含砷選礦廢水治理研究及處理方案探討

王仁芳

(湖南有色金屬研究院,湖南長(zhǎng)沙 410015)

含砷選礦廢水治理研究及處理方案探討

王仁芳

(湖南有色金屬研究院,湖南長(zhǎng)沙 410015)

文章通過(guò)平江黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司所產(chǎn)生含砷廢水的特性研究,確定采用石灰破乳沉淀、絮凝沉降后再通過(guò)酸反調(diào)的工藝處理該選礦廢水,處理水中的主要污染物pH＜9,懸浮物SS＜100 mg/L,As含量＜0.5 mg/L,實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放。

破乳沉淀;廢水處理;絮凝;達(dá)標(biāo)排放

平江黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司是一采選冶聯(lián)合企業(yè)。公司是一個(gè)具有400多年開(kāi)采歷史的老礦,擁有1 000 t/d的采、選綜合生產(chǎn)能力,主要產(chǎn)品有金、鎢、銻。公司在高砷高硫難選冶金礦處理領(lǐng)域具有領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì),是目前國(guó)內(nèi)最大的高砷高硫難選冶金礦生產(chǎn)企業(yè)之一。

公司的主要生產(chǎn)廢水為選礦廢水。由于選礦廢水中含有砷和大量的懸浮物——尾砂,1984年以前,此廢水直接排入地表水系,對(duì)環(huán)境造成較大污染。1984年后,建成100萬(wàn)m3的尾砂庫(kù)投入使用,外排廢水狀況及對(duì)環(huán)境的污染有了極大的改善。但由于選礦工藝的改變,選礦廢水的沉降性能也發(fā)生了變化,尾砂庫(kù)外排廢水懸浮物超標(biāo)20倍以上,對(duì)環(huán)境的污染依然存在。這些廢水具有排放量大、成分復(fù)雜、懸浮物含量高、有毒有害成分較多而濃度較低等特點(diǎn),若不及時(shí)對(duì)選礦廢水進(jìn)行處理,勢(shì)必對(duì)礦區(qū)周邊環(huán)境產(chǎn)生危害,也造成了水資源的極大浪費(fèi)。因此,對(duì)選礦廢水進(jìn)行治理與循環(huán)利用,實(shí)現(xiàn)礦山清潔生產(chǎn),勢(shì)在必行。

1 廢水處理、排放現(xiàn)狀及水質(zhì)監(jiān)測(cè)

課題組對(duì)選礦廠廢水、尾砂庫(kù)入口、尾砂庫(kù)排出口的廢水進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析。在這期間,選廠生產(chǎn)正常。黃金洞廢水處理、排放現(xiàn)狀如圖1所示。

圖1 黃金洞廢水處理、排放流程圖

選礦廠每天外排廢水約1 000 m3,廢水中含有大量的選礦尾砂和選礦藥劑,懸浮物濃度平均約40 000 mg/L,混合一定量的補(bǔ)充水稀釋后通過(guò)泵(額定流量40 m3/h)輸送到高位尾砂庫(kù)沉降、澄清。尾砂庫(kù)容量不小于10 000 m3,經(jīng)過(guò)許多天的沉降,廢水中大部分的尾砂都沉積到尾砂庫(kù)中,上清水經(jīng)尾砂庫(kù)的排水溝流入黃金溪外排。在現(xiàn)場(chǎng)勘查時(shí)看到,流入黃金溪外排的廢水中仍含有大量的懸浮物,它們以膠體或乳化液(好似米湯水)的形式存在于廢水中,難以沉降。

對(duì)黃金洞選礦廢水、尾砂庫(kù)入口廢水、外排廢水進(jìn)行了連續(xù)三天水質(zhì)監(jiān)測(cè),廢水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)列于表1。

