硫铁矿山酸性废水治理工艺设计.pdf

1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 文章编号1008 - 7524200905 - 0028 - 04 硫铁矿山酸性废水治理工艺设计 Ξ 陈克雷 中蓝连海设计研究院,江苏 连云港222004 摘要主要介绍了硫铁矿山酸性废水的产生机理及处理方法,分析与比较了HDS高密度污泥处理工艺处理方 法与其他方法的区别及优势,给出了HDS处理工艺的流程。废水经处理后可达到 污水综合排放标准GB8978 - 1996中一级排放标准的要求。 关键词硫铁矿;酸性废水;中和沉淀;HDS 中图分类号X751. 03 文献标识码A 0 引言 硫铁矿山在开采过程中产生大量酸性废水, pH值一般为2～4 ,且含有多种重金属离子,直接 排放对环境影响较大。 本工程设计采用HDS酸性废水处理工艺技 术,出水达到 污水综合排放标准GB8978 - 1996 中一级排放标准的要求。工程建成后部分处理后 废水将回用于企业选矿生产,将大大减少废水排 放量,降低企业水消耗量,为企业的节能降耗做贡 献。 1硫铁矿山废水产生机理 金属矿山酸性废水的形成机理比较复杂,含 硫化物的废石、 尾矿在空气、 水及微生物的作用 下,发生风化、 溶浸、 氧化和水解等系列的物理化 学及生化等反应,逐步形成含硫酸的酸性废水。 其具体的形成机理由于废石的矿物类型、 矿物结 构构造、 堆存方式、 环境条件等影响因素较多,形 成过程十分复杂,篇幅关系,这里不作重点介绍。 2 设计水质水量 本工程案例正常废水量约为360 m3/ h ,雨季 降水产生废水量平均约为430 m3/ h。废水处理 站规模需要充分考虑处理能力和废水的回收利 用,因此本工程废水处理站规模确定为800 m3/ h。 为了适应本项目废水水量变化大的特点,本 项目废水处理站分为4个系列,每个系列的处理 规模为200 m3/ h ,以适应不同的水量。枯水季节 废水量约为200 m3/ h ,只需开启一个系列即可满 足要求;正常情况下废水水量约为400 m3/ h ,开 启2个系列即可满足要求;雨季整个系统全部开 启可满足处理量800 m3/ h的要求。 本工程处理水质状况见表1。 表1废水处理站处理水质状况表 pH值 铁/ mg L - 1 锰/ mg L - 1 锌/ mg L - 1 数值1～3. 51500～4300180～45080～4203 3 处理指标要求 本项目废水排放指标为 污水综合排放标准 GB8978 - 1996中一级排放标准。 废水排放水质指标详见表2。 表2废水排放水质表 检测项目/ mgL - 1 pH铁锰锌PbAsSSF- 排放 标准 6～92. 02. 01. 00. 57010 4 工艺技术方案选择 82 技术经验 IM 第二段主要用作进一步沉降,提高出水水质。 此处理工艺简单可靠、 工程投资及运行费用低,且 能较好适应水量、 水质的变化。 但由于处理系统没有考虑控制问题,在处理 过程中可能要出现一些问题。如处理过程中由于 没有混合反应设备或者混合时间不足,造成混合 不均匀导致一部分铁离子不能被充分氧化,若添 加曝气系统,会对污泥沉降性能产生影响。 另外水塘一般地势低洼,处理出水及底泥排 放需要添加动力提升设备,将会加大能耗,增加处 理运行成本。 同时在处理过程中天气对处理出水水质有重 要影响,水塘的塘面比较大,较大的风力会引起搅 动,影响出水水质。 水塘处理系统最大的不利条件是中和药剂石 灰的利用率比较低,低于50 ,为提高石灰的利 用率可以考虑建立底泥回流系统,把一部分中和 污泥用机械设备输送回处理系统,这样不但能提 高石灰的利用率,且提高污泥的浓度,从而降低处 理运行成本。 该工艺占地面积大也是限制其使用的一个重 要因素。 4. 1. 2 基坑连续/批处理系统 基坑连续/批处理系统类似于水塘处理工艺, 但在水塘处理工艺的基础上添加了泵入、 泵出设 备,反应过程的混合作用提高了中和药剂石灰的 效率。 批处理过程是矿山酸性废水在中和反应器中 与配置的石灰乳液混合,发生中和反应,使重金属 离子形成相应的氢氧化物沉淀。在此过程中可以 添加絮凝剂,一段处理出水自流进入基坑,在其中 进行絮凝沉降,基坑上层清液通过浮动泵泵入二 段中和反应器,通过添加硫酸调节pH值,使其达 到出水限制要求,二段反应器最终出水达标排放。 基坑连续/批处理系统运作的关键是必须保 证浮动泵泵出的是基坑内表面澄清液。泵入泵出 基坑的水量是变化的,基坑内的水面高度同时也 是波动的,整个处理过程可以连续进行也可以进 行批处理操作。虽然基坑连续/批处理工艺系统 相比水塘处理工艺能较好地提高中和药剂石灰的 利用率,但是同样面临着中和pH值不易控制,中 和污泥沉降效果不佳等问题。 4. 1. 3 传统处理工艺 在此处理工艺中矿山酸性废水进入石灰中和 反应池,进行中和反应,通过控制反应池pH使废 水中的重金属以氢氧化物沉淀的形式去除。处理 出水经投加絮凝剂后进入澄清池,进行泥水分离, 上层清液达标外排。底泥从澄清池底部泵入污泥 池或者压滤机进行进一步的处理。由于传统工艺 沉淀絮体较小,会有部分进入处理水中。为达到 排放要求,通常要添加砂滤池或者其他过滤澄清 设备,对溢流出水进行进一步处理,以除去废水剩 余的悬浮物、 杂质,提高出水水质。 