本發(fā)明涉及一種污水絮凝沉降方法，具體地說是一種通過調(diào)節(jié)污水pH值利用高鐵粉煤灰實(shí)現(xiàn)粘土類污水絮凝沉降的方法。

背景技術(shù)：

礦物資源是工業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展需要開采大量的礦物資源。多數(shù)礦物來源于地下礦藏，采礦時(shí)粘土等伴生礦物被同時(shí)開采出來。這些伴生礦物在礦石清洗和提純時(shí)形成高泥化的粘土類污水，例如，選煤工業(yè)中形成大量的煤泥水，其中高泥化的粘土顆粒是煤泥水難以澄清處理的主要原因。無機(jī)非金屬工業(yè)生產(chǎn)過程也產(chǎn)生大量粘土類污水，例如陶瓷和耐火材料工業(yè)產(chǎn)生的污水，其主體也是粘土類污水。高效、低成本的處理這些粘土類污水并進(jìn)行循環(huán)利用、實(shí)現(xiàn)水資源的閉路循環(huán)，是我國實(shí)行清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的必然要求。然而，目前我國粘土類污水處理的現(xiàn)狀并不令人滿意。以煤泥水處理為例，為實(shí)現(xiàn)煤泥水的快速澄清，選煤廠利用多級(jí)濃縮池促進(jìn)粘土顆粒沉降。然而，粘土顆粒由于高濃度、細(xì)粒度，再加上顆粒表面的一般帶有負(fù)電荷，同種電荷相排斥，很難凝聚沉降，使得煤泥顆粒在水中長期保持分散狀態(tài)(亓欣等，2013年4月，煤炭工程)。目前國內(nèi)工業(yè)上主要投加化學(xué)絮凝藥劑(絮凝劑、凝聚劑等)的方法加速煤泥水的沉降(李明等，2010年8月，安徽化工)。但此種工藝對粘土類污水的澄清效果不夠穩(wěn)定，特別是對于部分高泥化的污水效果很差，需要大量增加絮凝藥劑。對于陶瓷和耐火材料工業(yè)產(chǎn)生的粘土類污水也存在類似情況(孫麗娜等，2015年5月，給水排水)。采用傳統(tǒng)絮凝沉降法處理粘土類污水，需要大量使用化學(xué)絮凝劑和凝聚劑，一方面成本高、工藝復(fù)雜，另一方面由于化學(xué)藥劑殘留而對水體造成了污染；同時(shí)，由于絮凝劑多為分子量較大的高分子材料，大劑量、多次添加使用，會(huì)使水體粘度增大，不利于澄清水的循環(huán)利用。

粉煤灰是一種常見的工業(yè)廢棄物，具有來源廣泛、價(jià)格低廉的特點(diǎn)。同時(shí)，粉煤灰具有吸附性強(qiáng)、硅鋁鐵元素含量高等特點(diǎn)，使其在污水處理中具有巨大的應(yīng)用潛力。目前，粉煤灰用于水處理主要是通過化學(xué)改性，單獨(dú)使用或與其他藥劑聯(lián)用，用于無機(jī)、有機(jī)污染物的吸附處理(楊子立等，2011年7月，工業(yè)水處理)。粉煤灰中具有部分鐵含量較高的成分，稱為高鐵粉煤灰或粉煤灰磁珠。本申請的發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，高鐵粉煤灰在一定的酸性條件下(例如pH<5)，具有正的表面zeta電位。此臨界pH值稱為零電位點(diǎn)，即表面zeta電位為零時(shí)的pH值。由于粘土類污水中，在pH值2至11廣大區(qū)間內(nèi)，粘土顆粒都穩(wěn)定的帶有負(fù)電荷，因此當(dāng)pH值小于高鐵粉煤灰的零電位點(diǎn)時(shí)，高鐵粉煤灰對粘土顆粒具有靜電引力，可加速懸浮顆粒的凝聚沉降，實(shí)現(xiàn)粘土類污水的快速澄清。同時(shí)，由于高鐵粉煤灰密度很大(3.2-3.6kg/m³)，因此高鐵粉煤灰顆粒與粘土顆粒凝聚后，可提高絮團(tuán)的密度，加速絮團(tuán)沉降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明方法是為避免上述傳統(tǒng)絮凝沉降工藝中大量使用化學(xué)絮凝劑和凝聚劑引起的成本高、工藝復(fù)雜、污染水體、水質(zhì)劣化的問題，提供一種基于高鐵粉煤灰的粘土類污水澄清方法，利用高鐵微顆粒(球磨再選后的高鐵粉煤灰)作為單一凝聚劑，通過調(diào)節(jié)pH值使其zeta電位為正值，實(shí)現(xiàn)其與粘土顆粒的高效凝聚，從而實(shí)現(xiàn)粘土類污水的快速澄清。

