含砷选矿废水治理研究及处理方案探讨

王仁芳

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

含砷选矿废水治理研究及处理方案探讨

王仁芳

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

文章通过平江黄金洞矿业有限责任公司所产生含砷废水的特性研究,确定采用石灰破乳沉淀、絮凝沉降后再通过酸反调的工艺处理该选矿废水,处理水中的主要污染物pH＜9,悬浮物SS＜100 mg/L,As含量＜0.5 mg/L,实现废水达标排放。

破乳沉淀;废水处理;絮凝;达标排放

平江黄金洞矿业有限责任公司是一采选冶联合企业。公司是一个具有400多年开采历史的老矿,拥有1 000 t/d的采、选综合生产能力,主要产品有金、钨、锑。公司在高砷高硫难选冶金矿处理领域具有领先的技术优势,是目前国内最大的高砷高硫难选冶金矿生产企业之一。

公司的主要生产废水为选矿废水。由于选矿废水中含有砷和大量的悬浮物——尾砂,1984年以前,此废水直接排入地表水系,对环境造成较大污染。1984年后,建成100万m3的尾砂库投入使用,外排废水状况及对环境的污染有了极大的改善。但由于选矿工艺的改变,选矿废水的沉降性能也发生了变化,尾砂库外排废水悬浮物超标20倍以上,对环境的污染依然存在。这些废水具有排放量大、成分复杂、悬浮物含量高、有毒有害成分较多而浓度较低等特点,若不及时对选矿废水进行处理,势必对矿区周边环境产生危害,也造成了水资源的极大浪费。因此,对选矿废水进行治理与循环利用,实现矿山清洁生产,势在必行。

1 废水处理、排放现状及水质监测

课题组对选矿厂废水、尾砂库入口、尾砂库排出口的废水进行了现场水质监测分析。在这期间,选厂生产正常。黄金洞废水处理、排放现状如图1所示。

图1 黄金洞废水处理、排放流程图

选矿厂每天外排废水约1 000 m3,废水中含有大量的选矿尾砂和选矿药剂,悬浮物浓度平均约40 000 mg/L,混合一定量的补充水稀释后通过泵(额定流量40 m3/h)输送到高位尾砂库沉降、澄清。尾砂库容量不小于10 000 m3,经过许多天的沉降,废水中大部分的尾砂都沉积到尾砂库中,上清水经尾砂库的排水沟流入黄金溪外排。在现场勘查时看到,流入黄金溪外排的废水中仍含有大量的悬浮物,它们以胶体或乳化液(好似米汤水)的形式存在于废水中,难以沉降。

对黄金洞选矿废水、尾砂库入口废水、外排废水进行了连续三天水质监测,废水水质监测数据列于表1。

从表1可知,黄金洞选矿废水悬浮物含量波动较大,COD含量较高,外排废水中的SS和As是主要污染因子,因此也是研究、治理的重点。

2 废水处理试验研究

目前针对含砷选矿废水的处理方法较多,工业上常用的是吸附法、化学沉淀法及絮凝沉淀法。本研究针对黄金洞选矿废水的含砷及高悬浮物废水和各处理方法的特点,拟采用化学沉淀法及絮凝沉淀法来处理黄金洞选矿废水。

表1 黄金洞废水水质监测数据表mg/L

2.1 试验原理

胶体的微粒处于悬浮均匀分布的状态而不被破坏,称为具有稳定性。胶体因分散微粒细小,布朗运动产生的扩散作用可以对抗重力,而具有沉降稳定性。但因胶体又是多相分散系,拥有广阔的相间界面和巨大的自由能,其微细粒子趋向于相互结合为粗粒聚集体,因而具有聚合不稳定性。

不同的化学凝聚剂以不同的方式进行胶体的解稳,一些具有凝聚剂的功能,而一些主要具有助凝剂的功能,还有一些凝聚剂具有多种作用,能通过多种作用解稳胶体。当金属盐或金属氧化物和氢氧化物(如石灰)用作凝聚剂,并且投量大到足以迅速形成金属氢氧化物或金属碳酸盐时,水中的胶粒可在这些沉淀物形成时被网捕。

由于选矿废水内大量的悬浮物以胶体或乳化液形式存在,难以沉降。因此处理该废水首先考虑通过加酸碱或强电解质,使废水中的悬浮物从稳态中解脱,然后再通过絮凝剂沉降,去除废水中悬浮物。有的物质属强电解质兼有破乳和使胶体失稳的作用,比如石灰。

2.2 试验仪器和试验药剂

试验仪器和药剂有:(1)5 000 mL烧杯;(2)六联搅拌器(ZR4-6型混凝试验搅拌器);(3)PHS-2C型数字pH计;(4)工业石灰;(5)絮凝剂:聚合氧化铝铁(PAFC);聚合氯化铝(PAC);聚丙烯酰胺(PAM);聚合硫酸铁(PAS);(6)工业硫酸。

2.3 试验流程

试验流程如图2所示。

图2 试验处理流程图

2.4 试验水质及实验方法

2.4.1 试验水质

本试验以选矿废水排入尾矿库沉淀后排出的坝后水和排入尾矿库前的坝前水为试验用水,水质情况列于表2。

表2 试验水质情况mg/L

2.4.2 实验方法

以室内烧杯搅拌混凝实验为主,在六联混凝试验搅拌器上进行,水量为1 000 mL。混凝条件为先以250 r/min的转速快搅2 min,再以60 r/min的转速慢搅10 min,然后静止沉降一段时间,以虹吸法在液面2 cm处取上清液200 mL,进行相应指标的分析。

