高密度泥浆法处理某硫铁矿酸性废水工艺优化.pdf

采用高密度泥浆法处理某硫铁矿酸性废水，进行了工艺参数优化研究与经济性分析。试验得到最优工艺条件为：系统水力停留时间 ，气水比，石灰投加量 ，投加量，回调 值的硫酸（浓度）用量为 。结果表明，最优工艺条件下出水水质可以稳定达到 铜、镍、钴工业污染物排放标准（）表、铁矿采选行业废水污染物排放标准（）表和 污水综合排放标准（）一级标准中规定的污染物限值要求。工艺的运行成本约为 元废水，具有较好的经济性，试验结果可作为废水处理站提升改造工程的设计依据。关键词：高密度泥浆法；硫铁矿；酸性废水；重金属中图分类号：文献标志码：文章编号：（）犗 狆 狋 犻 犿 犻 狕 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳犎 犻 犵 犺犇 犲 狀 狊 犻 狋 狔犛 犾 狌 犱 犵 犲犘 狉 狅 犮 犲 狊 狊 犳 狅 狉犃 犮 犻 犱犠 犪 狊 狋 犲 狑 犪 狋 犲 狉犜 狉 犲 犪 狋 犿 犲 狀 狋 犳 狉 狅 犿犪犕 犻 狀 犲 ，（，；，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：（），：，（），（），（），（），犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；矿产资源的开采和利用由来已久，对经济和社会的发展起着重要的推动作用。然而，大量矿山酸性废水往往伴随采矿（地表或深部矿山、尾矿）而产生，即使闭矿后也会在相当一段时间内继续产生酸第期张凯等：高密度泥浆法处理某硫铁矿酸性废水工艺优化性废水 。矿山酸性废水主要是金属硫化矿物暴露在空气中与水接触后，在空气、水和微生物共同作用下氧化形成的，如未经严格处理，会严重影响周围的水环境和土壤，并对生态系统造成严重损害 。石灰中和法由于工艺简单，处理成本低，成为国内外处理重金属废水应用最广泛的一种方法，但存在结垢严重、石灰消耗量大、易堵塞管道及污泥密度低，操作环境恶劣等一系列问题。高密度泥浆法（工艺）是在石灰中和法基础上的进一步发展，相较于常规石灰法，可有效延缓结垢、提高污泥密度和抗冲击负荷、减少石灰消耗、便于操作和自动化控制、出水水质更加稳定，成为其最佳的先进实用替代技术 ，被列入 年国家鼓励发展的环境保护技术目录及 中 央 企业 科 技创 新成 果 推 荐 目 录（年版），在德兴铜矿、云浮硫铁矿、紫金矿业等均有成功应用，。安徽省某硫铁矿原有污水处理站采用 工艺处理酸性重金属废水（部分选矿废水经处理后排入污水处理站混合处理），自建成投产以来总体运行稳定，外 排 水 能 满 足 污 水 综 合 排 放 标 准（）一级标准。然而，随着国家对环境保护的日益严格，环保部门要求外排水质由原来执行 污水综合排放标准（）一级标准改为执行 铜、镍、钴工业污染物排放标准（）表、铁矿采选行业废水污染物排放标准（）表以及 污水综合排放标准（）一级标准中的限值要求，执行新标准后，铜、锰、锌、等存在超标风险。针对以上问题，结合该矿山酸性废水处理现状和实际情况，通过对 工艺进行相关中试参数优化研究，确定出水能稳定达到排放标准要求的最优工艺参数，为下一步工艺设计及工程实施提供参数依据。试验材料与方法 试验原水本研究采用安徽省某硫铁矿酸性废水进行现场连续流动态试验，试验原水为采矿废水（包括排土场淋溶水、露采工区排水、井下水）和部分选矿废水在调节池均质后的混合废水，原水水质特性如表所示。由表可知，该酸性矿山废水中污染物主要以重金属为主，和硫化物等浓度较低，具有悬浮物含量高、酸度高、重金属（铁、铜、锰、锌）含量高等特点。