從表1可知,黃金洞選礦廢水懸浮物含量波動(dòng)較大,COD含量較高,外排廢水中的SS和As是主要污染因子,因此也是研究、治理的重點(diǎn)。

2 廢水處理試驗(yàn)研究

目前針對(duì)含砷選礦廢水的處理方法較多,工業(yè)上常用的是吸附法、化學(xué)沉淀法及絮凝沉淀法。本研究針對(duì)黃金洞選礦廢水的含砷及高懸浮物廢水和各處理方法的特點(diǎn),擬采用化學(xué)沉淀法及絮凝沉淀法來(lái)處理黃金洞選礦廢水。

表1 黃金洞廢水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表mg/L

2.1 試驗(yàn)原理

膠體的微粒處于懸浮均勻分布的狀態(tài)而不被破壞,稱為具有穩(wěn)定性。膠體因分散微粒細(xì)小,布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的擴(kuò)散作用可以對(duì)抗重力,而具有沉降穩(wěn)定性。但因膠體又是多相分散系,擁有廣闊的相間界面和巨大的自由能,其微細(xì)粒子趨向于相互結(jié)合為粗粒聚集體,因而具有聚合不穩(wěn)定性。

不同的化學(xué)凝聚劑以不同的方式進(jìn)行膠體的解穩(wěn),一些具有凝聚劑的功能,而一些主要具有助凝劑的功能,還有一些凝聚劑具有多種作用,能通過(guò)多種作用解穩(wěn)膠體。當(dāng)金屬鹽或金屬氧化物和氫氧化物(如石灰)用作凝聚劑,并且投量大到足以迅速形成金屬氫氧化物或金屬碳酸鹽時(shí),水中的膠粒可在這些沉淀物形成時(shí)被網(wǎng)捕。

由于選礦廢水內(nèi)大量的懸浮物以膠體或乳化液形式存在,難以沉降。因此處理該廢水首先考慮通過(guò)加酸堿或強(qiáng)電解質(zhì),使廢水中的懸浮物從穩(wěn)態(tài)中解脫,然后再通過(guò)絮凝劑沉降,去除廢水中懸浮物。有的物質(zhì)屬?gòu)?qiáng)電解質(zhì)兼有破乳和使膠體失穩(wěn)的作用,比如石灰。

2.2 試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)藥劑

試驗(yàn)儀器和藥劑有:(1)5 000 mL燒杯;(2)六聯(lián)攪拌器(ZR4-6型混凝試驗(yàn)攪拌器);(3)PHS-2C型數(shù)字pH計(jì);(4)工業(yè)石灰;(5)絮凝劑:聚合氧化鋁鐵(PAFC);聚合氯化鋁(PAC);聚丙烯酰胺(PAM);聚合硫酸鐵(PAS);(6)工業(yè)硫酸。

2.3 試驗(yàn)流程

試驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)處理流程圖

2.4 試驗(yàn)水質(zhì)及實(shí)驗(yàn)方法

2.4.1 試驗(yàn)水質(zhì)

本試驗(yàn)以選礦廢水排入尾礦庫(kù)沉淀后排出的壩后水和排入尾礦庫(kù)前的壩前水為試驗(yàn)用水,水質(zhì)情況列于表2。

表2 試驗(yàn)水質(zhì)情況mg/L

2.4.2 實(shí)驗(yàn)方法

以室內(nèi)燒杯攪拌混凝實(shí)驗(yàn)為主,在六聯(lián)混凝試驗(yàn)攪拌器上進(jìn)行,水量為1 000 mL。混凝條件為先以250 r/min的轉(zhuǎn)速快攪2 min,再以60 r/min的轉(zhuǎn)速慢攪10 min,然后靜止沉降一段時(shí)間,以虹吸法在液面2 cm處取上清液200 mL,進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)的分析。

2.5 水處理試驗(yàn)

取3 L廢水加入石灰乳,先攪拌30 min,然后分別用6個(gè)燒杯盛,分別加入不同量的絮凝劑,條件為先以250 r/min的轉(zhuǎn)速快攪2 min,再以60 r/min的轉(zhuǎn)速慢攪10 min,靜止沉降30 min,取上清液分析SS、As。

