鉛鋅采選廢水處理工程化研究與應(yīng)用

魯春艷，胡衛(wèi)文

(湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司，湖南衡陽 421513)

鉛鋅采選廢水處理工程化研究與應(yīng)用

魯春艷，胡衛(wèi)文

(湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司，湖南衡陽 421513)

采用生物制劑協(xié)同氧化工藝對(duì)湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司康家灣礦鉛鋅選礦廢水和礦井廢水進(jìn)行處理，通過研究得出最優(yōu)工藝參數(shù)，并進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。工程實(shí)施后康家灣礦采選廢水每年可少向環(huán)境排放COD約14.1 t、重金屬3.3 t，其中減排Pb0.44 t、減排Zn1.77 t、Cd0.028 t、Cu0.72 t、As0.379 t。生物制劑協(xié)同氧化處理康家灣礦采選礦廢水，工藝運(yùn)行穩(wěn)定，凈化高效，能夠消除選礦廢水排放帶來的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

鉛鋅選礦;廢水處理;生物制劑;協(xié)同氧化

0 前言

鉛鋅礦山在生產(chǎn)過程中需要消耗大量的水，期間產(chǎn)生的廢水含有大量的重金屬離子、懸浮物、選礦藥劑等，如果處理工藝選擇不當(dāng)，難以實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放。如何合理處理采選廢水，一直是國內(nèi)鉛鋅礦山企業(yè)亟需解決的重要課題。

1 工藝選擇

湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司康家灣礦現(xiàn)有鉛鋅礦井和康家灣礦井兩個(gè)采礦點(diǎn)，開采的礦石均送至康家灣選廠。原選廠主要生產(chǎn)排水分為三部分，即兩個(gè)礦井的井下涌水、選礦中精礦濃縮產(chǎn)生的溢流水以及尾礦庫排水。其中，井下涌水經(jīng)簡單沉淀后排至高位水池，用于選礦工藝，不足部分從康家溪引少量水作為補(bǔ)充;康家灣礦選廠采用硫酸回調(diào)pH、聚鐵加3#絮凝劑混合沉降工藝，選礦過程中各精礦濃縮池的溢流水加藥經(jīng)濃密池沉淀后，廢水難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo);尾礦庫排水經(jīng)廢水處理后排放至康家溪。處理后的采選廢水監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 康家灣礦采選廢水水質(zhì)mg/L(pH除外)

從表1可以看出，康家灣礦采選廢水主要污染物COD、懸浮物、重金屬離子等均超標(biāo)，不能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

鉛鋅采選廢水需要分別去除COD和重金屬離子。COD指標(biāo)下降的同時(shí)選礦廢水中殘留的選礦藥劑將減少，可大大降低后續(xù)選礦廢水深度處理回用的難度。目前，COD污染物處理的方法主要有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物處理法、新型藥劑絮凝法;重金屬離子的處理方法有中和沉淀法、硫化物沉淀法、吸附法、鐵氧體法、膜分離技術(shù)、人工濕地法;能同時(shí)實(shí)現(xiàn)COD、懸浮物、重金屬離子脫除的方法有自然凈化法、生物制劑協(xié)同氧化處理法。然而，康家灣選礦廢水的水質(zhì)復(fù)雜，水量波動(dòng)大，自然凈化法難以穩(wěn)定地使廢水中重金屬離子和COD達(dá)到現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

為了實(shí)現(xiàn)康家灣礦廢水達(dá)標(biāo)排放，該公司經(jīng)過考察比較，最終決定采用生物制劑協(xié)同氧化專利技術(shù)處理鉛鋅礦采選廢水。此技術(shù)能夠同時(shí)去除采選礦廢水中殘留的懸浮物、有機(jī)選礦藥劑和重金屬離子。其主要機(jī)理為:以鐵細(xì)菌、硫桿菌為主的復(fù)合功能菌群代謝產(chǎn)物與其它化合物組成生物制劑，通過基團(tuán)中的羥基、巰基、羧基、氨基等功能基團(tuán)對(duì)重金屬、COD等污染因子進(jìn)行吸附去除。此方法解決了目前化學(xué)藥劑難以同時(shí)深度凈化多種金屬離子的難題。

2 試驗(yàn)研究

該公司結(jié)合康家灣礦選礦廢水排放現(xiàn)狀，與相關(guān)單位合作，依托生物制劑協(xié)同氧化專利技術(shù)開發(fā)選礦廢水處理新工藝，并進(jìn)行了現(xiàn)場模擬試驗(yàn)，通過試驗(yàn)得出最優(yōu)工藝參數(shù)。

2.1 礦井廢水生物制劑處理研究

取一定體積的礦井廢水，加入一定量的生物制劑，其與重金屬離子形成生物配合體，配合反應(yīng)15min后，加入液堿調(diào)節(jié)pH值進(jìn)行水解反應(yīng)，然后加入少量絮凝劑進(jìn)行絮凝反應(yīng)，過濾實(shí)現(xiàn)固液分離，完成重金屬離子的脫除。過濾后取清液進(jìn)行檢測。