表试验原水水质特性犜 犪 犫 犾 犲犆 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉 犻 狊 狋 犻 犮 狊狅 犳 狉 犪 狑狑 犪 狋 犲 狉狇 狌 犪 犾 犻 狋 狔犱 狌 狉 犻 狀 犵犲 狓 狆 犲 狉 犻 犿 犲 狀 狋（犿 犵犔）：试验装置与工艺流程 工艺处 理 酸 性 废 水 的 工 艺 流 程 如 图所示，整个系统由原水桶（）、底 泥 石 灰 混 合槽（）、个 中 和 反 应 槽（）、絮 凝 混 合 槽（）、沉淀池（）、石灰乳储槽（）、絮凝剂储槽（）、原水泵（）、计量泵（用于石灰乳和絮凝剂投加，）、螺杆泵（用于底泥回流，）、空气压缩机（用于反应槽曝气，图高密度泥浆法处理酸性废水中试工艺流程犉 犻 犵 犛 犮 犺 犲 犿 犪 狋 犻 犮 狉 犲 狆 狉 犲 狊 犲 狀 狋 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳 狋 犺 犲狆 犻 犾 狅 狋 狊 犮 犪 犾 犲犎 犇 犛狆 狉 狅 犮 犲 狊 狊 犳 狅 狉犪 犮 犻 犱狑 犪 狊 狋 犲 狑 犪 狋 犲 狉 狋 狉 犲 犪 狋 犿 犲 狀 狋有 色 金 属 工 程第 卷 ）、电磁流量计、管路等组成，其中，底泥石灰混合槽、反应槽、絮凝混合槽、药剂储槽均带调速搅拌器，沉淀槽带调速刮泥机，并配置有 在线监测、流量自动监测、药剂自动投加系统，整个装置通过 自动化系统控制运行。工艺流程如下：酸性废水首先进入中和反应槽，反应槽包括反应槽和反应槽级，在反应槽中石灰与回流底泥和酸性废水进行中和反应，随着 值升高，酸性废水中的重金属与石灰反应生成沉淀，控制反应槽的 值为设定值，经过级反应后的泥水混合物进入絮凝混合槽进行混凝，之后进入辐流式沉淀池，实现泥水分离，上清液通过溢流出水，出水采用硫酸回调 值至 。沉淀池一部分底泥回流至底泥石灰混合槽，剩余底泥排放压滤。分析项目及方法分析项 目 主 要 包 括 值、等，值采用 系列工业在线 计进行现场监测，其他指标采用国家 水和废水监测分析方法（第四版）中的标准分析方法。在试验过程中，设备平均每天连续运行，每天对原水和沉淀池出水取样，自测 值和 ，重金属指标送该矿业公司内部测试中心进行分析。结果与讨论 犎 犇 犛工艺处理酸性废水启动试验 工艺启动阶段主要目的是积累 反应系统底泥，提高底泥浓度，为底泥回流创造条件，底泥浓度达到一定程度后再进行条件优化试验。启动阶段保持废水流量为 ，底泥回流量为 ，底泥回流量与进水量之比控制在左右，控制在 ，（质量浓度 ）投加量为 。本阶段试验历时，最终底泥浓度达到 以上，沉淀池泥水分界面清晰，出水清澈。反应狆 犎值对犎 犇 犛工艺处理效果的影响保持 工艺的进水流量为 ，底泥回流量 ，曝气量 ，水力停留时间约 ，底泥浓度约为 ，分别控制反应槽的 值为 、及 五个梯度进行试验，每组试验运行，取原水和沉淀池出水分析其、离子浓度，结果如图所示。图反应狆 犎值对重金属去除效果的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狊狅 犳 狉 犲 犪 犮 狋 犻 狅 狀狆 犎狏 犪 犾 狌 犲狅 狀犺 犲 犪 狏 狔犿 犲 狋 犪 犾 狊 狉 犲 犿 狅 狏 犪 犾第期张凯等：高密度泥浆法处理某硫铁矿酸性废水工艺优化由图可以看出，在 工艺运行过程中，当进水流量、回流量、曝气强度、底泥浓度基本保持不变的情况下，改变反应 值，出水水质发生了明显的变化，重金属离子浓度随着 值增大而降低。当反应槽的 值为左右时，和 可达到排放标准，而 和 不能达到排放标准；当反应池 的 值 为 时，出 水 中 浓 度 降 到 左 右，浓 度 降 到 。