本發(fā)明基于高鐵粉煤灰的粘土類污水澄清方法，包括高鐵粉煤灰的分選和預(yù)處理、pH值調(diào)節(jié)、絮凝沉降、高鐵微顆粒的回收利用各單元過程，具體如下：

步驟1、高鐵粉煤灰的精選、球磨及預(yù)處理

將粉煤灰進(jìn)行磁選獲得高鐵粉煤灰，再經(jīng)球磨、篩分和再磁選，獲得最大粒徑≤13μm、鐵品位≥52％的高鐵微顆粒；

將高鐵微顆粒置于0.1mol/L的稀酸中超聲處理1-3分鐘，磁分離后，110℃干燥，防潮保存?zhèn)溆茫?/p>

所述的高鐵微顆粒的比飽和磁化強(qiáng)度≥20emu/g，平均粒徑≤6μm。所述磁選包括干法、濕法、高梯度等各類磁選方法；所述球磨應(yīng)通過通保護(hù)氣體等方式保證磁珠在球磨過程中不被氧化。

步驟2、pH值調(diào)節(jié)

利用稀酸將粘土類污水的pH值調(diào)節(jié)至4-5，使粘土類污水的pH值低于高鐵微顆粒的零電位點(diǎn)；

步驟3、絮凝沉降

在劇烈攪拌下向粘土類污水中加入高鐵微顆粒，快速攪拌1分鐘，慢速攪拌1-3分鐘，靜置，即實(shí)現(xiàn)粘土類污水中粘土顆粒的絮凝沉降；加入的高鐵微顆粒與粘土類污水中固體的質(zhì)量比為1:3-1:8。

步驟4、高鐵微顆粒的回收利用

將粘土顆粒沉降得到的尾泥，加入適量水稀釋，滴加堿液調(diào)節(jié)pH值至6-8，通過磁選設(shè)備分離出尾泥中的高鐵微顆粒，然后再經(jīng)稀酸表面處理后回用。

所述的稀酸為鹽酸、硫酸或醋酸；所述堿液為NaOH溶液或氨水。

本發(fā)明利用掃描電子顯微鏡檢測高鐵微顆粒的形貌及元素分布；通過zeta電位儀檢測高鐵微顆粒及粘土顆粒的zeta電位；利用質(zhì)量濃度為4％、粒度<600目的高嶺土/膨潤土污水檢測高鐵微顆粒的絮凝沉降效果。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明方法在粘土類污水沉降中不使用任何有機(jī)或無機(jī)絮凝劑、凝聚劑，可大幅降低水處理成本；pH調(diào)節(jié)所需要消耗的酸很少，一立方米污水pH值從7調(diào)至5，只需要0.01mol的鹽酸；本發(fā)明方法比傳統(tǒng)方法水處理環(huán)節(jié)大為簡化、相關(guān)的水處理設(shè)施也可大大減少；此外，采用本發(fā)明方法處理過的水體中不含化學(xué)絮凝藥劑的殘留，也不會(huì)出現(xiàn)水體增稠變質(zhì)的現(xiàn)象。

2、本發(fā)明方法絮凝沉降速度更快，由于高鐵微顆粒與粘土顆粒的凝聚是由于靜電引力，因此凝聚速度很快；同時(shí)由于高鐵微顆粒的密度很大，可加快絮團(tuán)沉降。一般從停止攪拌后，約5分鐘即可完全沉降完畢。由于高鐵微顆粒具有磁性，還可利用磁場進(jìn)一步加快絮團(tuán)沉降。

3、本發(fā)明方法利用高鐵微顆粒作為凝聚劑，屬于以廢制廢，成本低廉，易于工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)使用過的高鐵微顆粒還可通過回收利用過程多次循環(huán)使用。因此本發(fā)明方法不但具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有良好的環(huán)境效益。