2.5 水处理试验

取3 L废水加入石灰乳,先搅拌30 min,然后分别用6个烧杯盛,分别加入不同量的絮凝剂,条件为先以250 r/min的转速快搅2 min,再以60 r/min的转速慢搅10 min,静止沉降30 min,取上清液分析SS、As。

2.5.1 破稳试验

在废水中加入不等量的石灰乳,分别控制不同的pH值9、10、11、12,在相同的搅拌条件下(120 r/min)加石灰乳反应10 min,然后静置沉降60 min。观察试验结果,然后以虹吸法在液面2 cm处取上清液200 mL,进行相应指标的分析,结果列于表3。

从表3结果来看,废水中投加石灰乳以后,破坏了废水内的胶体平衡。废水中悬浮物、As含量随着pH值升高而降低,废水中悬浮物沉降速度随之增快,上清液逐步变得清澈。但pH升高到一定值后,废水中As的含量趋于稳定,不再下降,这可能与As属两性金属有关。经过多次试验发现,只要控制废水pH大于11.0,废水中As的含量就会大幅度降低到0.01 mg/L的水平,达到废水排放标准。

表3 破稳试验结果mg/L

通过同样的方法,能够将坝前水中的主要污染物沉降下来,絮凝渣量较大,其加药量为坝后水处理的5倍以上。从运行费用上来说,坝前水处理的方案不合算,因此在后面的研究中主要针对坝后水进行试验研究。

2.5.2 实验室水处理试验研究

量取一定量坝后废水,按照前面的试验方法先后加入石灰和絮凝剂PAFC,反应完毕后,倒入直径129 mm的沉降管静置沉降。每间隔一段时间,以虹吸法在液面2 cm处取上清液200 mL,进行相应指标的分析,同时记录絮凝渣的沉降距离,结果列于表4。

表4 坝后水沉降试验

从表4可以看出,该絮凝渣易沉降。由于原水渣比较多,SS含量高,加入石灰和絮凝剂反应后5 min,废水中的絮凝渣迅速沉降,前15 min渣的沉降速度都较快,As和SS含量随之迅速减少,10 min后两项主要指标都达到了排放标准;20 min以后,沉降速度转慢,基本属于减速沉降;60 min以后,压缩沉降阶段,渣水比为1∶3,两小时后渣水比为1∶6。

3 废水处理工业设计方案

通过试验研究可以确定,黄金洞废水处理工艺为:首先往废水中加入一定量的石灰乳调节废水的pH值,然后再投加絮凝剂絮凝沉降,沉降一段时间后上清液用酸反调至pH≤9后外排。

该方案的出发点是直接对现尾砂库的外排废水进行处理,利用现场的有利条件,将尾砂库排入黄金溪的废水通过管道引至二级泵房旁的河边空地进行处理,处理达标后的废水再直接排放到黄金溪,处理流程如图3所示。

图3 坝后水处理工艺流程

废水从半山腰处的尾砂库排口通过一根150 mm的管道自流至河对岸二级泵房旁的反应池,同时往反应池内加入石灰乳和絮凝剂。石灰乳调节废水pH值≥11,絮凝剂的加药量为10μL/L,在反应池内充分混合、反应后(时间约为15 min)进入沉淀池。为保证废水有足够时间沉降,在沉淀池内停留时间设计为2 h。沉淀池上清液再用稀硫酸调pH值小于9后达标排放,也可作为二级泵房的补充水进行利用。沉淀池内的渣通过重力回流至二级泵房,然后又被送回到尾砂库中,渣回流量现场试验确定。

在坝下水处理方案中,需要建设两个水池,总容积约150 m3,还需架设从尾砂库排口至对岸约70 m的管道,购置三个加药桶,工程投入运行后管理方便、操作简单、处理效果稳定可靠。

4 技术经济分析

工程日处理废水量1 000 m3/d,每年运行330 d,则全年共处理废水3.3×105m3;坝后水处理方案中每吨废水处理运行成本约0.31元,废水处理量为100%,坝后水处理方案完全可以利用现在二级泵房的人员进行管理,不需要增设岗位人员。还有一点就是坝后水处理方案可以保证稳定的处理效果,外排水达到国家排放标准,对周围水环境的改善具有显著的效果,其环境和社会效益明显。

5 结论及建议

调节废水pH＞11,然后加入20 mg/L絮凝剂PAFC(或PAC)絮凝沉降,沉降30 min后的上清液再通过酸反调pH值排放的处理工艺,出水中的主要污染物pH＜9,SS＜100 mg/L,As含量＜0.5 mg/L,用絮凝沉降处理该类低含砷量、悬浮物不易沉降的选矿废水,具有工程投资省、处理效果稳定可靠、运行费用低、可操作性强等特点。既可达标排放,又可以处理后净化水回用,该工程节约了水资源,同时减少了对周边环境的污染,达到了企业清洁生产的目的。

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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,工程师,主要从事环境工程、清洁生产审核工作及水土保持方案报告书编制等。