显 然，工艺处理酸性废水时的反应 值达到以上时，出水中重金属浓度均可达到排放标准；反应 值为 时，出水中 存在超标风险。因此，采用 工艺处理酸性废水时，反应 值至少为。曝气强度对犎 犇 犛工艺处理效果的影响在本中试试验设备上安装有可以调节流量的曝气系统，分别向反应器、反应器曝气。控制进水流量 ，底泥回流量为 ，水力停留时间为 ，底泥浓度在 左右，反应槽 值控制在 ，分别控制曝气强度分别为 （气水比）、（气水比）和 （气水比）左右，每组试验进行约，取沉淀池出水水样，测定水样中、浓度，结果如图所示。由图可以看出，保持 运行其它条件不变，出水中、离子和 浓度随着曝气量的增加而降低。当曝气强度为 时，出水中 离 子 浓 度 为 ，离 子 浓 度 为 ，浓 度 ；当 曝 气 强 度 为 （气水比）时，出水中 离子浓度为 ，离子浓度为 ，浓度 ；当曝气强度为 （气水比）时，出水中 离子浓度为 ，离子浓度为 ，浓度 。工艺处理酸性废水时，曝气强度对水中、和 去除影 响较大，原 因是 曝 气 可 以 将 氧 化 为，使 更容易沉淀去除，而且可以将 氧化为，比 更易与碱反应生成沉淀，提高铁的去除效率，此外曝气氧化还可以去除一部分 。本试验中 工艺处理酸性废水得到的最佳曝气量为 ，气水比为，但考虑到经济成本，可在尽可能保证处理效果达标的情况下控制曝气量大小，曝气量为 已有较好的 去除效果，后续研究 采用 的 曝气量。图曝气强度对污染物去除效果的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狊狅 犳犪 犲 狉 犪 狋 犻 狅 狀 犻 狀 狋 犲 狀 狊 犻 狋 狔狅 狀犮 狅 狀 狋 犪 犿 犻 狀 犪 狀 狋 狊 狉 犲 犿 狅 狏 犪 犾 水力停留时间对犎 犇 犛工艺处理效果的影响保持 工艺的反应池 值为 ，曝气强度为 ，底泥浓度为 左右，改变进水流量分别为 、和 ，底泥回流量分别为 、和 ，此时水力停留时间 分 别 为、，每 组 试 验 进 行 约，取沉淀池出水测 离子浓度，同时取水样于取样瓶中放置，观察是否有沉淀物析出，结果如图所示。有 色 金 属 工 程第 卷图水力停留时间对锰去除效果的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狊狅 犳犺 狔 犱 狉 犪 狌 犾 犻 犮狉 犲 狋 犲 狀 狋 犻 狅 狀狋 犻 犿 犲狅 狀犿 犪 狀 犵 犪 狀 犲 狊 犲 狉 犲 犿 狅 狏 犪 犾由图可以看出，随着水力停留时间延长，沉淀池出水中 浓度变化较明显，当水力停留时间为 时，出水中 浓度为 左右；当水力 停 留 时 间 为 时，出 水 中 浓 度 为 左右；当水力停留时间为 时，出水中 浓度为 左右。值得注意的是，当水力停留时间为 和 时，出水水样放置后没有悬浮物析出，但 值从 降低至 ，说明放置后出水前未反应完全的石灰被反应消耗掉，使得 值降低。虽然水力停留时间越长，出水中的 含量越低，但停留时间延长意味着 反 应 器 容 积 需 要 更 大，而 反 应 时 间 控 制 在 已足够使出水的 含量降低到低于排放标准，可根据实际情况确定反应时间。犎 犇 犛优化工艺条件下对酸性废水处理效果按照以上 优化工艺条件，控制 工艺进 水 流 量 为 ，底 泥 回 流 量 为 ，曝气量为 （气水比为），反应池 值为 左右。连续运行，每天取原水和沉淀池出水水样送样检测，按排放标准要求的主要指标进行分析，结果见表。由于排放标准要求出水 值为，需对出水回调 值，采用硫酸（浓度 ）用量约 即可将沉淀池出水的 值从 调至 。