靈寶某尾礦庫高鐵錳酸性廢水凈化

楊鑫生　董寧寧　張曉利　余延濤

(1.靈寶金源控股有限公司晨光硫鐵礦分公司；2.北京靈寶金源金屬技術(shù)研究院有限公司)

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靈寶某尾礦庫高鐵錳酸性廢水凈化

楊鑫生1董寧寧2張曉利2余延濤2

(1.靈寶金源控股有限公司晨光硫鐵礦分公司；2.北京靈寶金源金屬技術(shù)研究院有限公司)

摘要對靈寶某硫鐵礦山尾礦庫的酸性廢水進行凈化工藝研究，分析廢水水質(zhì)特點，采用加堿中和與聚合硫酸鐵混凝、PAM絮凝沉降相結(jié)合的工藝處理，使酸性廢水呈弱堿性，鐵、錳等金屬離子達到三類地表水排放標準。

關(guān)鍵詞硫鐵礦酸性廢水鐵錳離子

靈寶某硫鐵礦處理能力為500t/d，尾礦庫回水為含鐵、錳離子的酸性廢水，直接外排對周邊生態(tài)和人居環(huán)境會造成重大污染，回用則會對設(shè)備和設(shè)施造成長期腐蝕[1-6]。因此，必須采用合適、可靠的方法加以處理。

目前，處理尾礦酸性廢水的方法主要有物理分離法、化學(xué)中和法、生物法和人工濕地法[4]。物理分離主要采用離子交換、膜分離和吸附的方法，該方法雖然效果較好，但是其處理和維護成本較高，難以大規(guī)模運用于礦山酸性廢水的處理。生物法和人工濕地法都是利用自然界微生物和植物所進行的物質(zhì)循環(huán)原理，對廢水中的有害物質(zhì)進行降解，提高廢水的pH值，同時凈化廢水中的有害離子，但是該方法的工程性要求高，而且技術(shù)發(fā)展并不成熟，目前難以在普通礦山推廣應(yīng)用[7]。化學(xué)中和法是應(yīng)用最廣泛的方法，利用酸堿中和原理快速提高廢水的pH值，同時在較高pH值情況下，使廢水中的金屬離子沉淀下來，從而達到凈化廢水的效果。

試驗采用酸堿中和與絮凝沉降組合的方法對該回水進行處理，使出水達到三類地表水水質(zhì)標準，為該類型廢水的工業(yè)處理積累了大量數(shù)據(jù)。

1尾礦庫酸性廢水水質(zhì)與處理流程

1.1尾礦與酸性廢水水質(zhì)分析

尾礦庫酸性廢水主要來源于礦坑水，水量為90m3/h，這些酸性廢水對尾礦庫內(nèi)多金屬硫化礦有長期溶解侵蝕作用，造成廢水成分復(fù)雜。選礦廠尾礦中主要潛在有害元素含量見表1，尾礦水處理系統(tǒng)待處理酸性廢水pH=3.37、色度為35、濁度為38.5NTU，水質(zhì)分析結(jié)果見表2。

表1　尾礦中主要潛在有害元素含量　%

表2　待處理酸性廢水水質(zhì)分析結(jié)果　mg/L

從表1可知，尾礦中鐵、硫、錳、鋅含量均較高，銅、鉛含量較低。

從表2可知，待處理酸性廢水中鐵、錳和鋅離子含量最高，其次為鋁、銅、鉛、鎳、鉬等有色金屬離子。進一步的分析表明，鐵主要以Fe2+形式存在，同時有少量Fe3+。

1.2酸性廢水處理流程

酸性廢水處理工藝流程見圖1，在配水階段加入氧化劑次氯酸鈉，同時添加混凝劑聚合硫酸鐵(PFS)，使鐵離子和硫酸根離子反應(yīng)生成的硫酸鐵發(fā)生混凝作用。

