矿山酸性废水处理中的pH控制方法.pdf

5 6 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第1 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．0 1 ．0 1 4 矿山酸性废水处理中的p H 控制方法 杨树亮 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要介绍矿山酸性废水处理中p H 控制的难点，描述石灰乳中和反应中药剂用量与p H 的关系。结合p H 控制的 难点，阐述一种经济、可靠的石灰乳投加控制方法。通过应用该方法，经处理的废水优于国家规定的排放标准。 关键词废水处理；p H 控制；石灰乳 中图分类号X 7 5 1 ．0 3 文献标志码A 文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 0 1 - 0 0 5 6 - - 0 4 Ap HC o n t r o lM e t h o df o rT r e a t i n gM i n eA c i dW a s t e w a t e r Y A N GS h u l i a n g B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g10 0 16 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ed i f f i c u l t yo fp Hc o n t r o lt ot r e a ta c i d i cw a s t e w a t e rw a si n t r o d u c e di n t h i sp a p e r ，a n d t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nl i m ed o s a g ea n dp Hv a l u eo ft h ew a s t e w a t e ri nn e u t r a l i z a t i o nr e a c t i o nw a sa l s o d e s c r i b e d ．A c c o r d i n gt o t h ep Hc o n t r o ld i f f i c u l t y ，a ne c o n o m i ca n dr e l i a b l el i m e m i l k a d d i n gm e t h o dw a s i l l u s t r a t e d ．B yt h i sm e t h o d ，t h eq u a l i t yo ft h et r e a t e dw a s t e w a t e ri sb e t t e rt h a nd i s c h a r g es t a n d a r do f G B ． K e yw o r d s w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ；p Hc o n t r o l ；l i m em i l k 矿山废水是矿山生产过程中主要的污染源之 一，而矿山废水中危害最大的当属酸性废水，酸陛 废水的危害主要在于酸污染和重金属污染。若酸性 废水未经处理就排人江河湖泊等自然界水体，会导 致自然界水体的p H 值发生变化，从而导致水体中 鱼虾及水草等生物发生病害乃致死亡；酸性废水的 排人还会导致其周边土壤酸化，从而造成农作物枯 萎和死亡；进而造成该水体相关联的整个生态环境遭 到破坏。因此，对矿山酸性废水在排放前进行处理已 成为各国在开发矿山资源时不得不考虑的问题[ 1 ] 。 1 矿山废水处理的方法 目前，矿山酸性废水处理的方法主要包括中和 法、硫化沉淀法、离子交换法、铁屑置换法、吸附 法、人工湿地法和微生物法等。中和法是通过向酸 性废水中投入碱性中和剂，使其与酸l 生废水发生中 和反应，达到调整p H 值的目的；此外，碱性物质 的加入，还会使酸性废水中的重金属离子与氢氧根 离子生成氢氧化物沉淀，进而达到减少酸性废水中 的重金属离子的含量的目的，通过这两种功能，最终 达到净化酸性废水、减少其对环境污染的效果[ 2 ] 。 人工湿地法是根据天然湿地净化污水机理的一种方 法，其优点是成本低和在环境上可持续性，其机理 在湿地环境中特定植物可以减少酸陛废水中的金属 离子的含量，达到过滤水体的目的∞] 。微生物 法是酸性废水处理领域的一种新方法，其适用性 强，且无二次污染。