1278 工程科学学报，第43卷，第10期 降筒，既考虑了絮凝对屈服应力的影响，又避免了 其中，efoc为絮凝剂吸附效率，%. 取样测试对料浆的扰动，从而提高了屈服应力测 mnoc=ffoc、 FD 1001000×SSA (3) 试的精度 应用岛津TOC-L总有机碳分析仪进行TOC测 其中，mmoc为人造尾砂表面单位面积的絮凝剂吸附 定.分别对絮凝前的水、絮凝剂溶液和絮凝后的 量，mgm;FD为絮凝剂单耗，gt;SSA为人造尾 上清液进行TOC测定，根据碳平衡计算出高浓度 砂的比表面积，m2g 尾砂料浆中的TOC含量，进而计算出絮凝剂吸附 应用Haake RT V550流变仪进行屈服应力测 效率与絮凝剂吸附量，具体计算如式(1)、(2)所示 试.同时，应用ZetaCompact Z9000电位计对不同 TOCnoe×Vhae+TOCslumy X Vslury=TOCsuper× pH条件下的Zeta电位()进行测量，但是忽略絮 Vsuper+TOCsedi×Vsedi (1) 凝剂单耗对Zeta电位的影响7 其中，TOCnoe、TOCslurry分别为絮凝沉降前絮凝剂 2 结果与讨论 溶液和水的TOC质量浓度，mgL;TOCsuper、TOCsedi 分别为絮凝沉降后上清液和底部高浓度尾砂料浆 2.1絮凝条件对絮凝效果的影响 的TOC质量浓度，mgL；Vac、Vsmy分别为絮凝 应用人造尾砂料浆固液界面的初始沉降速率 剂溶液和水的体积，L;Vsuper、Vsedi分别为絮凝沉降 (ISR)、絮凝沉降后上清液的浊度(T)和底部沉积 后上清液和底部高浓度尾砂料浆的体积，L 尾砂的固相质量分数(SSF)来综合表征人造尾砂 efffloc T0Cedi×Vsedi100 (2) 料浆的絮凝沉降效果.不同pH和FD条件下的絮 TOCfloc X Viloc 凝沉降效果如图2所示 (a) -10 1000 0.6 1000.0 (b) 0.5059→A -20 ▲ 0.5 52.49 100.0 30 55.87 04 -40 ISR 10.0 SSF 51.56 0.3 51.26 ◆一T 10 60 1.0 SSF ◆一T -70 0.1 -ISR 0 -80 9 10 11 10 20 30 40 P的 FD/(gt) 图2絮凝条件对絮凝沉降的彩响.(a)pH:(b)絮凝剂单耗 Fig.2 Effects of conditions on flocculation and settling:(a)pH;(b)flocculant dosage 由图2(a)可知，当FD=15gt时，在pH值为8~ 由图2(b)可知，当pH值为11时，在FD=0~ I1的范围内，ISR、T和SSF随着pH单调递减，其 45gt的范围内，ISR随着FD的增加而先增大后 中1SR由0.7635mms降到0.4565mms；T由 减小，在FD=40gt时达到最大值0.5059mms;而 982NTU降到143NTU,变化最为显著：而SSF由 T随着FD的增加而先减小后增大，在FD=40gt 52.49%降到51.56%，变化较小.有研究表明pH 时达到最小值112NTU.同时，根据FD=0~15gt 和金属阳离子对絮凝都有影响，而本文应用 范围ISR和T的明显变化说明絮凝剂的絮凝作用 Ca(OH)2溶液调节料浆的pH,不同pH条件下的 较好，但是絮凝作用却不利于静态沉降时SSF的 OHrl和Ca+共同影响人造尾砂颗粒表面的Zeta电 提高，SSF随着FD的增加而不断减小直至在FD= 位，导致Zeta电位随着pH的增加而不断增加，从 20gt达到稳定值51.26%.这是因为，在高分子絮 -70.65mV增加到-20.97mV.从而影响絮凝效果 凝剂作用下，人造尾砂颗粒形成絮团，导致絮团内 根据《污水综合排放标准》(GB8978一96)要求，采 部的包裹水不易排出而使得固相质量分数降低，也 矿、选矿工业悬浮物的二级标准为质量浓度不超 说明了仅依靠静态絮凝沉降较难获得较高浓度的 过300mgL,因此实验范围内的最优pH为11. 尾砂料浆，可通过引入耙架的剪切作用与导水杆的降筒，既考虑了絮凝对屈服应力的影响，又避免了 取样测试对料浆的扰动，从而提高了屈服应力测 试的精度. 应用岛津 TOC−L 总有机碳分析仪进行 TOC 测 定. 