中和-混凝沉淀法處理選礦廢水的工藝設(shè)計

張雅瀟

(西安有色冶金設(shè)計研究院)

礦業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對我國經(jīng)濟的發(fā)展有不可替代的重要作用。隨著目前國家對礦山環(huán)保的日益重視，如何有效地處理選礦廢水，提高廢水的循環(huán)利用率，是國內(nèi)礦山亟待解決的一個重要課題。

某選礦廠廢水分為各選廠沉淀池溢流水和尾礦庫回用多余的外排水，綜合廢水主要污染物為鋅、鉛、銅等重金屬離子和硫化物等非金屬污染物，廢水

處理量設(shè)計規(guī)模為1 200 m3/d。以該選礦廠為例，對選礦廢水的工藝流程設(shè)計和處理效果進行了初步探討。

1　設(shè)計進出水質(zhì)

1.1　進出水水質(zhì)

進水水質(zhì)根據(jù)市環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測報告確定，出水水質(zhì)按《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標準》GB 25466—2010確定[1]。設(shè)計進出水水質(zhì)參數(shù)見表1。

表1　選礦廢水處理設(shè)計進出水水質(zhì)　mg/L

注：pH值無單位。

1.2　系統(tǒng)工藝的選擇

目前，國內(nèi)已開發(fā)出混凝沉淀法、中和法、氧化法、自然凈化法等一系列選礦廢水處理方法。

1.2.1混凝沉淀法[2-3]

混凝法是常用的一種物理化學(xué)方法。混凝法泛指有機或無機絮凝劑使分散體系聚結(jié)脫穩(wěn)過程的方法。該法不僅適用于含懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)及可溶性污染物的廢水處理，也適用于毒性較大的重金屬離子廢水的處理。該法具有適應(yīng)性強、技術(shù)可行和經(jīng)濟合理的優(yōu)點。因此，混凝沉降法在選礦廢水處理中仍占主導(dǎo)地位。

1.2.2中和法[4-5]

中和法是采用適當?shù)闹泻蛣┱{(diào)整pH值，使酸性或堿性廢水達到排放標準或回用水指標，或?qū)H值調(diào)至適合范圍，使溶解在廢水中的金屬離子形成氫氧化物沉淀而除去的方法。中和法具有適應(yīng)性強、工藝合理簡單、操作方便等優(yōu)點，且可利用礦廠附近酸性或堿性廢水作為中和劑，實現(xiàn)了以“廢”治“廢”綜合利用的目的，具有明顯的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益。但酸堿中和法也存在結(jié)垢嚴重、沉淀污泥量大、易造成二次污染等弊端。

1.2.3氧化法[6-7]

氧化法是用以處理金銀礦、銅礦、鉛鋅礦選礦廢水中氰化物的一種方法。在氧化法中堿性氯化法是最常用的方法。氧化劑有次氯酸鈉、液氯。向含氰廢水中投加氯系氧化劑，使氰化物第一步氧化為氰酸鹽(稱之為不完全氧化)；第二步氧化為二氧化碳和氮(稱為完全氧化)?；瘜W(xué)氧化法其優(yōu)點為工藝簡單、氧化劑種類多、反應(yīng)迅速、處理效果好、沉淀少、設(shè)備投資少等，其缺點為化學(xué)藥劑用量大、成本高。

1.2.4自然凈化法[8-9]

自然凈化法是目前選礦廠普遍采用的一種方法。自然凈化法的構(gòu)筑物主要是各選礦廠因地制宜修建的各類沉淀池和尾礦庫，起到稀釋、水解、沉淀、生化作用。自然凈化的效果同環(huán)境溫度，歷時長短以及空氣接觸條件有關(guān)。經(jīng)過尾礦庫自然凈化后的水質(zhì)，多數(shù)可達到工業(yè)廢水排放的標準。由于該設(shè)計項目污水pH值呈堿性，重金屬主要以金屬硫化物、氧化物形式存在。因此該設(shè)計選用混凝法作為污水處理站的主要處理方法。

1.3　系統(tǒng)工藝流程

廢水處理廠設(shè)計采用：進水—調(diào)節(jié)—曝氣—沉淀—過濾—回用處理工藝，其工藝流程見圖1。

圖1　某選礦廠廢水處理工藝流程

廢水在預(yù)曝氣調(diào)節(jié)池曝氣，調(diào)節(jié)水量并粗調(diào)pH值后，經(jīng)耐腐蝕自吸泵升至沉淀池，進行一級沉淀，出水自流進入二級沉淀池，同時依次加入聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化鋁(PAC)，并投加硫酸調(diào)節(jié)pH值，經(jīng)過沉淀池沉淀后，使廢水中所含的SS、金屬硫化物和氧化物得以去除。沉淀池上清液自流入中間水池，進行pH值調(diào)節(jié)后由耐腐蝕自吸泵提升經(jīng)纖維球過濾器過濾去除SS和未凈化完全的污染物，確保出水水質(zhì)各項指標達標。過濾器出水自流入清水池，清水池達標出水部分流入集水池等待回用，部分經(jīng)排放口在線計量直接排放，清水池在線監(jiān)測水質(zhì)未達標水回流至預(yù)曝氣進行再次處理。經(jīng)潛污泵提升至曝氣池，經(jīng)曝氣除鐵后進入絮凝沉淀池，加入PAC(投藥量為30 mg/L)和PAM(投藥量為1 mg/L)，經(jīng)機械絮凝池絮凝后自流入斜板沉淀池沉淀，使廢水中所含的SS、金屬硫化物和氧化物進一步得以去除。斜板沉淀池上清液進入中間水池，進行pH值調(diào)節(jié)后由泵提升經(jīng)纖維束過濾器過濾去除SS和未凈化完全的污染物，確保出水水質(zhì)各項指標達標。過濾器出水自流入清水池，清水池達標出水部分流入集水池等待回用，部分經(jīng)排放口在線計量直接排放，清水池在線監(jiān)測水質(zhì)未達標水回流至預(yù)曝氣調(diào)節(jié)池進行再次處理。沉淀池的底泥進入污泥池，經(jīng)渣漿泵輸送至尾礦緩沖箱。

