含銅酸性廢水處理工藝試驗研究及工程應(yīng)用

范景彪

（福建百靈天地環(huán)?？萍加邢薰荆?福建上杭 364200）

福建某礦山采用堆浸-萃取-電積工藝提銅，其含銅酸性廢水主要為堆場淋濾液、萃余液及礦坑水，具有pH值低、水量大、有價金屬離子濃度低、水質(zhì)復(fù)雜等特點［1］，國內(nèi)外常用處理工藝有：中和沉淀法、萃取法、微生物法、膜處理技術(shù)等［2-3］。該礦水處理車間采用石灰中和法處理含銅酸性廢水，石灰用量為22kg/m3～32kg/m3，處理成本較高。礦銅浮選廠生產(chǎn)過程中會產(chǎn)出銅尾礦漿，呈堿性且粒度大，利用這一特點，考慮往含銅酸性廢水處理系統(tǒng)中引入銅礦尾漿，通過小型試驗確定工藝優(yōu)化方案及參數(shù)，工業(yè)調(diào)試后連續(xù)運行，取得較好的效果。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗試劑

生石灰(工業(yè)級CaO≥70%)、PAM(工業(yè)級)。

1.1.2 試驗儀器設(shè)備

恒溫電動攪拌器、pH計、電子天平、燒杯、1L量筒。

1.1.3 試驗水樣

含銅酸性廢水：pH為1.22～2.50、Cu濃度50mg/L～80mg/L、Fe濃度7g/L～10g/L、Al濃度500mg/L～1100mg/L、Zn濃度200mg/L～300mg/L、硫酸濃度為9.5g/L～12.0g/L。

1.2 試驗原理

石灰中和法是利用石灰中和含銅酸性廢水中酸性物質(zhì)、沉淀重金屬的一種常規(guī)方法，涉及的反應(yīng)式有：

反應(yīng)中生成的氫氧化鐵、氫氧化鋁膠體為表面活性劑，可通過膠體雙電層及吸附橋架作用加速渣的沉降［4］。

1.3 試驗方法

石灰中和試驗：取5L含銅酸性廢水，加入一定量的銅尾礦漿，用石灰調(diào)節(jié)pH值為7.0，攪拌反應(yīng)30分鐘后，加入5mg/L的PAM并攪拌均勻，靜置20分鐘后過濾，上清液送檢。

絮凝沉降試驗：量取1L石灰中和后混合液，緩慢攪拌并加入PAM并攪拌30秒，然后置于1L量筒中，在一定時間間隔下測定固液交界面的高度，并繪制其隨時間變化的曲線。將石灰中和混合液稀釋成不同倍數(shù)，重復(fù)進行絮凝沉降試驗。

1.4 結(jié)果與討論

1.4.1 銅尾礦漿用量對石灰中和效果的影響

在原水pH為1.56、Cu濃度67.04mg/L，F(xiàn)e濃度7.48g/L，Zn濃度205.08mg/L，Al濃度628mg/L的條件下進行不同銅礦尾漿用量試驗，結(jié)果見表1。

表1 添加不同量銅尾礦漿的試驗效果

由表1可知，隨著銅尾礦漿用量增大石灰用量逐漸降低，出水重金屬濃度總體降低，出水Cu、Zn均能達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中一級標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)銅尾礦漿用量為9.2g/L時，石灰用量可降至24.4g/L，繼續(xù)增大銅尾礦漿用量，石灰用量變化很小?；旌弦嘿|(zhì)量濃度隨著銅尾礦漿用量增大而增大，其濃度變大會給系統(tǒng)帶來不利影響，一方面會增大產(chǎn)渣量，另一方面會降低絮凝沉降速度，增加絮凝劑用量。綜合考慮石灰用量與處理系統(tǒng)穩(wěn)定性，選擇銅尾礦漿用量為9.2 g/L。

干渣質(zhì)量：9.2×30%=2.76g。減少石灰用量：25.6-24.4=1.2g/L，1m3水中加入9.2g的30%銅尾礦漿可以節(jié)省1.2kg石灰，1噸的干銅尾礦渣相當(dāng)于0.435噸石灰。

1.4.2 混合液質(zhì)量濃度對絮凝沉降效果的影響

取1.4.1試驗中石灰中和后混合液，其中混合液1(未添加銅尾礦漿)，混合液2(銅尾礦漿用量為9.2g/L)，進行絮凝沉降試驗，按一定的比例(混合液∶水=3∶1，2∶1，1∶1，1∶2)稀釋，再添加10mg/L的絮凝劑，進行絮凝沉降試驗，結(jié)果如下：

圖1 不同稀釋比例的混合液沉降曲線

由圖1可知，在未稀釋的情況下，混合液1沉降速度快于混合液2，添加銅尾礦漿會增大混合液濃度，不利于絮凝沉降。隨著稀釋倍數(shù)的增大，稀釋后混合液絮凝沉降效果變得更好?；旌弦?按“混合液∶水”=1∶2稀釋，其絮凝沉降效果最好；混合液2按照“混合液∶水”=1∶2稀釋，其絮凝沉降效果最好，混合液與水按照1∶1稀釋時也能取得不錯效果，此時混合液濃度為3%～5%，同樣稀釋倍數(shù)下，混合液1的絮凝沉降速度要優(yōu)于混合液2，但水質(zhì)發(fā)黃不清澈，石灰中和過程添加銅尾礦漿水質(zhì)很清澈。因此，為了取得較好的絮凝沉降效果，后續(xù)工業(yè)試驗需控制濃密機進料濃度3%～5%。