微生物法通过吸收 或吸附 重金属，然后分解生成重金属硫化物沉淀的特点， 从而达到减少矿山废水中重金属的含量、净化水体 的效果[ 5 | 。 2 石灰乳中和法分析 中和法是向酸性废水中投入碱性中和剂，在调 整酸性废水p H 值的同时，使重金属离子与碱性中 和剂发生化学反应形成氢氧化物沉淀物，消除酸污 染和重金属污染。北京矿冶研究总院刘峰彪等[ 6 - 7 3 收稿日期2 0 1 2 0 6 1 9 修回日期2 0 1 2 - 0 9 1 4 作者简介杨树亮 1 9 7 8 一 ，男，河北永年人，硕士，工程师，主要从事选矿自动化方面的研究工作。 万方数据 2 0 1 3 年第1 期 杨树亮矿山酸性废水处理中的p H 控制方法 5 7 通过取一定量酸性废水，用石灰溶液进行滴定调节 废水的p H ，得到石灰投加量 g ／L 和废水p H 的 对应关系，即滴定曲线，如图1 所示。上海大学李 学金等人[ s ] 通过用计量泵向2L 酸性废水中打入 不同量5 ％的石灰乳，记录p H 值随时间的变化的 方法，得到了p H 值与石灰乳用量变化的曲线图， 如图2 所示。 ， ■ b 一 、 咖 旺 毯 k p H 图1p H 值与石灰用■的关系 F i g ．1R e l a t i o n s h i pb e t w e e np Hv a l u ea n dl i m e d o s a g e 01 02 03 04 0 石灰乳用量／ L m ／n 。1 图2p H 值与石灰用■的关系 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e np Hv a l u ea n dl i m e d o s a g e 从图1 和图2 可见，随着石灰乳用量的增加， p H 值不断升高，但是p H 值升高与石灰乳的投加 量不呈比例关系，而是一个不规则的曲线，同时在 p H 值上升的过程中有几个突跃点，相应地有对应 的缓慢上升的平台。图中曲线说明，对于p H 值不 同、金属离子种类和数量不同的废水，如果要将其 控制到指定的p H 值，所需要的石灰乳的量是变化 的、非比例的。 在中和法废水处理工艺中，石灰乳投加量的控 制方法是一个难题，其困难之处有很多。本文认为 主要体现在以下几个方面1 废水处理站制备的 不同批次石灰乳液的浓度不尽相同，不同批次选用 石灰的有用组分也不相同；2 石灰乳与酸性废水 的反应为化学反应，是个缓慢的过程，滞后现象非 常严重；3 由于每年都有雨季和旱季，不同时期 所需处理的废水量变化非常大，废水p H 值变化 大，即使同一天中由于废水管道的压力等众多因素 的变化，也导致废水流量的波动。 在石灰中和法处坪酸性废水的过程中，需要大 量的石灰，如果控制方法不得当，不但会使成本增 加，造成巨大的经济损失，而且会导致处理后的废 水p H 值和金属离子含量波动大甚至超标，达不到 国家废水排放标准，同时，还可能会产生大量的废 渣，从而给环境带来潜在的二次污染。因此寻找一 种经济有效、切实可行的石灰乳投加方案具有一 定的意义。 3 p H 控制方法介绍 图3 为安徽某废水处理站中和反应工艺流程 图。来自露天采场、选矿厂和井下水的混合物流入 原有1 号、2 号调节池，原有1 号、2 号调节池的4 根排水管汇流到排水总管，排水总管中的废水与石 灰胧浆混合槽的石灰乳在藩槽汇合依次流经1 号、 2 号反应池；从2 号反应池出来的泥水混合物经混 合分配槽劭下一个流程。鉴于前面第2 节提到石灰 乳投加控制主要存在的三个问题，如果采用传统的 单回路控制系统，控制效果不会太好。本文提出如 图4 所示的石灰乳控制方式。图4 中，电磁流量计 1 测量四个出水管的总废水量，渣浆泵 变频 用 作石灰乳储槽出口输送泵，电磁流量计2 测量渣浆 泵出口管道的石灰乳流量。 对于水流量波动大，解决方案是在两个调节池 的4 个出水管分别安装流量计和调节阀，通过调整 出水管的流量，保证进入反应池的废水量稳定。 图3 废水处理中和反应流程 F i g ．3 F l o w s h e e to fn e u t r a l i z a t i o nr e a c t i o no f w a s t e w a t e l “ t r e a t m e n t 万方数据 5 8 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第1 期 马P 栏臻野 电磁流量计1 l 来自调节池排水总 管的工业废水量 图4 石灰乳添加量控制系统结构图 F i g ．4D i a g r a mo f l i m em i l k a d d i n gc o n t r o ls y s t e m 由于石灰乳质量波动大，石灰乳制备过程，采 用石灰乳自动制备装置，减少人为因素的影响，同 时根据反应池和排水池中p H 测量值，人为修正石 灰乳的投加量。 