圖1　酸性廢水凈化工藝流程

2試驗結(jié)果與分析

2.1堿添加量對水質(zhì)的影響

采用氫氧化鈉對酸性廢水進行中和，試驗結(jié)果見表3。

表3　氫氧化鈉添加量對廢水水質(zhì)的影響

從表3可以看出，氫氧化鈉用量越大，廢水pH越高，Mn2+、Fe離子含量越低，色度顯著下降。

根據(jù)常溫下Fe(OH)3和Fe(OH)2的溶度積(分別為1.1×10-36和1.64×10-14)可知，3價鐵離子在pH=3時已經(jīng)完全沉淀為氫氧化物，而酸性廢水中的鐵主要以2價鐵形式存在，其完全沉淀所需的pH要大于7。所以酸性廢水pH接近7時才能顯著降低廢水中鐵離子濃度。

2.2絮凝劑PAM添加對水質(zhì)的影響

由于廢水中含有多種金屬離子，試驗采用混凝劑強化對雜質(zhì)的沉淀，使鐵氫氧化物成為絮團沉淀的核心，在沉淀時吸附微量金屬離子，從而達到既除鐵又除其他雜質(zhì)的目的。最后添加輔助絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)加速絮團沉降。PAM用量對廢水水質(zhì)的影響見表4。

表4　PAM用量對廢水水質(zhì)的影響

從表4可知，添加絮凝劑PAM對pH和Mn2+含量幾乎沒有影響；PAM添加量增加，F(xiàn)e離子含量和色度均略有增加，Zn2+和Pb2+含量降低，而Mo含量略有升高。因此，PAM添加量以2～3mg/L為宜。

2.3工藝過程設(shè)備控制改進

工藝過程中采用管道混合器使酸性廢水與氫氧化鈉、次氯酸鈉、混凝劑PFS和PAM等高效混合。管道混合器具有結(jié)構(gòu)簡單，不需外在動力，體積小巧等特點，廢水通過管道混合器時產(chǎn)生分流、交叉混合和反向旋流作用，使藥劑迅速均勻擴散到整個水體中。混凝劑和絮凝劑均采用自動投加系統(tǒng)，準確控制加藥量。沉淀池上清液經(jīng)過纖維束過濾器(型號GXSZL-150-53)和陶瓷膜過濾器分別過濾匯入清水池。

2.4處理后廢水指標

酸性廢水處理后指標與三類地表水水質(zhì)標準見表5。

表5　酸性廢水處理后指標與三類地表水水質(zhì)標準

從表5可以看出，尾礦庫酸性廢水經(jīng)過處理，水質(zhì)呈弱堿性，總鐵含量降至0.05mg/L，Mn2+濃度降低至30.99mg/L，其他微量有色金屬和重金屬含量也顯著減少，酸性廢水處理后達到三類地表水水質(zhì)標準。

3結(jié)語

(1)靈寶某硫鐵礦尾礦庫酸性廢水為含鐵錳的酸性廢水，經(jīng)過酸堿中和與絮團沉淀工藝處理，水質(zhì)呈弱堿性，達到三類地表水水質(zhì)標準。

(2)藥劑自動投加系統(tǒng)和管道混合器是實現(xiàn)自動添加藥劑的有效手段。

參考文獻

[1]羅仙平，謝明輝.金屬礦山選礦廢水凈化與資源化利用現(xiàn)狀與研究發(fā)展方向[J].中國礦業(yè)，2006(10)：51-56.

[2]邵坤，靳輝.尾礦庫酸性廢水處理研究[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2009(9)：63-65.

[3]劉成，詹幼鴻.利用尾礦堿度處理礦山酸性廢水的研究[J].有色礦山，2001(2)：45-49.

[4]楊群，寧平，陳芳媛，等.礦山酸性廢水治理技術(shù)現(xiàn)狀及進展[J].金屬礦山，2009(1):131-134.

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[6]胡明成.硫酸鹽的環(huán)境危害及含硫酸鹽廢水處理技術(shù)[J].成都大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版， 2012(2)：181-183.

[7]朱樂輝，黃建，孟祥超.礦山高濃度酸性含錳廢水處理的研究與工程實施[J].工藝水處理，2013(4)：82-84.

(收稿日期2016-04-05)

楊鑫生(1968—)，男，工程師，472500 河南省三門峽靈寶工業(yè)西路2號院。