7下进行，沉降时间为1天；混凝沉降法在常压常温pH为6.7下进行，沉降时间为5min，其他条件均相同实验结果如表3-1所示。

表3-1自然沉降与混凝沉降法的比较

处理方法 自然沉降 混凝沉降 处理条件 1天 5分钟 透射比/% 0 57.86 出水率/% 0 75.62 从表3-1中可以看出：采用自然沉降法对选矿废水惊醒的处理，其出水率和透射比几乎为零，而采用聚丙烯酰胺和聚合氯化铝联合使用的混凝沉降的方法处理选矿废水，均得到了相当大的出水率和透射比，而且所需沉淀时间短，是一种方便、环保快捷、高效的污水处理方法。这是由于聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)联合使用的混凝沉降的方法中凝聚剂聚合氯化铝可以破坏胶体的稳定性, 使细小悬浮颗粒和胶体颗粒聚集成较粗大的颗粒而沉降, 从而达到废水净化的目的。同时，再加入絮凝剂聚丙烯酰胺，可加快选矿废水中悬浮物的沉降速度。说明聚丙烯酰胺和聚合氯化铝联合使用的混凝沉降的方法处理选矿废水可显著提高废水的净化程度。

3.2聚丙烯酰胺和聚合氯化铝联合使用的混凝沉降法对选矿废水的处理研究

混凝沉降法作为一种基本的水净化方法, 被广泛用于各种污水的处理, 其主要机理是通过吸附架桥、沉淀物网捕、压缩双电层作用使胶体脱稳并凝结成絮体而沉降。选矿废水在混凝剂的作用下，通过压缩微颗粒表面双电层、降低界面ζ电位、电中和等电化学过程，以及桥联、网捕、吸附等物理化学过程，将废水中的悬浮物、胶体和可絮凝的其它物质凝聚成“絮团”；再经沉降设备将絮凝后的废水进行固液分离，“絮团”沉入沉降设备的底部而成为泥浆，顶部流出的则为色度和浊度较低的清水。混凝沉淀去除的对象是二级处理水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物，从表观而言，就是去除污水的色度和混浊度。混凝沉淀还可以去除污水中的某些溶解性物质，如砷、汞等，也能有效地去除能够导致流水体富营养化的氮和磷等。

针对于选矿废水的特点，本文采用聚丙烯酰胺和聚合氯化铝联合使用的混凝沉降的方法处理污水，首先采用单因素考察方法确定影响处理污水透射比和絮体积各因素的合适水

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平，然后进一步应用正交设计法研究其处理污水的最佳工艺条件。

3.2.1单因素考察方法

3.2.1.1聚合氯化铝(PAC)对加量对透射比和出水率的影响

采用聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)联合使用的混凝沉降的方法，在室温,pH为6.7,聚丙烯酰胺加量为3mL,沉降时间为5min的条件下,进行混凝沉降实验,寻找最佳聚合氯化铝添加量范围。聚合氯化铝（PAC）添加量与透射比和出水率的关系如图3-1所示。

图3-1 PAC加量对出水率和透射比的影响

出水率透射比60出水率、透射比/P403020100051015202530PAC加量/mL从图3-1中曲线可见，增加PAC加量对选矿废水处理有利。当PAC加量小于20ml时，透射比随PAC加量的增加而提高；PAC加量超过20ml时，透射比开始下降，在PAC加量为20ml时透射比达到最大值为52.3%，继续加大PAC加量，透射比呈降低趋势。

3.2.1.2聚丙烯酰胺加量对透射比和出水率的影响

采用聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)联合使用的混凝沉降的方法，在室温，聚合氯化铝(PAC)加量20mL，pH为6.7，沉降时间为5min的条件下，进行混凝沉降实验，寻找最佳聚丙烯酰胺(PAM)添加量范围。聚丙烯酰胺添加量与透射比和出水率的关系如图3-2所示。