表犎 犇 犛工艺在优化条件下连续运行的处理效果犜 犪 犫 犾 犲犜 狉 犲 犪 狋 犿 犲 狀 狋 犲 犳 犳 犲 犮 狋 狅 犳犎 犇 犛狆 狉 狅 犮 犲 狊 狊狌 狀 犱 犲 狉狅 狆 狋 犻 犿 犻 狕 犲 犱犮 狅 狀 犱 犻 狋 犻 狅 狀 狊犱 狌 狉 犻 狀 犵犮 狅 狀 狋 犻 狀 狌 狅 狌 狊狅 狆 犲 狉 犪 狋 犻 狅 狀（犿 犵犔）：，从表可以看出，采用 工艺处理该硫铁矿酸性废水，对水中重金属、和硫化物都有很好的处理效果，废水中的重金属通过石灰中和反应形成沉淀而被去 除，同 时 工 艺的 曝 气 系 统 对 和硫化物有一定的氧化去除作用，出水中各项指标可达到 铜、镍、钴工业污染物排放标准（）表、铁矿采选行业废水污染物排放标准（）表以及 污水综合排放标准（）一级标准中的限值要求。犎 犇 犛优化工艺经济性分析根据 工艺处理酸性废水中试试验确定的工艺流程及运行参数，进行 工艺的经济性分析。在本研究中，运行费用主要包含动力费和药剂费，具体费用见表。第期张凯等：高密度泥浆法处理某硫铁矿酸性废水工艺优化表犎 犇 犛优化工艺运行成本估算犜 犪 犫 犾 犲犗 狆 犲 狉 犪 狋 犻 狅 狀犮 狅 狊 狋 犲 狊 狋 犻 犿 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳 狋 犺 犲狅 狆 狋 犻 犿 犻 狕 犲 犱犎 犇 犛狆 狉 狅 犮 犲 狊 狊 （），（）动力费为各用电设备产生的电耗，按处理每吨废水折算，单位动力费为 元废水。药剂费用主要是石灰、和硫酸等药剂的成本，最优工况条件下的药剂用量为：石灰投加量 废水；投加量 废水；硫酸（浓度）投加量 废 水。按 石 灰 价 格 元、价格 元、硫酸（）价格 元，药剂费折算为 元废水。因 此，按 优 化 工 艺 确 定 的 运 行 参 数 进行折算，包 含 动 力 费 和 药 剂 费 的 总 运 行 成 本 为 元废水，与常规石灰法 元废水的运行成本相比，具有较好的经济性。结论）采用 工艺处理某硫铁矿酸性废水，得到优化工艺参数为：系统水力停留时间约为 ，气水比约为，为 ，石灰投加量为 ，投加量为，回调 值的硫酸（浓度）用量为 。）采用 优化工艺处理该硫铁矿酸性废水，出水水质可以稳定达到 铜、镍、钴工业污染物排放标准（）表、铁矿采选行业废水污染物排放标准（）表和 污水综合排放标准（）一级标准中规定的污染物限值要求。）工艺处理该硫铁矿酸性废水的运行成本约为 元废水，具有较好的经济性，本试验的结果可以作为酸性废水处理站提升改造工程的设计依据。参考文献：翟紫含，王立威，周妍，等离子型稀土矿山生态保护修复思路与实践：以赣江流域为例有色金属工程，（）：，：，（）：袁加巧，柏少军，毕云霄，等国内外矿山酸性废水治理与综合利用研究进展有色金属工程，（）：，（）：，：，（）：，：，：，（）：杨晓松，邵立南有色金属矿山酸性废水处理技术发展趋势有色金属，（）：，（）：金尚勇，刘峰彪，许永，等广东某硫铁矿矿山高含铁酸性废水处理有色金属工程，（）：，（）：杨晓松，刘峰彪，宋文涛，等高密度泥浆法处理矿山酸性废水有色金属，（）：，（）：中华人民共和国环境保护部关于发布 年度 国家先进污染防治示范技术名录（重金属污染防治技术领域）和 国家鼓励发展的环境保护技术目录（重金属污染防治技术领域）的公告 （）有 色 金 属 工 程第 卷 ：（）（）（）：中华人民共和国国务院国有资产监督管理委员会关于发布 中 央 企 业 科 技 创 新 成 果 推 荐 目 录（年版）的 通 知 （）：“（）”（）：刘峰彪高密度泥浆法处理硫铁矿废水试验研究有色金属（选矿部分），（）：（），（）：（编辑崔颖）