2 工業(yè)調(diào)試及運行效果

2.1 工藝流程圖及說明

廢水處理系統(tǒng)共有2個處理系列，本次調(diào)試僅使用1個系列，石灰中和含銅酸性廢水工藝流程見圖2。

圖2 石灰中和含銅酸性廢水工藝流程

含銅酸性廢水經(jīng)離心泵提升至高位水槽，再自流分配至一級反應(yīng)槽，往一級反應(yīng)槽中加入一定量的石灰乳、銅尾礦漿，反應(yīng)后自流至二級反應(yīng)槽，控制二級反應(yīng)槽pH值7.0～7.5，二級反應(yīng)槽出水經(jīng)過明渠進入濃密機，往明渠中添加PAM，混合液在濃密機中進行絮凝沉降，上清液各項指標(biāo)達標(biāo)后外排，渣漿經(jīng)壓濾機壓濾，濾液達標(biāo)外排，壓濾渣委外處置。主要工藝單元及參數(shù)見表2。

表2 主要工藝單元及參數(shù)

2.2 工業(yè)調(diào)試

工業(yè)調(diào)試過程中，往處理系統(tǒng)中加入銅尾礦漿會增大處理液濃度，增大濃密機負(fù)荷，為保證處理系統(tǒng)穩(wěn)定運行，需要校核18m濃密機負(fù)荷及反應(yīng)停留時間。

2.2.1 校核濃密機負(fù)荷

濃密機進料負(fù)荷的計算方法采用極限固體通量計算法［5］，任何濃度層連續(xù)濃密機的固體通量為：

GL=Ci·Vi+Ci·U

Ci—該層濃度

Vi—沉降速度

U—排泥產(chǎn)生的下降速度

濃密機必須在低于固體極限通量GL條件下工作，根據(jù)物料平衡，極限固體通量也是底流排量和底流濃度的乘積。根據(jù)近幾年運行情況，18m濃密機的底流處理能力為150 m3/h，底流濃度均值為15%(密度為1101.69 kg/m3)。

極限進料負(fù)荷：150 m3/h×15%×1101.69kg/m3=24.79 t/h=594.96t/d。

2.2.2 參數(shù)控制

小型試驗結(jié)果表明：添加9.2g/L的30%銅尾礦漿能取得較好效果，此時混合液濃度約9.5%(密度1062.09kg/m3)，根據(jù)濃密機極限負(fù)荷推算酸水處理量：Q×9.5%×1062.09kg/m3≤24.79t/h，酸水最大處理能力為245m3/h。

絮凝沉降試驗結(jié)果表明：混合漿濃度小于5%時沉降效果較好，但反應(yīng)液的濃度為9.5%；因此，工業(yè)調(diào)試中用2臺潛水泵(流量為120m3/h)抽1#庫清水稀釋濃密機進料，將進料濃度控制在5%以下。

2.2.3 校核反應(yīng)時間

一般情況下，石灰處理酸性廢水的反應(yīng)時間應(yīng)≥30min［6-7］。反應(yīng)系統(tǒng)6個攪拌桶總?cè)莘e為148.2m3，水力停留時間為148.2m3÷245m3/h=0.6h=36min，能滿足要求。

2.2.4 調(diào)試結(jié)果

2017年11月20日～11月29日進行工業(yè)調(diào)試，其中11月20日～11月22日進行空白試驗；11月23日～11月29日進行引入銅尾礦漿工業(yè)試驗，銅尾礦漿加入量為9.2kg/m3，結(jié)果見表3。

由表3可知，含銅酸性處理系統(tǒng)添加銅尾礦漿后，出水Cu、Fe、Zn、Al均有一定的降低，達到Cu、Zn減排的目的；平均石灰利用效率提高了2.15%，溢流率提高了1.17%。調(diào)試過程中濃密機運行情況見圖3、圖4。

表3 工業(yè)試驗結(jié)果

圖3 未添加銅尾礦漿濃密機運行情況

圖4 添加銅尾礦漿濃密機運行情況

2.3 工業(yè)運行效果

2017年12月至2018年2月工業(yè)運行監(jiān)測結(jié)果見表4，數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)運行正常，處理效果穩(wěn)定，出水Cu、Zn濃度穩(wěn)定低于0.2mg/L。石灰利用率可達75%，濃密機溢流率可達55%。

3 處理成本分析

該工藝是在現(xiàn)有處理系統(tǒng)上進行調(diào)整，增設(shè)銅尾礦漿緩沖桶、輸送管道及離心泵，工程改造費用約6.5萬元。含銅酸水處理成本主要包括藥劑費、電費、及人工成本，處理系統(tǒng)兩個系列日處理酸水12000m3，工藝優(yōu)化前后處理成本見表5。

表4 2017年12月至2018年2月平均監(jiān)測數(shù)據(jù)

表5 工藝優(yōu)化前后酸水處理成本

工藝優(yōu)化后可節(jié)省成本0.42元/噸，年節(jié)約成本約160萬元。

4 結(jié)論

（1）小型試驗結(jié)果表明：含銅酸水處理過程中引入9.2g/L的30%銅尾礦漿后，可以降低石灰用量1.2kg/m3；

（2）工業(yè)調(diào)試及運行結(jié)果表明：該系統(tǒng)處理效果穩(wěn)定，石灰利用率可提高2.15%，濃密機溢流率可提高1.17%。Cu、Zn濃度均穩(wěn)定低于0.2mg/L，去除率分別為99.7%、99.9%，最大限度減少Cu、Zn外排總量，環(huán)境效益顯著；

（3）不增加其它化學(xué)試劑，實現(xiàn)了“以廢治廢”，年節(jié)約160萬元。