从图3-2中曲线可见，增加PAM加量对选矿废水处理有利。当PAM加量小于0.5mL时，出水率随PAM加量的增加而提高，而透射比则随着PAM加量的增加下降，具体原因为不加

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PAM时，此时的透射比约为PAC的透射比；PAM加量超过0.5ml时，透射比开始下降，在PAM加量为0.5mL时出水率达到最大值为61.1%，继续加大PAC加量，透射比呈降低趋势，出水率大致不变。

图3-2 PAM加量对出水率和透射比的影响

100806040200透射比和出水率出水率透射比024PAM加量683.2.1.3沉降时间对透射比和出水率的影响

采用聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)联合使用的混凝沉降的方法，在室温，聚合氯化铝加量20ml，pH为6.7，PAM加量0.5ml的条件下，进行混凝沉降实验，寻找最佳沉降时间范围。沉降时间与透射比和出水率的关系如图3-3所示。

图3-3 沉降时间对出水率和透射比的影响

出水率透射比908070605040302010001020沉降时间第 18 页 共 36 页 出水率、透射比30405060克拉玛依职业技术学院毕业设计（论文）

从图3-3中曲线可见，延长沉降时间对选矿废水处理有利。当沉降时间为5min时，出水率和透射比随沉降时间的延长显著提高；沉降时间超过5min时，出水率和透射比呈缓慢增长趋势，在沉降时间为5min时出水率和透射比达到最优值，此时出水率为70%、透射比为51.9%。

3.2.1.4 pH值对透射比和出水率的影响

采用聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)联合使用的混凝沉降的方法，在室温，聚合氯化铝加量20ml，沉降时间为5min的条件下，进行混凝沉降实验，寻找最佳pH值范围。pH值与透射比和出水率的关系如图3-4所示。

出水率透射比807060504030201000246pH值81012从图3-4中曲线可见，适当的PH值对选矿废水处理有利。当pH值小于6.7时，透射比与出水率随pH值的增加而提高，当PH值大于6.7时，透射比则随着pH的增加呈下降趋势，出水率变化不明显。

3.2.2 正交设计实验

在单因素实验的基础上，考虑到影响透射比和出水率各因素之间的制约性，进行正交实验设计，以确定聚丙烯酰胺和聚合氯化铝联合使用处理污水的最佳工艺条件。将PAC加量、PAM加量、pH值和沉降时间作为正交实验四个因素，依据单因素优化实验的结果，PAC加量的水平选取范围为16～22mL；PAM加量的水平选取范围为0.3～0.6ml；pH值的水平选取范围为5~10；沉降时间的水平选取范围为1~7min。

采用PAC与PAM联合使用的混凝沉降方法，按正交实验设计的方法详细考察了浊度为

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出水率和透射比

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5616NTU的选矿废水经处理后的透射比和出水率的变化情况规律。

试验将PAC加量、PAM加量、pH值和沉降时间作为4个因素，选取4个水平如表3-2。

表3-2选矿废水处理的因素水平表

水平 1 2 3 4 PAC加量（A） PAM加量（B） 22ml 18ml 16ml 20ml 0.3ml 0.4ml 0.5ml 0.6ml PH值（C） 0.6 0.8 0.5 0.7 沉降时间（D） 5 10 6.7 9 空白（E） 按L16(45)正交表（见表3-3）进行正交实验方案设计，考察各因素对选矿废水处理后透射比和出水率的影响，从中优选出最佳处理污水工艺条件。

按L16(45)正交表设计方案，实施实验。在每个设计条件下，分别进行三次平行实验选取平均值作为最终的透射比和出水率，以此减少选矿废水稳定性以及操作上的误差给实验带来的影响。实验具体结果列于表3-3。

