高密度泥浆法处理重金属酸性废水连续试验研究.pdf

第 35 卷矿冶工程Vol.35 2015 年 1 月MINING AND METALLURGICAL ENGINEERINGJanuary 2015 ① 收稿日期2014-11-18 作者简介潘炳1982-，男，广西北流人，工程师，主要研究方向为矿物加工及有色金属冶金。 高密度泥浆法处理重金属酸性废水连续试验研究高密度泥浆法处理重金属酸性废水连续试验研究 ① 潘炳，任国兴，王奉刚，王鹏，肖松文 长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012 摘要采用高密度泥浆法HDS处理某冶炼厂酸性重金属废水，在底泥回流比 15∶1 左右，中和反应 pH 值 10 左右，PAM 用量 4 mL/L，出水水质达到国家一级排放标准。试验发现浓密机结构是决定底流浓度的关键因素之一，通过对浓密机结构 优化改造，最终稳定获得了底流浓度大于 25的中和渣，大大降低了中和渣的体积量并改善了污泥的过滤性能。 关键词高密度泥浆法；酸性废水；回流比；浓密机 中图分类号X701文献标识码Adoi 10.3969/j.issn.0253-6099.2015.Z1.002 文章编号0253-60992015Z1-0005-04 Continuous Test of High Density Sludge Treatment for Heavy Metal Acidic Wastewater PAN Bing, REN Guo-xing, WANG Feng-gang, WANG Peng，XIAO Song-wen Changsha Research Institute of Mining acidic wastewater; recirculation ratio; thickener 高密度泥浆法，简称 HDS 工艺，它是将废水中 和沉淀渣按一定比例回流，使其与酸性废水或中和剂 快速混合， 再循环参与中和反应的处理方法。 HDS 工 艺在简单底泥回流系统基础上，增加污泥与石灰或与 酸性废水的混合反应池，通过底泥回流作为沉淀结晶 载体与两段/多段中和措施， 促进沉淀物颗粒长大， 增 加沉淀颗粒粒径和淤泥密度，使其具有良好的过滤性 能， 从而提高处理效果与能力。 相对传统石灰中和法， HDS 工艺具有中和污泥密度高、 体积小、 液固分离效 果好、石灰用量少等优点[1-4]。在国外，HDS 工艺广 泛应用于酸性矿山废水及冶炼废水的处理，工艺技术 成熟。在国内 HDS 工艺鲜有报道，应用在冶炼厂废 水处理的则更少。因此，针对国内典型铅锌冶炼厂排 放的酸性重金属废水进行 HDS 工艺研究，可为现有 冶炼厂的废水处理系统技术改造以及新建冶炼厂废 水处理系统的建设提供设计依据。 HDS 工艺处理重金属酸性废水连续试验共进行 了 20 d，废水处理量 10 L/h，废水处理量约 3.2 t。在 试验过程中，根据试验情况对有关搅拌槽以及浓密机 结构进行了优化改造， 系统稳定运行后， 控制出水 pH 值在 10 左右，浓密机底泥体积浓度稳定高于 25质 量体积浓度， 下同，最高达到 30，最终出水中主要 金属离子浓度都达到了国家排放标准。 1试验废水及工艺装置 1.1废水水质 试验废水取自国内某大型铅锌冶炼厂废水综合 6矿冶工程第 35 卷 均化池，废水水质及排放标准见表 1。 表 1废水成分分析结果 类别pH 值 含量/mgL-1 CuPbZnCdAs 废水原水3.152.390.90181.251.711.04 排放标准16～90.500.501.500.050.30 1 现执行排放标准为铅、锌工业污染物排放标准。 1.2试验药剂 石灰工业石灰，CaO 含量大于 90，配制浓 度 10。 絮凝剂非离子型聚丙烯酰胺PAM，分子质 量 1200 万，配制浓度 0.1。 