2　主要構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)

2.1　預(yù)曝氣調(diào)節(jié)池

為確保后續(xù)沉淀池的處理出水效果，進入后續(xù)沉淀池的水量和污染物濃度的變化不能是突然變化的，但可以是連續(xù)變化的。設(shè)置預(yù)曝氣調(diào)節(jié)池的作用在于減少流量波動，使待處理的廢水均質(zhì)。采用羅茨風(fēng)機進行曝氣，除去部分COD，并加入硫酸粗調(diào)pH值至10.5左右。設(shè)計調(diào)節(jié)池(地下式)尺寸大小為18.0 m×6.0 m×5 m，有效容積為432 m3，有效水深為4.0 m，超高為1.0 m，選用80UHB-ZK-50-15耐腐蝕泵(1用1備)，將廢水提升至沉淀池。采用2臺HC100S型鼓風(fēng)機，1用1備，風(fēng)量為4.1 m3/min，風(fēng)壓為50 kPa，選用80UHB-ZK-50-15耐腐蝕泵2臺(1用1備)，水泵性能為Q=50 m3/h，H=15 m，P=7.5 kW，將廢水提升至沉淀池。

2.2　沉淀池

廢水經(jīng)兩級沉淀，上清液自流進入中間水池。污泥斗每斗均設(shè)單獨的電動排泥閥，污泥通過排泥管進入污泥池。沉淀池尺寸為18.0 m×6.0 m×4.5 m，表面負荷為1.8 m3/m2，沉降表面積為54 m2，超高為0.15 m。

2.3　中間水池

廢水經(jīng)沉淀后進入中間水池，中間水池尺寸為3.7 m×6.0 m×5.0 m，有效容積為100 m3，有效水深為4.4 m，超高為0.6 m。同時投加硫酸調(diào)節(jié)pH值至6～9，通過80UHB-ZK-50-30型耐腐蝕泵2臺(1用1備)，水泵性能為Q=50 m3/h、H=30 m、P=11 kW，將廢水提升至纖維球過濾器。同時采用穿孔管向水中曝氣，攪拌氣體，達到快速混合的目的。

2.4　球過濾器

纖維球過濾采用2臺QLJ1500型纖維球過濾器，單臺處理能力為60 m3/h，運行功率為5.5 kW，單臺過濾器直徑為1.5 m。

2.5　清水池

經(jīng)纖維球過濾器過濾后出水進入清水池，清水水池尺寸為3.7 m×5.2 m×5.0 m，有效容積為84.7 m3，有效水深為4.4 m，超高為0.6 m。清水池出水自流至標準排放口。當纖維球過濾器需要清洗時，通過80UHB-ZK-50-30型耐腐蝕泵，水泵性能為Q=50 m3/h、H=30 m、P=11 kW，將清水池中的水提升至纖維球過濾器進行反洗，反沖洗排水排至預(yù)曝氣調(diào)節(jié)池進行再次處理。清水池未達標出水回至預(yù)曝氣調(diào)節(jié)池進行再次處理，部分達標水溢流至集水池供生產(chǎn)回用，剩余達標水通過排放口排放。

2.6　污泥池

污泥池(地下式)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為3.7 m×6.0 m×5.0 m，沉淀池污泥進入污泥池，通過GMZ20-40型渣漿泵2臺(1用1備)，泵性能為Q=18 m3/h、H=42.7 m、P=11 kW，將污泥送至選廠尾礦緩沖箱。

2.7　加藥系統(tǒng)

PAC和PAM投加均采用JY-0.5/0.6型加藥裝置各1臺，其攪拌機功率均為0.37 kW，其計量泵投加功率均為0.25 kW，PAC全天制備2次，PAM全天制備1次。稀硫酸選用1臺φ1 200 mm×2 200 mm貯罐用于硫酸的存儲和投加，計量泵投加功率為0.25 kW。

3　各單元處理效果預(yù)測

各單元處理效果預(yù)測見表2。

表2　各單元處理效果預(yù)測　mg/L

注：pH值無單位。

4　結(jié)　語

中和-混凝沉淀法作為選礦廢水處理工藝，具有沉淀效果顯著、處理工藝簡單、操作簡單、效率高和電耗較低等優(yōu)點，工程設(shè)計中參數(shù)取值可在實際運行中予以校驗總結(jié)，該處理工藝系統(tǒng)為選礦廢水回用處理提供了參考借鑒。

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