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表3-3正交试验表

试验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 A 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 B 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 C 1 2 3 4 2 1 4 3 3 4 1 2 4 3 2 1 D 1 2 3 4 3 4 1 2 4 3 2 1 2 1 4 3 E 1 2 3 4 4 3 2 1 2 1 4 3 3 4 1 2 透射比/% 43.1 53.6 47.4 53.5 31.6 25 46.5 52.1 43.1 39.1 39.8 46.8 51.6 49.5 48.5 14.3 出水率/% 65 72.5 68.9 75 7.5 41.2 76.2 76.2 71.2 40 65 77.5 57.5 75 67.5 2.5 根据实验结果，分别采用直观分析和方差分析两种分析方法对数据进行分析， 以此找到

最佳的实验条件。

3.2.2.1 直观分析法 1、计算透射比K值

K1=Y1+Y2+Y3+Y4=43.1+53.6+47.4+53.5=197.6； K2=Y5+Y6+Y7+Y8=31.6+25+46.5+52.1=155.2； K3=Y9+Y10+Y11+Y12=43.1+39.1+39.8+46.8=168.8；

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A A A

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K4=Y13+Y14+Y15+Y16=51.6+49.5+48.5+14.3=163.9； 同理:

K1=169.4；K2=167.2；K3=182.2； K4=166.7； K1=122.2；K2=180.5；K3=192.1； K4=190.7； K1=185.9；K2=197.1；K3=132.4； K4=170.1； K1=182.8；K2=157.5；K3=170.8； K4=174.4； 2、计算出水率K值

K1=Y1+Y2+Y3+Y4=65.0+72.5+68.8+75.0=281.25； K2=Y5+Y6+Y7+Y8=7.5+41.3+76.3+76.3=201.25； K3=Y9+Y10+Y11+Y12=71.3+40.0+65.0+77.5=253.75； K4=Y13+Y14+Y15+Y16=57.5+75.0+67.5+2.5=202.5； 同理:

K1=201.25；K2=228.75；K3= 277.5；K4=231.25； K1=173.75；K2=225 K3=291.25；K4=248.75； K1=293.75；K2=271.25；K3=118.75；K4=255； K1=248.75；K2=222.5； K3=245； K4=222.5； 3、计算透射比k值

根据公式：k=K/4 可以求得：

K1

A E

E

E

E

D

D

D

D

C

C

C

C

B

B

B

B

A A A A E

E

E

E

D

D

D

D

C

C

C

C

B

B

B

B

A

=49.4； k2=38.8； k3=42.2； k4=40.975；

B

B

B

C

C

C

A A A

k1=42.35；k2=41.8； k3=45.55；k4=41.675； k1=30.55；k2=45.13；k3=48.03；k4=47.675； k1=46.48；k2=49.28; k3=33.1； k4=42.525； k1=45.7； k2=39.38; k3=42.7； k4=43.6； 4、计算出水率k值

根据公式：k=K/4 可以求得：

K1

A E

E

E

E

D

D

D

D

C

B

=70.3125； k2=50.3125； k3=63.4375； k4=50.625；

B

B

B

C

C

C

A A A

k1=50.3125； k2=57.1875； k3=69.375； k4=57.8125； k1=43.4375； k2=56.25； k3=72.8125； k4=62.1875； k1=73.4375； k2=67.8125； k3=29.6875； k4=63.75； k1=62.1875； k2=55.625； k3=61.25； k4=55.625； 5、计算透射比极差R

RA=1/4×(197.6-155.2)=10.6；

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E

E

E

E

D

D

D

D

C

B

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RB=1/4×(182.2-166.7)=3.875； RC=1/4×(192.1-122.2)=17.475； RD=1/4×(197.1-132.4)=16.175； RE=1/4×(182.8-157.5)=6.325； 6、计算出水率极差R

RA=1/4×(281.25- 201.25)= 20； RB=1/4×(277.5- 201.25)= 19.0625； RC=1/4×291.25- 173.75)= 29.375； RD=1/4×(293.75- 118.75)= 43.75； RE=1/4×(248.75- 222.5)= 6.5625；