1.3试验装置及工艺流程 HDS 连续试验工艺流程见图 1，试验装置主要 包括 1 个石灰底泥混合槽7.5 L、1 个快速混合槽 3.5 L、1 个中和槽7.5 L、1 个絮凝槽2.5 L、1 个 小型浓密机15 L以及电气控制柜。 图 1HDS 工艺流程 1石灰底流混合槽；2快速混合槽；3中和反应槽；4絮凝槽； 5浓密机；6石灰浆储槽；7底泥均化槽；8酸性废水储槽； 9絮凝剂储槽；10上清液溢流口；11蠕动泵；12阀门；13框 式搅拌桨；14浆式搅拌桨；15无级搅拌电机 试验的具体工艺过程如下首先从浓密机底流 污泥回流至“石灰/污泥混合槽”与石灰浆混合，使 石灰颗粒在回流污泥上凝结；然后这些混合浆料溢 流至快速混合槽，与酸性废水混合并进行中和反应 pH 值的控制。接着，浆料溢流至中和反应槽，完成 进一步的中和反应。完成中和反应后，浆料溢流至 絮凝槽，在絮凝槽内与加入的絮凝剂进行充分接触 发生絮凝反应，最后进入浓密机液固分离。浓密机 上清液可作为生产用水回用或 pH 回调后外排。系 统稳定运行后， 浓密底泥部分循环， 部分外排堆存。 2试验底泥回流比控制 将质量回流比或底泥回流速率定义为底泥回流 的含固量相对于新产生固体量的比率。 试验过程中， 底泥回流是维持底泥浓度和提高系统处理效果和处 理能力的基本保障。通常，高的底泥回流比有助于 得到高的底泥浓度，但是底泥浓度受底泥在浓密机 中停留时间和外排的影响。通过试验确定，底泥浓 度 20～30，底泥回流比应保持在 10∶1～15∶1。 由于试验过程中回流比难以直接测量，回流比主要 通过底泥回流流量来表示。 底泥回流流量控制原则 在浓度大于 20后，根据浓密机液固界面高度进行 控制，如底泥量多，则增加底泥回流流量；反之， 则降低底泥回流流量。在底泥浓度偏低时，尽量维 持固液面在浓密机某一固定位置。具体底泥回流流 量控制见图 2。 图 2底泥回流流量控制情况 3试验结果 3.1pH 对废水处理效果的影响 保持处理废水量为10L/h， 控制反应槽不同pH值， 进行了 HDS 工艺在不同 pH 值条件下的处理试验， 结果如表 2 所示。 表 2pH 对废水处理效果的影响 反应槽 pH 值 出水水质/mgL-1 CuPbZnCdAs 8.650.1390.10000.6000.1350.009 9.010.1820.00801.3530.2910.011 9.350.1230.02500.6710.1500.012 9.650.1360.00170.5590.0990.012 9.870.1240.07190.4160.0750.019 100.1240.00080.4690.0470.014 10.350.1070.00010.3020.0180.020 10.750.0880.00020.0220.00070.018 110.0840.00040.0980.00040.049 第 35 卷潘炳等 高密度泥浆法处理重金属酸性废水连续试验研究7 从表 2 可知，在反应槽 pH 值为 8.65 时，出水 中除了镉外， 其他有害元素均能达到国家排放标准。 当反应槽 pH 值在 10 以上时， 镉才能达到国家一级 排放标准。从表 2 也可知，pH 值越高，越有利于水 中铜、铅、镉的去除；水中锌及砷含量则随 pH 值 升高先降低后增加。因此，对于该废水，中和 pH 值控制在 10 左右为好。 3.2浓密机底泥浓度随时间变化情况 在整个试验过程中，底泥在浓密机内液固分离 效果及过滤性能好，但其浓度增加缓慢且不稳定， 波动较大，浓密机底泥浓度随时间变化具体情况见 图 3。从图 3 可知，浓密机底泥及滤饼浓度缓慢增 图 3浓密机底泥浓度随时间变化情况 加，其中滤饼最高浓度达到了 42，而浓密机底泥 浓度最高达 30.31，但底泥浓度波动大。