石灰乳的添加量和工业废水的流量、p H 值是 直接相关的，工业废水p H 值与石灰乳用量的关系 曲线可以通过试验滴定的方法获得，通过计算可以 得出当工业废水p H 值为不同值时，处理每吨工业 废水所需要添加的石灰量。 图5 中s P 为图4 控制回路中的设定点值，当 安装在调节池排水总管上的p H 计测得工业废水的 p H 为a 时，查图5 得与之对应的S P 值为b ，这时 需要人工将石灰乳控制器设定值s P 设定为b ，控 制器的C P U 根据调节池排水总管的工业废水流量 P V 值和石灰乳的设定值S P 这时为b 计算出处 理P V 吨废水所需的石灰乳添加量S S P 值，S S P 值 即为闭环石灰乳流量单回路控制系统的设定值，然 后电磁流量计2 测量值P V l 和S S P 值通过P I D 算法 控制渣浆泵的转速。同时，通过观察在反应池1 和 反应池2 及出水泵池中安装的在线p H 计的测量 值变化，修正前面单位工业废水所需的石灰乳量 S P 值[ 9 ] 。 4生产实践 安徽某废水处理站按照本文的设计自2 0 0 7 年 9 月份投产以来，经过处理的工业废水达到了国家 污水综合排放标准中的一级要求，其水质结果 如表1 所示。 经处理后的酸性废水去除了铁锈色，废水的 p H 范围由以前的2 ～7 变为8 ．2 左右，取得了很大的 环境与社会效益，得到了周围群众和政府的认 可[ 7 ，lo I 。 5 结论 本文提到的p H 控制的方法是一种切实可行 的、需要人工参与的控制方法，但是实际使用过程 p H 值 图5 工业废水p H 与石灰量关系图 F i g ．5 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nl i m ed o s a g ea n d w a s t e w a t e rp H 表1处理后工业废水的水质分析结果 T a b l e1 A n a l y s i s r e s u l to fi n d u s t r i a lw a s t e w a t e r q u a l i t ya f t e rt r e a t m e n t ／ m g L - 1 p HS S Ⅱ’e F e 2 Z n M nC u s 2 -A sP bC d 处理前2 ～75 0 0 5 0 0 2 0 02 52 51 95 ．5 4 ．0 11 ．70 ．5 处理后8 ．2 微0 ．4 8 9 微0 ．0 9O ．9 9 0 ．0 20 ．4 8 微微0 ．0 2 中需要通过试验的方法建立石灰消耗量与待处理废 水p H 值之间的关系，当其模型建立起来后，可以 通过计算机查表的方式代替人工设定石灰乳设定 值，使其成为一个全自动的工业废水p H 控制方 法，相信实用性会更强。 参考文献 [ 1 ] 赵玲，王荣锌，李官，等．矿山酸性废水处理及源头 控制技术展望[ J ] ．金属矿山，2 0 0 9 7 1 3 1 1 3 3 ． [ 2 ] 杨根祥，沙日娜，乌云高娃，等．酸性矿山废水的污染与 治理技术研究[ J ] ．西部探矿工程，2 0 0 0 ，1 2 6 5 1 5 2 ． [ 3 ] 籍国东，孙铁珩，李顺．人工湿地及其在工业废水处理 中的应用[ J ] ．应用生态学报，2 0 0 2 ，1 3 2 2 2 4 2 2 8 ． [ 4 ] 陈欢林．环境生物技术与工程[ M ] ．北京化学工业出版 社。2 0 0 3 1 0 3 1 0 6 ． [ 5 ] 马尧，胡宝群，孙占学．矿山废水处理的研究综述[ J ] ． 铀矿冶，2 0 0 6 ，2 5 4 1 9 9 2 0 1 ． [ 6 ] 刘峰彪．高密度泥浆法处理硫铁矿废水试验研究[ J ] ．有 色金属 选矿部分 ，2 0 0 8 6 2 8 3 2 ． [ 7 ] 杨晓松，刘峰彪，宋文涛，等．高密度泥浆法处理矿山酸 性废水[ J ] ．有色金属，2 0 0 5 ，5 7 4 9 7 9 9 ． [ 8 ] 李学金，钱显文，郑乐平，等．某铁矿尾矿库酸性废水处 理试验研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 6 9 7 4 7 6 ． [ 9 ] 杨树亮．工业废水处理站自动控制系统的设计[ J ] ．有色 金属 选矿部分 ，2 0 0 9 1 4 5 - 4 8 ． [ 1 0 ] 刘伟东．高密度泥浆法处理矿区污水的应用与实践[ J ] ． 有色金属 选矿部分 ，2 0 0 8 3 3 3 3 5 ． 万方数据