上述数据处理结果（透射比）分别列于表3-4中，根据各因素的极差值大小可知，pH值是影响处理污水透射比的主要因素，其余依次是：沉降时间，PAC加量，PAM加量。各影响因素的主次次序依次是：C＞D＞A＞B，即:pH值>沉降时间> PAC加量> PAM加量。根据K值变化趋势分析，较好的工艺条件可能是A1B3C3D2，即：PAC加量22ml，PAM加量0.5mL,pH值6.7，沉降时间5min。

表3-4选矿废水处理后的试验方案及试验结果分析（透射比）

试验号 k1 k2 k3 k4 极差R A 49.4 38.8 42.2 40.975 10.6 B 42.35 41.8 45.55 41.675 3.875 C 30.55 45.125 48.025 47.675 17.475 D 46.475 49.275 33.1 42.525 16.175 E 45.7 39.375 42.7 43.6 6.325 上述数据处理结果（出水率）分别列于表3-5中，根据各因素的极差值大小可知，沉降时间是影响出水率的主要因素，其余依次是：pH值，PAC加量，PAM加量。各影响因素的主次次序依次是：D＞C＞A＞B，即:沉降时间>pH值>PAC加量>PAM加量。根据K值变化趋势分析，较好的工艺条件可能是A1B3C3D1，即：PAC加量22ml，PAM加量0.5mL,pH值6.7，沉降时间7min。

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表3-5 选矿废水处理后的试验方案及试验结果分析（出水率）

试验号 k1 k2 k3 k4 极差R A 70.3125 50.3125 63.4375 50.625 20 B 50.3125 57.1875 69.375 57.8125 19.0625 C 43.4375 56.25 72.8125 62.1875 29.375 D 73.4375 67.8125 29.6875 63.75 43.75 E 62.1875 55.625 61.25 55.625 6.5625 通过比较上述数据可知，透射比和出水率较好的工艺条件几乎相同，只是沉降时间前后相差2min，而且处理污水率沉降5min与沉降7min的出水率相差不大，综合考虑选择沉降5min，即A1B3C3D2。

3.2.2.2 方差分析法

直观分析法可以用每一种因素在各水平上实验值的平均数，考察此因素对实验结果的影响。但是想判断哪个因素对实验结果影响显著，哪个因素对实验结果影响不显著直观分析法无法确定，而要用方差分析法。

方差分析计算如下： 1、透射比的方差分析

QA=( K1- k2)2+( K1- k3)2+( K1- k4)2+( k2- k3)2+( k2- k4)2+( k3- k4)2=252.9719； 同理：

QB=40.09188； QC=826.1069；QD =598.3569；QE =83.13188，将以上数据列于表3-6。

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A

A

A

A

A

A

A

A

A

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克拉玛依职业技术学院毕业设计（论文） 表3-6选矿废水处理实验方案和结果分析（透射比）

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 R Q A 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 10.6 252.972 B 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 3.875 40.0919 C 1 2 3 4 2 1 4 3 3 4 1 2 4 3 2 1 17.475 826.107 D 1 2 3 4 3 4 1 2 4 3 2 1 2 1 4 3 16.175 598.357 E 1 2 3 4 4 3 2 1 2 1 4 3 3 4 1 2 6.325 83.13188 透射比/% 43.1 53.6 47.4 53.5 31.6 25 46.5 52.1 43.1 39.1 39.8 46.8 51.6 49.5 48.5 14.3 出水率/% 65 72.5 68.9 75 7.5 41.2 76.2 76.2 71.2 40 65 77.5 57.5 75 67.5 2.5 方差计算如下：

SA=QA/3=84.32396；SB=QB/3=13.36396；SC=QC/3=275.369； SD=QD/3=199.4523；SE=Qe/3=27.71063；

FA=SA/SE=3.04； FB=SB/SE=0.48； FC=SD/SE=9.94；FD=SD/SE=7.20；FE=SE/S2=1； 将上述计算数据列入表3-7中。