传统处理工艺与水塘处理工艺及基坑连续/ 批处理工艺相比具有较好的石灰利用效率。该工 艺主要问题为沉淀底泥含水率高,污泥处理费用 92 技术经验 IM 提高了污泥的沉降性 能;提高了石灰的利用率,降低药剂石灰的用量; 增加底泥浓度。关键点是简易底泥回流工艺底泥 浓度明显高于水塘处理系统和传统处理系统,其 污泥固含量可达到15 ,相对水塘处理工艺及传 统处理工艺产生的污泥固含量的不足1 ～5 来说是一个重大提高。 4. 1. 5 HDS处理技术 与简易底泥回流系统不同,HDS处理方法增 加了石灰/污泥混合池。回流底泥与中和药剂石 灰在混合池中混合,此过程可以促进中和药剂石 灰颗粒在回流沉淀物上的凝结,从而增加沉淀颗 粒粒径和污泥密度,同时通过石灰的添加调节混 合池pH值。混合池混合反应物溢流进入快速反 应池与酸性废水发生中和反应。通常反应过程中 要鼓入空气进行曝气,氧化中和废水中的亚铁,提 高出水水质。中和反应池溢流水进入絮凝池,通 过加入絮凝剂使中和污泥形成絮体,提高在澄清 池中的沉降性能。澄清池沉降污泥一部分外排进 行处理处置,一部分进入底泥循环系统,进一步循 环利用。 HDS处理技术在世界范围内的多数矿山都 有广泛的应用。江西某铜矿为解决传统处理工艺 在实际应用过程出现的管道结垢、 底泥含水率高 等问题,通过国际招标选择与加拿大PRA公司合 作,开展了利用HDS技术处理矿山酸性废水的现 场试验研究,已经取得了较好的效果,底泥质量分 数可控制在25 ～30 ,当SO42 -离子质量浓度 大于25 g/ L时,整个试验工艺流程不存在结垢现 象,生产实践中可有效延长设备的使用周期。 4. 2 处理方案比选 不同处理工艺各有其优势,具体的工艺比较 见表3。 表3处理方案比较表 水塘处 理工艺 基坑/批 处理工艺 传统 工艺 简易底泥 回流工艺 HDS 工艺 处理效果不稳定不稳定稳定稳定稳定 基建费用及 运行费用 低较低高较高较高 占地面积较大大一般小小 石灰利用率低很低低较高高 污泥产生量大大大小较小 污泥含水率高高高低较低 通过比较,HDS工艺具有其他工艺无法比拟 的优势,对于类似本项目废水量较大、 可用土地面 积较小的企业来说尤为合适,因此本项目选择 HDS工艺作为废水处理工艺是合理的。 4. 3 废水处理工艺流程 本项目废水处理站工艺流程见图1。 图1废水处理工艺流程 流程简述如下 a.废水经过自流或者提升进入拦砂库,在其 中进行水量水质的调节,利用泵提升进入废水处 理系统;b.废水进入氧化曝气池,在其中与混合池 内输送过来的石灰及回流泥浆的混合液混合,废 水中的金属离子形成碱金属沉淀;c.在氧化曝气 池内通过鼓风曝气,将混合液中的二价铁氧化成 三价铁;d.氧化后的混合液进入沉淀池进行固液 分离,沉淀污泥主要为氢氧化铁、 氢氧化锰等混合 物,污泥部分回流至混合槽,剩余污泥输送至尾矿 浓密机,清水进入pH值调节池;e.在pH调节池 通过加入硫酸,将呈碱性的废水调节至pH为6～ 9 ,进入回用水库和排放水库;f.在事故状态下经 03 技术经验 IM acid waste water ;neutralization sedimentation; HDS 上接第24页 表42008年8月4日流程考查技术指标 产品名称 产率/ 品位/ 回收率/ TFeSTFeS 铁精矿53. 2764. 560. 10682. 311. 64 硫精矿7. 6241. 6538. 617. 6085. 53 尾矿24. 7411. 128. 32 废石14. 3710. 192. 86 综合尾矿39. 1110. 781. 1311. 1812. 83 原矿100. 0041. 783. 44100. 00100. 00 表52008年8～9月技改技术指标 产品名称产量/ t产率/ 品位/ 回收率/ TFeSTFeS 铁精矿4388953. 7164. 720. 11482. 451. 74 硫精矿64397. 8841. 7738. 547. 8186. 28 尾矿1972624. 1411. 206. 41 废石1166114. 279. 833. 33 综合尾矿3138738. 4110. 691. 109. 7411. 98 原矿81715100. 0042. 163. 52100. 00 100. 00 从表4、 表5看出,改造达到了预期目标,选 厂处理矿量能够达到60万t/ a ,并且可获得铁精 矿品位64. 56 ,含硫0. 106 ,精矿回收率达到 81. 22 ,硫精矿品位38. 61 ,回收率85. 53 , 与2007年入选吴庄矿指标比,铁精矿品位提高 2. 07 ,铁回收率提高8. 02 。该项目总投资约 700万元,按2008年8、9两个月生产指标计算, 吴庄矿2009年计划入选30万t ,可增收合格铁精 矿1. 8万t ,扣除生产成本年可增加效益400万 元。由于该项目效益明显,得到了国家矿产资源 补偿资助资金320万元。 5结论 根据矿石性质变化和企业发展规划,在不影 响企业生产的情况下,用较小的投入对选厂工艺 流程进行改造,扩大了选厂规模,提高了产品质量 和金属回收率,取得了较好的经济效益,为企业未 来发展打下了基础。 13 技术经验 IM P化工矿物与加工 2009年第5期