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,湖南長沙 410015)

文章通過平江黃金洞礦業有限責任公司所產生含砷廢水的特性研究,確定采用石灰破乳沉淀、絮凝沉降后再通過酸反調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,實現廢水達標排放。

破乳沉淀;廢水處理;絮凝;達標排放

平江黃金洞礦業有限責任公司是一采選冶聯合企業。公司是一個具有400多年開采歷史的老礦,擁有1 000 t/d的采、選綜合生產能力,主要產品有金、鎢、銻。公司在高砷高硫難選冶金礦處理領域具有領先的技術優勢,是目前國內最大的高砷高硫難選冶金礦生產企業之一。

公司的主要生產廢水為選礦廢水。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,對環境造成較大污染。1984年后,建成100萬m3的尾砂庫投入使用,外排廢水狀況及對環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生了變化,尾砂庫外排廢水懸浮物超標20倍以上,對環境的污染依然存在。這些廢水具有排放量大、成分復雜、懸浮物含量高、有毒有害成分較多而濃度較低等特點,若不及時對選礦廢水進行處理,勢必對礦區周邊環境產生危害,也造成了水資源的極大浪費。因此,對選礦廢水進行治理與循環利用,實現礦山清潔生產,勢在必行。

1 廢水處理、排放現狀及水質監測

課題組對選礦廠廢水、尾砂庫入口、尾砂庫排出口的廢水進行了現場水質監測分析。在這期間,選廠生產正常。黃金洞廢水處理、排放現狀如圖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,混合一定量的補充水稀釋后通過泵(額定流量40 m3/h)輸送到高位尾砂庫沉降、澄清。尾砂庫容量不小于10 000 m3,經過許多天的沉降,廢水中大部分的尾砂都沉積到尾砂庫中,上清水經尾砂庫的排水溝流入黃金溪外排。在現場勘查時看到,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。

對黃金洞選礦廢水、尾砂庫入口廢水、外排廢水進行了連續三天水質監測,廢水水質監測數據列于表1。

從表1可知,黃金洞選礦廢水懸浮物含量波動較大,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。

2 廢水處理試驗研究

目前針對含砷選礦廢水的處理方法較多,工業上常用的是吸附法、化學沉淀法及絮凝沉淀法。本研究針對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,擬采用化學沉淀法及絮凝沉淀法來處理黃金洞選礦廢水。

表1 黃金洞廢水水質監測數據表mg/L

2.1 試驗原理

膠體的微粒處于懸浮均勻分布的狀態而不被破壞,稱為具有穩定性。膠體因分散微粒細小,布朗運動產生的擴散作用可以對抗重力,而具有沉降穩定性。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,其微細粒子趨向于相互結合為粗粒聚集體,因而具有聚合不穩定性。

不同的化學凝聚劑以不同的方式進行膠體的解穩,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,能通過多種作用解穩膠體。當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,水中的膠粒可在這些沉淀物形成時被網捕。

由于選礦廢水內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加酸堿或強電解質,使廢水中的懸浮物從穩態中解脫,然后再通過絮凝劑沉降,去除廢水中懸浮物。有的物質屬強電解質兼有破乳和使膠體失穩的作用,比如石灰。

2.2 試驗儀器和試驗藥劑

試驗儀器和藥劑有:(1)5 000 mL燒杯;(2)六聯攪拌器(ZR4-6型混凝試驗攪拌器);(3)PHS-2C型數字pH計;(4)工業石灰;(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)工業硫酸。

2.3 試驗流程

試驗流程如圖2所示。

圖2 試驗處理流程圖

2.4 試驗水質及實驗方法

2.4.1 試驗水質

本試驗以選礦廢水排入尾礦庫沉淀后排出的壩后水和排入尾礦庫前的壩前水為試驗用水,水質情況列于表2。

表2 試驗水質情況mg/L

2.4.2 實驗方法

以室內燒杯攪拌混凝實驗為主,在六聯混凝試驗攪拌器上進行,水量為1 000 mL。混凝條件為先以250 r/min的轉速快攪2 min,再以60 r/min的轉速慢攪10 min,然后靜止沉降一段時間,以虹吸法在液面2 cm處取上清液200 mL,進行相應指標的分析。

2.5 水處理試驗

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

2.5.1 破穩試驗

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10 min,然后靜置沉降60 min。觀察試驗結果,然后以虹吸法在液面2 cm處取上清液200 mL,進行相應指標的分析,結果列于表3。

從表3結果來看,廢水中投加石灰乳以后,破壞了廢水內的膠體平衡。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的含量趨于穩定,不再下降,這可能與As屬兩性金屬有關。經過多次試驗發現,只要控制廢水pH大于11.0,廢水中As的含量就會大幅度降低到0.01 mg/L的水平,達到廢水排放標準。

表3 破穩試驗結果mg/L

通過同樣的方法,能夠將壩前水中的主要污染物沉降下來,絮凝渣量較大,其加藥量為壩后水處理的5倍以上。從運行費用上來說,壩前水處理的方案不合算,因此在后面的研究中主要針對壩后水進行試驗研究。

2.5.2 實驗室水處理試驗研究

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

表4 壩后水沉降試驗

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后兩項主要指標都達到了排放標準;20 min以后,沉降速度轉慢,基本屬于減速沉降;60 min以后,壓縮沉降階段,渣水比為1∶3,兩小時后渣水比為1∶6。

3 廢水處理工業設計方案

通過試驗研究可以確定,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節廢水的pH值,然后再投加絮凝劑絮凝沉降,沉降一段時間后上清液用酸反調至pH≤9后外排。

該方案的出發點是直接對現尾砂庫的外排廢水進行處理,利用現場的有利條件,將尾砂庫排入黃金溪的廢水通過管道引至二級泵房旁的河邊空地進行處理,處理達標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排口通過一根150 mm的管道自流至河對岸二級泵房旁的反應池,同時往反應池內加入石灰乳和絮凝劑。石灰乳調節廢水pH值≥11,絮凝劑的加藥量為10μL/L,在反應池內充分混合、反應后(時間約為15 min)進入沉淀池。為保證廢水有足夠時間沉降,在沉淀池內停留時間設計為2 h。沉淀池上清液再用稀硫酸調pH值小于9后達標排放,也可作為二級泵房的補充水進行利用。沉淀池內的渣通過重力回流至二級泵房,然后又被送回到尾砂庫中,渣回流量現場試驗確定。

在壩下水處理方案中,需要建設兩個水池,總容積約150 m3,還需架設從尾砂庫排口至對岸約70 m的管道,購置三個加藥桶,工程投入運行后管理方便、操作簡單、處理效果穩定可靠。

4 技術經濟分析

工程日處理廢水量1 000 m3/d,每年運行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在二級泵房的人員進行管理,不需要增設崗位人員。還有一點就是壩后水處理方案可以保證穩定的處理效果,外排水達到國家排放標準,對周圍水環境的改善具有顯著的效果,其環境和社會效益明顯。

5 結論及建議

調節廢水pH＞11,然后加入20 mg/L絮凝劑PAFC(或PAC)絮凝沉降,沉降30 min后的上清液再通過酸反調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、處理效果穩定可靠、運行費用低、可操作性強等特點。既可達標排放,又可以處理后凈化水回用,該工程節約了水資源,同時減少了對周邊環境的污染,達到了企業清潔生產的目的。

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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,主要從事環境工程、清潔生產審核工作及水土保持方案報告書編制等。