2.5.1 破穩(wěn)試驗(yàn)

在廢水中加入不等量的石灰乳,分別控制不同的pH值9、10、11、12,在相同的攪拌條件下(120 r/min)加石灰乳反應(yīng)10 min,然后靜置沉降60 min。觀察試驗(yàn)結(jié)果,然后以虹吸法在液面2 cm處取上清液200 mL,進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)的分析,結(jié)果列于表3。

從表3結(jié)果來(lái)看,廢水中投加石灰乳以后,破壞了廢水內(nèi)的膠體平衡。廢水中懸浮物、As含量隨著pH值升高而降低,廢水中懸浮物沉降速度隨之增快,上清液逐步變得清澈。但pH升高到一定值后,廢水中As的含量趨于穩(wěn)定,不再下降,這可能與As屬兩性金屬有關(guān)。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),只要控制廢水pH大于11.0,廢水中As的含量就會(huì)大幅度降低到0.01 mg/L的水平,達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

表3 破穩(wěn)試驗(yàn)結(jié)果mg/L

通過(guò)同樣的方法,能夠?qū)吻八械闹饕廴疚锍两迪聛?lái),絮凝渣量較大,其加藥量為壩后水處理的5倍以上。從運(yùn)行費(fèi)用上來(lái)說(shuō),壩前水處理的方案不合算,因此在后面的研究中主要針對(duì)壩后水進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2.5.2 實(shí)驗(yàn)室水處理試驗(yàn)研究

量取一定量壩后廢水,按照前面的試驗(yàn)方法先后加入石灰和絮凝劑PAFC,反應(yīng)完畢后,倒入直徑129 mm的沉降管靜置沉降。每間隔一段時(shí)間,以虹吸法在液面2 cm處取上清液200 mL,進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)的分析,同時(shí)記錄絮凝渣的沉降距離,結(jié)果列于表4。

表4 壩后水沉降試驗(yàn)

從表4可以看出,該絮凝渣易沉降。由于原水渣比較多,SS含量高,加入石灰和絮凝劑反應(yīng)后5 min,廢水中的絮凝渣迅速沉降,前15 min渣的沉降速度都較快,As和SS含量隨之迅速減少,10 min后兩項(xiàng)主要指標(biāo)都達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn);20 min以后,沉降速度轉(zhuǎn)慢,基本屬于減速沉降;60 min以后,壓縮沉降階段,渣水比為1∶3,兩小時(shí)后渣水比為1∶6。

3 廢水處理工業(yè)設(shè)計(jì)方案

通過(guò)試驗(yàn)研究可以確定,黃金洞廢水處理工藝為:首先往廢水中加入一定量的石灰乳調(diào)節(jié)廢水的pH值,然后再投加絮凝劑絮凝沉降,沉降一段時(shí)間后上清液用酸反調(diào)至pH≤9后外排。

該方案的出發(fā)點(diǎn)是直接對(duì)現(xiàn)尾砂庫(kù)的外排廢水進(jìn)行處理,利用現(xiàn)場(chǎng)的有利條件,將尾砂庫(kù)排入黃金溪的廢水通過(guò)管道引至二級(jí)泵房旁的河邊空地進(jìn)行處理,處理達(dá)標(biāo)后的廢水再直接排放到黃金溪,處理流程如圖3所示。

圖3 壩后水處理工藝流程

廢水從半山腰處的尾砂庫(kù)排口通過(guò)一根150 mm的管道自流至河對(duì)岸二級(jí)泵房旁的反應(yīng)池,同時(shí)往反應(yīng)池內(nèi)加入石灰乳和絮凝劑。石灰乳調(diào)節(jié)廢水pH值≥11,絮凝劑的加藥量為10μL/L,在反應(yīng)池內(nèi)充分混合、反應(yīng)后(時(shí)間約為15 min)進(jìn)入沉淀池。為保證廢水有足夠時(shí)間沉降,在沉淀池內(nèi)停留時(shí)間設(shè)計(jì)為2 h。沉淀池上清液再用稀硫酸調(diào)pH值小于9后達(dá)標(biāo)排放,也可作為二級(jí)泵房的補(bǔ)充水進(jìn)行利用。沉淀池內(nèi)的渣通過(guò)重力回流至二級(jí)泵房,然后又被送回到尾砂庫(kù)中,渣回流量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