附圖說明

圖1為高鐵微顆粒的掃描電鏡(圖a)和電子能量色散譜圖(圖b)。掃描電鏡圖中可知高鐵微顆粒的平均粒徑約5.1μm，所有顆粒粒徑均小于13μm。能譜圖中可以看到高鐵微顆粒中鐵和氧元素占主體，其他元素還包括Si、Al、Mg、K、Ca、Ti等，而Fe的品位大約為56.2％；能譜中出現(xiàn)的C峰是掃描電鏡觀察中使用的導(dǎo)電膠帶基地所致，而Au峰是掃描電鏡觀察需要噴金所致，不計(jì)入統(tǒng)計(jì)范圍。

圖2為高鐵微顆粒和高嶺土/膨潤土污水的zeta電位隨pH值的變化曲線，從中可以發(fā)現(xiàn)高鐵微顆粒的零電位點(diǎn)是pH＝5.17，即當(dāng)水體的pH<5.17時(shí)，高鐵微顆粒具有正的zeta電位；圖中可知當(dāng)pH＝4時(shí)，高鐵微顆粒的zeta電位為+5.05mV。圖中還可看到高嶺土/膨潤土顆粒在pH值3到10的整個(gè)區(qū)間都為較大的負(fù)值。

圖3為采用本發(fā)明方法澄清質(zhì)量濃度為4％的高嶺土/膨潤土污水的效果圖：當(dāng)pH＝6時(shí)，無絮凝沉降現(xiàn)象發(fā)生；當(dāng)pH＝4時(shí)，粘土污水絮凝非?？?，5分鐘左右即沉降完畢。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

1、高鐵粉煤灰的精選、球磨及預(yù)處理

首先將粉煤灰過200目篩，然后利用磁選機(jī)對粉煤灰進(jìn)行磁分選，獲得高鐵粉煤灰，鐵品位約為42.11％。在充氮?dú)獾臈l件下對高鐵粉煤灰進(jìn)行球磨，然后利用重介旋流器除去粒徑>13μm的顆粒，最后再一次在弱磁場中進(jìn)行磁選，獲得最終的高鐵微顆粒。圖1為高鐵微顆粒的掃描電鏡(圖a)和電子能量色散譜圖(圖b)，其鐵品位約56.2％、平均粒徑為5.1μm、比飽和磁化強(qiáng)度為28.4emu/g、最大粒徑<13μm。

將10g高鐵微顆粒置于200mL的0.1mol/L的稀鹽酸中超聲處理2分鐘，利用釹鐵硼永磁鐵輔助磁分離，然后在110℃下真空干燥，置于干燥皿中保存?zhèn)溆谩?/p>

2、粘土類污水配制

用粒度為600目的高嶺土和膨潤土配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的污水，高嶺土和膨潤土的質(zhì)量比為3:1。此粘土污水只限當(dāng)日使用，且使用前充分混勻。

3、pH值調(diào)節(jié)

如圖2所示，經(jīng)檢測，高鐵微顆粒的零電位點(diǎn)為5.17，但在距零電位點(diǎn)較近的pH范圍內(nèi)，高鐵粉煤灰?guī)У恼齴eta電位值較低。為保證絮凝效果，利用濃度為0.1mol/L稀鹽酸將粘土污水的pH值調(diào)節(jié)至4左右；為做對比同時(shí)準(zhǔn)備pH＝6的粘土污水一份。

4、絮凝沉降與固液分離

在劇烈攪拌下，在兩種不同pH的粘土污水中分別加入高鐵微顆粒，高鐵微顆粒與粘土顆粒的質(zhì)量比為1:5，先以600轉(zhuǎn)/分快速攪拌1分鐘，然后以150轉(zhuǎn)/分慢速攪2分鐘，靜置記錄絮凝沉降現(xiàn)象，如圖3所示。當(dāng)pH＝6時(shí)，粘土污水無絮凝沉降現(xiàn)象發(fā)生；當(dāng)pH＝4時(shí)，粘土污水絮凝非?？欤?分鐘左右即沉降完畢。

5、高鐵微顆粒的回收

將粘土顆粒沉降得到的尾泥，加入10mL水稀釋，滴加NaOH堿液調(diào)節(jié)pH值至7，通過釹鐵硼永磁鐵磁分離尾泥中的高鐵微顆粒。高鐵微顆粒再經(jīng)0.1mol/L的稀鹽酸超聲清洗、烘干即可重新用于粘土類污水的絮凝沉降；經(jīng)3次回用后，高鐵微顆?；厥章蕿?2％。