主要是因 为底泥在浓密机底部分布不均匀，与浓密机锥形四 壁接触的底泥浓度高，粘度大，难以流动排放；而 在底流排放口上部位置的底泥浓度低，流动性好， 易排放。因此，在取样过程中，为了减少浓密机底 泥浓度波动， 每次取完样都人为将浓密机底泥搅动， 以使底泥分布更加均匀。 3.3浓密机结构对污泥浓度的影响 除了浓密底泥回流流量、中和反应 pH 值等条 件，浓密机结构对获得高密度底泥有着重要影响。 在试验运行初期及中期，浓密机底流增加缓慢，浓 度不稳定，原因是浓密机体积偏大62 L，浓密机底 部锥形部分为浅锥30，污泥回流时间过长，从而 造成底流增加缓慢。为此，缩减了浓密机体积16 L 并将锥形部分从浅锥改为陡锥 60后，底泥浓度 迅速提高，并变得更加稳定，取得了良好的浓密 效果。 3.4反应槽浆料检测结果 在试验运行平稳时，对石灰/底泥混合槽、快速 混合槽、中和反应槽以及絮凝槽浆料取样进行分析 测定，结果见表 3。 表 3反应槽浆料测定分析结果 取样点pH 值浆料浓度/ 含量/mgL-1 CuPbZnCdAsCa*SO42- 石灰/底泥混合槽11.8420.870.2880.06480.1210.00080.009716.066.84 快速混合槽9.352.280.1210.00720.2440.05280.0125454.548.57 中和反应槽9.283.070.1000.00830.2570.03810.0101393.668.74 絮凝槽9.575.410.1020.00560.1260.01200.0091431.828.38 注*单位为 g/L。 从表 3 可知，快速混合槽、中和反应槽及絮凝槽 的 pH 值都较为接近， 废水中有害金属去除效果较好。 其中石灰/底泥混合槽滤液钙离子含量远低于其它反 应槽，这是因为该槽渣浆浓度高、粘稠，石灰粘附在 底泥上， 未能充分溶解。 由于石灰/底泥混合槽的主要 作用是使石灰颗粒凝结在回流底泥颗粒上，使底泥颗 粒长大，提高底流浓度，该槽浆料浓度高达 20.87， 非常粘稠，易产生软垢堵塞反应槽及溢流口，浆料在 混合槽内的有效停留时间显著降低。因此，该搅拌槽 专门采用框式搅拌桨来加强搅拌。 在试验运行过程中发现， 快速混合槽即废水加 入的混合槽槽底及不锈钢搅拌桨均出现轻度石膏 结垢现象，其它搅拌槽无明显结垢现象。 污泥成分分析结果表明，污泥中 70以上为石 膏类物质，可见，沉淀生成的石膏大部分进入到了 污泥中。因此，相对传统石灰中和法，HDS 工艺使 反应槽及管道结垢现象得到大幅缓解。 4结论及建议 1 通过 HDS 工艺处理酸性重金属废水，在回 流比 15∶1 左右、 中和反应 pH 值 10.0， 絮凝剂 PAM 用量 4 mL/L 时，通过改善优化浓密机结构，成功 稳定获得了浓密机底泥体积浓度大于 25的污泥， 且处理出水清澈，出水中有害金属含量达到国家一 级排放标准。 2 相对传统石灰中和法，HDS 工艺可以明显 8矿冶工程第 35 卷 降低反应槽及管道结垢现象， 具有中和污泥密度高、 体积小、液固分离效果好、石灰用量少等优点。但 HDS 工艺在国内未得到推广， 随着环保要求的日益 严格，如加大宣传力度，该工艺在国内矿山及冶炼 厂重金属废水处理有着广泛的应用前景。 3 连续试验在实验室进行，废水 pH、水质都 较为稳定，如在工业现场，废水水质波动大，需采 用 pH 自动控制，否则，难以保证系统的稳定运行。 另外，由于采用石灰/底泥混合槽，该槽内浆料浓度 高，粘稠，试验时溢流口易堵塞，需要经常人工清 理， 可通过选择不同的 HDS 工艺来改善浆料粘稠的 问题。 参考文献 [1] 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, 2005, 574 97-100. 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