在壩下水處理方案中,需要建設(shè)兩個(gè)水池,總?cè)莘e約150 m3,還需架設(shè)從尾砂庫(kù)排口至對(duì)岸約70 m的管道,購(gòu)置三個(gè)加藥桶,工程投入運(yùn)行后管理方便、操作簡(jiǎn)單、處理效果穩(wěn)定可靠。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

工程日處理廢水量1 000 m3/d,每年運(yùn)行330 d,則全年共處理廢水3.3×105m3;壩后水處理方案中每噸廢水處理運(yùn)行成本約0.31元,廢水處理量為100%,壩后水處理方案完全可以利用現(xiàn)在二級(jí)泵房的人員進(jìn)行管理,不需要增設(shè)崗位人員。還有一點(diǎn)就是壩后水處理方案可以保證穩(wěn)定的處理效果,外排水達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn),對(duì)周圍水環(huán)境的改善具有顯著的效果,其環(huán)境和社會(huì)效益明顯。

5 結(jié)論及建議

調(diào)節(jié)廢水pH＞11,然后加入20 mg/L絮凝劑PAFC(或PAC)絮凝沉降,沉降30 min后的上清液再通過(guò)酸反調(diào)pH值排放的處理工藝,出水中的主要污染物pH＜9,SS＜100 mg/L,As含量＜0.5 mg/L,用絮凝沉降處理該類低含砷量、懸浮物不易沉降的選礦廢水,具有工程投資省、處理效果穩(wěn)定可靠、運(yùn)行費(fèi)用低、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。既可達(dá)標(biāo)排放,又可以處理后凈化水回用,該工程節(jié)約了水資源,同時(shí)減少了對(duì)周邊環(huán)境的污染,達(dá)到了企業(yè)清潔生產(chǎn)的目的。

[1] 李曉君,張慧智.黃沙坪鉛鋅礦選礦廢水治理研究[J].湖南有色金屬,2008,24(6):49-52.

[2] 石愛(ài)華,高峰,顏文斌.重金屬工業(yè)廢水處理工藝的研究[J].湖南有色金屬,2007,23(6):41-43.

[3] 王巧玲,曾光明.有色多金屬礦選礦廢水循環(huán)利用研究[J].湖南有色金屬,2003,19(2):14-16.

[4] 汪幼民.石灰-絮凝沉降法處理選礦廢水[J].湖南有色金屬, 2005,21(2):32-33.

[5] 鄭雅杰,彭振華.鉛鋅礦選礦廢水的處理及循環(huán)利用[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào),2007,38(3):468-472.

Abstract:This paper rerearches a characteristics of arsenic wastewater in the Huangjindong mining industry limited company of Pingjiang and adopts a technique of“Demulsification precipitation of lime—Flocculation—Antiacid transfer”to treat arsenic wastewater.The main pollutants in the treatment water is pH＜9,SS＜100 mg/L, As＜0.5 mg/L,which could meet the wastewater discharge standards.

Key words:demulsification precipitation;wastewater treatment;flocculation;discharge standards

Study and Program of the Treatment for Arsenic-containing Mineral Processing Wastewater

WANG Ren-fang

(Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha410015,China)

X703

A

1003-5540(2011)02-0049-04

2010-11-25

王仁芳(1962-),女,工程師,主要從事環(huán)境工程、清潔生產(chǎn)審核工作及水土保持方案報(bào)告書(shū)編制等。