分别对絮凝前的水、絮凝剂溶液和絮凝后的 上清液进行 TOC 测定，根据碳平衡计算出高浓度 尾砂料浆中的 TOC 含量，进而计算出絮凝剂吸附 效率与絮凝剂吸附量，具体计算如式（1）、（2）所示. TOCfloc ×Vfloc +TOCslurry ×Vslurry = TOCsuper× Vsuper +TOCsedi ×Vsedi （1） TOCfloc TOCslurry TOCsuper TOCsedi Vfloc Vslurry Vsuper Vsedi 其中， 、 分别为絮凝沉降前絮凝剂 溶液和水的 TOC 质量浓度, mg·L−1 ； 、 分别为絮凝沉降后上清液和底部高浓度尾砂料浆 的 TOC 质量浓度, mg·L−1 ； 、 分别为絮凝 剂溶液和水的体积，L； 、 分别为絮凝沉降 后上清液和底部高浓度尾砂料浆的体积，L. efffloc = TOCsedi ×Vsedi TOCfloc ×Vfloc ×100 （2） 其中， efffloc 为絮凝剂吸附效率，%. mfloc = efffloc 100 × FD 1000×SSA （3） 其中，mfloc 为人造尾砂表面单位面积的絮凝剂吸附 量，mg·m−2 ；FD 为絮凝剂单耗，g·t−1 ；SSA 为人造尾 砂的比表面积，m 2 ·g−1 . 应用 Haake RT V550 流变仪进行屈服应力测 试. 同时，应用 ZetaCompact Z9000 电位计对不同 pH 条件下的 Zeta 电位（ζ）进行测量，但是忽略絮 凝剂单耗对 Zeta 电位的影响[27] . 2    结果与讨论 2.1    絮凝条件对絮凝效果的影响 应用人造尾砂料浆固液界面的初始沉降速率 （ISR）、絮凝沉降后上清液的浊度（T）和底部沉积 尾砂的固相质量分数（SSF）来综合表征人造尾砂 料浆的絮凝沉降效果. 不同 pH 和 FD 条件下的絮 凝沉降效果如图 2 所示. 8 9 10 11 0.1 1.0 10.0 10 100.0 1000.0 (a) 51.56 52.49 ISR SSF T pH −80 −70 −60 −50 −40 −30 −20 −10 0 10 20 30 40 50 1 100 1000 55.87 51.26 0.5059 SSF T ISR SSF/ %, T/NTU (b) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 ISR/(mm·s−1), SSF/ %, T/NTU ζ/mV ζ ISR/(mm·s−1) FD/(g·t−1) 图 2    絮凝条件对絮凝沉降的影响. （a）pH；（b）絮凝剂单耗 Fig.2    Effects of conditions on flocculation and settling: (a) pH; (b) flocculant dosage 由图 2（a）可知，当 FD=15 g·t−1 时，在 pH 值为 8～ 11 的范围内，ISR、T 和 SSF 随着 pH 单调递减，其 中 ISR 由 0.7635 mm·s−1 降 到 0.4565 mm·s−1 ； T 由 982 NTU 降到 143 NTU，变化最为显著；而 SSF 由 52.49% 降到 51.56%，变化较小. 有研究表明 pH 和金属阳离子对絮凝都有影响[28] ，而本文应用 Ca(OH)2 溶液调节料浆的 pH，不同 pH 条件下的 OH−1 和 Ca2+共同影响人造尾砂颗粒表面的 Zeta 电 位，导致 Zeta 电位随着 pH 的增加而不断增加，从 −70.65 mV 增加到−20.97 mV，从而影响絮凝效果. 根据《污水综合排放标准》(GB8978—96) 要求，采 矿、选矿工业悬浮物的二级标准为质量浓度不超 过 300 mg·L−1，因此实验范围内的最优 pH 为 11. 由图 2（b）可知，当 pH 值为 11 时 ，在 FD=0～ 45 g·t−1 的范围内，ISR 随着 FD 的增加而先增大后 减小，在 FD=40 g·t−1 时达到最大值 0.5059 mm·s−1；而 T 随着 FD 的增加而先减小后增大，在 FD=40 g·t−1 时达到最小值 112 NTU. 同时，根据 FD=0～15 g·t−1 范围 ISR 和 T 的明显变化说明絮凝剂的絮凝作用 较好，但是絮凝作用却不利于静态沉降时 SSF 的 提高，SSF 随着 FD 的增加而不断减小直至在 FD= 20 g·t−1 达到稳定值 51.26%. 这是因为，在高分子絮 凝剂作用下，人造尾砂颗粒形成絮团，导致絮团内 部的包裹水不易排出而使得固相质量分数降低，也 说明了仅依靠静态絮凝沉降较难获得较高浓度的 尾砂料浆，可通过引入耙架的剪切作用与导水杆的 · 1278 · 工程科学学报，第 43 卷，第 10 期