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表3-7方差分析表（透射比）

方差名称 PAC加量（A） PAM加量（B） pH值（C） 沉淀时间（D） 空白（E） 总合 离差 252.9719 40.09188 826.1069 598.3569 83.13188 1800.659 F(自由度) 3 3 3 3 3 15 均方离差 84.32396 13.36396 275.369 199.4523 27.71063 F值 3.043019 0.482268 9.937306 7.197683 根据正交实验方差表3-7分析结果可知，各因素的均方大小与极差大小次序相同，因素的主次顺序也为C＞D＞A＞B。F值检验的结果为：给定?=0.05，查表得F?(3,3)=9.28，得知FC＞9.28，表明pH对值处理选矿废水透射比有显著影响。给定?=0.1，查表得F?(3,3)= 5.39，FD＞5.39，表明沉降时间对选矿废水透射比有一定影响。FA 、FB＜5.39，表明PAC加量、PAM加量对选矿废水透射比无影响，说明此时PAC加量、PAM加量的选取范围已经是最佳加量范围，所以对实验结果的影响并不是很大。

由于因素B的离差和均方离差均小于空白实验的离差和均方离差，为增加F检验的灵敏度，将因素B的离差和自由度并入空白试验的离差和自由度，并入后的方差分析表如下表3-8。

表3-8 方差分析表（透射比）

方差名称 PAC加量（A） PAM加量（B） pH值（C） 沉淀时间（D） 空白（E） 总合 离差 252.9719 826.1069 598.3569 123.2238 1800.659 F(自由度) 3 3 3 6 15 均方离差 84.32396 275.369 199.4523 20.53729 F值 4.105895 13.40824 9.711713 根据正交实验方差表3-8分析结果可知，各因素的均方大小与极差大小次序相同，因素的主次顺序也为C＞D＞A＞B。F值检验的结果为：给定?=0.05，查表得F?(3,3)=9.28，得知FC、FD＞9.28，表明pH值、沉降时间对处理选矿废水透射比有显著影响。给定?=0.1，查表得F?(3,3)= 5.39，FA＜5.39，表明PAC加量、PAM加量对选矿废水透射比无影响，说

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明此时PAC加量、PAM加量的选取范围已经是最佳加量范围，所以对实验结果的影响并不是很大。

2、出水率的方差分析

QA=( K1- k2)2+( K1- k3)2+( K1- k4)2+( k2- k3)2+( k2- k4)2+( k3- k4)2=1171.387； 同理：QB=749.5117；QC= 1801.074；QD = 4669.824；QE= 150.293； 将以上数据列于表3-9。

表3-9选矿废水处理试验方案及试验结果（出水率） 试验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 R Q A 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 10.6 1171.387 B 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 3.875 749.5117 C 1 2 3 4 2 1 4 3 3 4 1 2 4 3 2 1 17.475 1801.074 D 1 2 3 4 3 4 1 2 4 3 2 1 2 1 4 3 16.175 4669.824 E 1 2 3 4 4 3 2 1 2 1 4 3 3 4 1 2 6.325 150.293 透射比/% 43.1 53.6 47.4 53.5 31.6 25 46.5 52.1 43.1 39.1 39.8 46.8 51.6 49.5 48.5 14.3 出水率/% 65 72.5 68.9 75 7.5 41.2 76.2 76.2 71.2 40 65 77.5 57.5 75 67.5 2.5 A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

方差计算如下：

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SA=QA/3=390.4622； SB=QB/3= 249.8372； SC=QC/3= 600.3581； SD=QD/3= 1556.608；SE=Qe/3= 50.09766；

FA=SA/SE=7.794022； FB=SB/SE= 4.987005； FC=SD/SE= 11.98376； FD=SD/SE=31.07147； FE=SE/S2=1； 将上述计算数据列入表3-10中。