試驗(yàn)重點(diǎn)考察了生物制劑用量對(duì)上清液中重金屬離子的脫除效果，具體指標(biāo)如表2所示。

表2 礦井廢水處理生物制劑用量及殘余重金屬離子濃度

從表2可以看出，影響藥劑成本的主要因素有重金屬離子的總含量，廢水的pH值及處理的深度等，廢水成分越復(fù)雜、藥劑成本就會(huì)越高。當(dāng)生物制劑為0.5mL/L時(shí)廢水能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

2.2 鉛鋅選礦廢水生物制劑處理研究

取一定體積的鉛鋅選礦廢水，加入一定量的生物制劑，其與重金屬離子形成生物配合體，配合反應(yīng)15min后，加入氧化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)，再加入液堿調(diào)節(jié)pH值進(jìn)行水解反應(yīng)，然后加入少量絮凝劑進(jìn)行絮凝反應(yīng)，過濾實(shí)現(xiàn)固液分離，完成重金屬離子的脫除。過濾后取清液進(jìn)行重金屬離子和COD的分析檢測。

試驗(yàn)考察了生物制劑協(xié)同氧化處理工藝對(duì)廢水中重金屬離子的脫除效果，生物制劑加入量對(duì)殘余金屬含量的影響見圖1～圖4。

圖2 生物制劑加入量對(duì)鋅殘余含量的影響

圖3 生物制劑加入量對(duì)鎘殘余含量的影響

從圖中可以看出，當(dāng)生物制劑用量為0.5mL/L時(shí)，鉛離子濃度降至0.5mg/L以下，鋅離子濃度降至1.5mg/L以下，處理效果最佳。經(jīng)過生物制劑處理以后，鎘、砷離子濃度也進(jìn)一步降低。表明生物制劑對(duì)重金屬離子具有很好的去除效果。

圖4 生物制劑加入量對(duì)砷殘余含量的影響

圖5～圖11為藥劑加入量對(duì)COD殘余含量的影響。

圖5 藥劑加入量對(duì)COD殘余含量的影響(生物制劑2mL/L、氧化劑1mL/L)

圖6 藥劑加入量對(duì)COD殘余含量的影響(生物制劑2mL/L、氧化劑0.5mL/L)

圖7 藥劑加入量對(duì)COD殘余含量的影響(生物制劑1mL/L、氧化劑0.5mL/L)

圖8 藥劑加入量對(duì)COD殘余含量的影響(生物制劑0.5mL/L、氧化劑0.5mL/L)

圖9 藥劑加入量對(duì)COD殘余含量的影響(生物制劑0.5mL/L、氧化劑0.3mL/L)

圖10 藥劑加入量對(duì)COD殘余含量的影響(生物制劑0.5mL/L、氧化劑0.1mL/L)

圖11 藥劑加入量對(duì)COD殘余含量的影響(生物制劑0mL/L、氧化劑0.3mL/L)

從圖中可以看出，選礦廢水COD濃度在100mg/L左右時(shí)，生物制劑的投加量為0.5mL/L、氧化劑投加量為0.3mL/L時(shí)能夠確保COD降低到30mg/L以下。

3 工程設(shè)計(jì)

在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，該公司將生物制劑協(xié)同氧化工藝投入工業(yè)化應(yīng)用。

3.1 處理能力

根據(jù)實(shí)際情況，康家灣廢水綜合治理循環(huán)利用工程設(shè)計(jì)廢水處理總量為5500m3/d，其中鉛精礦溢流水水量500m3/d，采用單獨(dú)系統(tǒng)處理，設(shè)計(jì)處理規(guī)模500m3/d;鋅精礦、硫精礦等溢流水水量為3500m3/d，考慮后續(xù)生產(chǎn)能力擴(kuò)大導(dǎo)致水量增加，新建廢水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為5000m3/d。

3.2 廢水處理工藝優(yōu)化

為了實(shí)現(xiàn)廢水中的COD和重金屬同時(shí)高效深度脫除，并且考慮到以后的凈化水回用對(duì)SS處理要求較高，在生物制劑協(xié)同氧化深度處理的基礎(chǔ)上，增設(shè)“自動(dòng)反洗表面過濾器”深度處理懸浮物，實(shí)現(xiàn)廢水的深度凈化。

4 工程運(yùn)行效果

4.1 運(yùn)行成本分析

康家灣廢水綜合治理循環(huán)利用工程于2014年11月竣工并投入運(yùn)行，工程投入使用后，康家灣礦礦井廢水、鉛鋅礦礦井廢水直接進(jìn)入浮選車間。選礦廢水處理藥劑成本統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 選礦廢水處理藥劑成本統(tǒng)計(jì)

從表3可以看出，選礦廢水處理藥劑成本為1.04元/m3水。

4.2 外排廢水水質(zhì)

2015年1月21日衡陽市環(huán)境監(jiān)測站對(duì)康家灣外排廢水取樣監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果詳見表4。