表3-10 方差分析表（出水率）

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2 2 2

方差名称 PAC加量（A） PAM加量（B） pH值（C） 沉淀时间（D） 空白（E） 总合 离差 1171.387 749.5117 1801.074 4669.824 150.293 8542.09 F(自由度) 3 3 3 3 3 15 均方离差 390.4622 249.8372 600.3581 1556.608 50.09766 F值 7.794022 4.987005 11.98376 31.07147 根据正交实验方差表3-10分析结果可知，因素的主次顺序也为D＞C＞A＞B。F值检验的结果为：给定?=0.05，查表得F?(3,3)=9.28，得知FC、FD＞9.28，表明沉淀时间和pH值对选矿废水出水率有显著影响。给定?=0.1，查表得F?(3,3)= 5.39，FA＞5.39，表明PAC加量对选矿废水出水率有一定影响。FB＜5.39，表明PAM加量对选矿废水出水率无影响。

从数据中可以看出，选矿废水透射比与出水率随各因素水平的变化而呈现较大变化。现将各因素对透射比和出水率的影响分述如下：

（1）PAC加量的影响

在一定范围内出水率和透射比随PAC的加量增加而逐渐升高，这主要是因为水解后的带有正电荷的PAC在静电库仑力、分子间范德华力、憎水斥力以及羟基与表面的键合力等的作用下，吸附在水中悬浮的胶体上。PAC在颗粒物表面结合后，颗粒物所带负电荷转化为正电荷，PAC则在颗粒物表面发生进一步的水解，由于Al3+的水解产物有很好的絮凝作用, 对水中杂质有强烈的吸附作用，最后形成表面无限聚合度氢氧化铝沉淀，此时的凝聚作用转化为絮凝作用为主，电中和作用转化为粘附卷扫作用为主。絮凝法处理可以分为凝聚阶段、絮凝阶段和沉降阶段。凝聚几乎是瞬时发生的，该阶段以异向絮凝为主，由布朗运动引起，并在强烈水力作用下进一步加剧了，胶体表面发生物理化学状况变化，形成的矾花小而密实。絮凝阶段是以同向絮凝为主。在此阶段要控制好适当范围的湍流程度，同时又要求在此阶段有足够的停留时间，使矾花完成其长大的过程，这是一种以物理的集合

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为主的过程。适当的湍流程度有利于同向絮凝进行和使小矾花碰撞长大，但湍流程度又不能太大，否则不利于吸附进行，并有可能使已最大的矾花又被破碎。沉降阶段在凝聚和絮凝阶段结束后，絮体处于悬浮态，絮体主要依靠重力作用而沉降。在开始阶段，水中矾花浓度高，在沉降过程中会出现一个清水和浑水的交界面，该交界面逐渐下降，大部分矾花在此阶段被去除，当大部分悬浮物已沉降，余下的粒径小、密度小的矾花以小于开始阶段的沉降速度缓慢下沉，同时相互碰撞结大，最终水相中悬浮物浓度基本不变。

但是当加入过多的PAC的时候，则会使胶粒的吸附面被PAC覆盖，两胶粒接近时就会受到高分子之间的互相排斥而不能聚集，产生“胶体保护”作用，使絮凝效果下降，甚至重新稳定，即“再稳”。这样透射比和出水率反而会下降。因此，PAC加入量选择22mL为宜。

（2）PAM加量的影响

在一定范围内出水率和透射比随PAM的加量增加而逐渐升高，这是因为PAM的分子内酰胺基可与许多物质亲和形成氢键。高分子PAM是能吸附微粒的官能团线状高分子化合物。它能像一条长绳一样将一些微粒吸附在一起形成团絮状，也可加速微粒沉降。高分子PAM能在被吸附的粒子间形成“桥联”，其长碳链起架桥作用，可通过化学转化或共聚转变成含有阳、阴、非离子及两性离子的完整絮凝剂体系，促进团絮生成，加速微粒沉降。而且单独投加PAC时，PAC能起到电性中和、压缩双电层和一定的网捕作用，形成的絮体细小松散，沉降速度慢。而将PAC和PAM复合使用后，不仅表面所带的正电荷增强，静电粘附能力增强，而且水解产物的体积也增大，提高了吸附架桥能力，再加上大絮体沉降过程中的卷扫作用，显著提高了处理效果。