監(jiān)測結(jié)果顯示:康家灣礦外排廢水pH、化學(xué)需氧量、懸浮物、氨氮、總砷、總鉛、總鎘、總鋅、總銅、總汞日均濃度均達(dá)到《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)的排放要求。

表4 康家灣廢水處理設(shè)施進(jìn)出口水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果 mg/L(pH除外)

5 結(jié)論

康家灣廢水綜合治理循環(huán)利用工程的實(shí)施運(yùn)行結(jié)果:

(1)生物制劑協(xié)同氧化處理采選廢水，藥劑成本約為1.04元/m3水。

(2)生物制劑協(xié)同氧化處理采選廢水，處理后的廢水中，主要污染物COD、SS、重金屬離子等含量符合相關(guān)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

(3)采用生物制劑協(xié)同氧化處理工藝后，每年可減少對(duì)環(huán)境中排放COD約14.1 t，重金屬離子3.3 t，其中減排Pb0.44 t、Zn1.77 t、Cd0.028 t、Cu0.72 t、As0.379 t。

(4)本工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行，實(shí)現(xiàn)了礦井涌水、選礦廢水串級(jí)循環(huán)，廢水回用率高于75%，有著顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］黃益宗，王毅力.選礦廢水的污染治理及其循環(huán)利用對(duì)策［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008，(4):183-183.

［2］趙永斌，袁增偉，戴文燦，等.混凝吸附處理選礦廢水的研究［J］.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，18(4):94-97.

［3］洪建軍，羅建中，陳敏，等.清潔生產(chǎn)技術(shù)在選礦廢水凈化處理中的應(yīng)用［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2004，31(2):33-35.

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中國鉛基堆冷卻劑技術(shù)取得重大突破

中科院核能安全技術(shù)研究所先進(jìn)核能研究團(tuán)隊(duì)(FDS團(tuán)隊(duì))牽頭的“麒麟一號(hào)”中國鉛基快中子反應(yīng)堆研發(fā)工作取得重大突破，權(quán)威專家組一致認(rèn)為:鉛基堆冷卻劑技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)回路的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰瓦\(yùn)行參數(shù)處于國際領(lǐng)先水平，突破了氧測量與控制等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，打破了國際壟斷，實(shí)現(xiàn)了核心技術(shù)自主化，對(duì)促進(jìn)我國第四代核能鉛基反應(yīng)堆的工程化具有重要意義。

鉛基堆被“第四代核能系統(tǒng)國際論壇”組織評(píng)定為有望首個(gè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)示范和商業(yè)應(yīng)用的第四代核裂變反應(yīng)堆。得益于鉛基材料優(yōu)良的中子物理和熱物理特性以及穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，鉛基堆在產(chǎn)能安全性和經(jīng)濟(jì)性方面具有突出優(yōu)勢，還具有良好的核廢料“焚燒”處理能力和核燃料增殖能力，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)多種應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展的先進(jìn)核能系統(tǒng)。西方多個(gè)國家目前正積極推動(dòng)鉛基堆工程化應(yīng)用，有的國家計(jì)劃本世紀(jì)20年代實(shí)現(xiàn)商業(yè)示范。

冷卻劑作為熱量轉(zhuǎn)換與傳輸載體，是核反應(yīng)堆的“血液”，掌握相關(guān)技術(shù)是反應(yīng)堆工程實(shí)施的前提和基礎(chǔ)。在國家“863”和“973”計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)等長期支持下，位于合肥的中科院核能安全技術(shù)研究所經(jīng)過20多年的技術(shù)攻關(guān)，已經(jīng)在鉛基堆創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論與方法體系、關(guān)鍵設(shè)備研制與工程驗(yàn)證、安全與許可證技術(shù)以及小型鉛基堆產(chǎn)業(yè)化等方面實(shí)現(xiàn)了突破，為我國鉛基堆商業(yè)化示范應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)。

Research and application of Pb-Znmining and beneficiation wastewater treatment

LU Chun-yan，HU Wei-wen

In this study，biological agents and co-oxidation process were used to treat the Pb-Znmining and beneficiation wastewater of Kangjiawanmine in Hunan Shuikoushan Nonferrous Metals Co.，Ltd.Then the optimum technological parameters were obtained by the study and engineering project was designed.In this project，the annual total reduced discharge of COD and heavy metals were about14.1 t/a and3.3 t/a respectively，including0.44 t/a Pb，1.77 t/a Zn，0.028 t/a Cd，0.72 t/a Cu and0.379 t/a As.The biological agents and co-oxidation process are stable and efficient for treating the Pb-Zn beneficiation wastewater.And the risk of environmental pollution caused bymining and benefication wastewater can be eliminated.

Pb-Zn beneficiation;waste water treatment;biological agents;co-oxidation

X751.03

B

1672-6103(2016)06-0058-05

魯春艷(1978—)，女，湖北公安人，碩士，工程師，從事環(huán)保技術(shù)管理工作。

2016-10-13