但是当PAM加入量过量时，上清液的浊度趋于回升，这是发生了胶体保护现象。因此，综合出水率和透射比分析，当PAM加量是0.5mL时为宜。

（3）pH值的影响

保持PAC和PAM用量不变，按照实验方法用缓冲溶液和氨水等调节pH值，观察pH值对出水率和透射比的影响，实验结果表明，pH值对出水率和透射比有较大的影响。随着pH值的增大，出水率和透射比提高，当pH值大约在6.7时出水率和透射比出现最高值，达到71.25%和48.2%，当pH值超过8．0后，出水率和透射比反而迅速降低。这是因为当pH值较小时，聚合氯化铝易与H+形成络合物等物质，当pH值较大时，聚合氯化铝易与OH

一

形成氢氧化铝等物质，使得PAC不易与污染物结合，阻碍了絮凝反应的顺利进行，极大

地降低了处理效率。因此，pH值为6.7时为宜。

（4）沉淀时间的影响

随沉淀时间的增加，出水率和透射比越高，絮凝处理效果越好。沉淀15～30min时间段

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内的絮凝处理效果的曲线斜率比沉淀0～15min的絮凝处理效果曲线斜率明显变小，沉淀50min比沉淀30min絮凝处理效果提高很小，综合出水率和透射比分析，当沉淀时间达到5min时，再延长沉淀时间对絮凝处理效果贡献不大，故本实验选择絮凝反应的沉淀时间为5min。

为了验证A1B3C3D1组合的正确性，按此组合做了5组试验，其结果见表3-11。5个试验的平均透射比为57.86%，平均出水率为75.62%，透射比与出水率较稳定，重现性较好，说明所选组合是合适的，即最佳处理污水条件是：PAC22mL，PAM 0.5mL，PH值 6.7，沉降时间5min。

表3-11验证实验数据

实验号 透射比% 出水率/% 1 56.0 76.3 2 57.7 78.8 3 59.9 75 4 58.8 73 5 56.9 75

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4 结论

（1）PAC与PAM联合使用的混凝沉降法具效率高、成熟、稳定、操作较简单、电耗较低等优点。

（2）混凝沉降时，当体系中加入适量PAC时，能大幅度提高污水中杂质的凝结速度，当加入适量PAM时，能显著提高污水中絮凝物的沉降速度，说明PAC主要起凝聚作用，PAM主要起絮凝作用。

（3）通过正交实验确定出最佳工艺条件，在PAC加量20mL、PAM加量0.5mL、pH值6.7、沉降时间5min条件下，可使承德市双滦区某选矿废水处理后的透射比和出水率达到较高的值。根据极差大小和方差分析可知，影响污水处理透射比的决定性因素是pH值，其次是沉降时间，PAC加量和PAM加量的影响最小，原因在于本实验选取的PAC加量和PAM加量均在最优范围内，而pH值选取的范围较大，导致pH值的变化对结果影响很大。

（4）对于承德市双滦区某选矿废水，采用PAC与PAM联合使用的混凝沉降法，处理后废水的透射比和出水率均得到了较高的值，分别为57.86%、75.62%。

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致 谢

本课题及论文是在指导教师祁强的精心指导下完成的，导师渊博的知识、严谨的学风、敏锐的思维、兢兢业业的精神，使我受益匪浅，终生难忘。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理。其严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，与无微不至、感人至深的人文关怀，令人如沐春风，倍感温馨。在此对祁强老师表示衷心的感谢！

实验工作期间得到了祁强老师的教诲。在此，向他表示我深深的谢意！也向曾经给予我关心、支持、鼓励和帮助的所有老师和同学表示感谢，正是由于他们在实验过程中给予我极大的帮助和无私的奉献，我的毕业论文才得以顺利完成。

最后，对评审论文和参加论文答辩的专家教授们致以诚挚的敬意和衷心的感谢！

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