專利名稱：礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水的處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦山廢水的處理工藝，尤其是涉及一種含硫礦物、As、Pb、Cd等重金屬元素的礦山廢水的處理工藝，可在有色、化工、冶金等礦山選廠排水、尾礦庫溢流水以 及采礦礦坑涌水的綜合治理中廣泛應(yīng)用。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外金屬礦山礦石中大多含有硫化礦，硫化礦在自然界中分布廣、數(shù)量多，它可 以出現(xiàn)于幾乎所有的地質(zhì)礦體中，尤其是銅、鉛、鋅等金屬礦床，這些硫化礦物在空氣、水和 微生物作用下，發(fā)生溶浸、氧化、水解等一系列物理化學(xué)反應(yīng)，極易形成酸性廢水。這些酸性 廢水PH低、酸度大，含有大量有毒、有害重金屬，是污染水環(huán)境的含重金屬離子廢水的主要 來源，對(duì)礦區(qū)周邊環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重危害。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國礦山廢水的排放量 約占全國工業(yè)廢水總排放量的10%左右，各礦區(qū)普遍存在酸性廢水污染較嚴(yán)重的狀況。酸 性礦山廢水污染已成為世界性的問題，受到各國的關(guān)注。例如美國礦山酸性廢水污染了 23，OOOkm的河流；加拿大酸性礦山廢水污染了 19，300km的河流和72，OOha的湖泊和水庫。這些生產(chǎn)廢水所含重金屬離子種類繁多，給處理帶來一定難度。含重金屬離子廢 水對(duì)環(huán)境的污染有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)①重金屬污染物在自然環(huán)境中不能自行分解為無害物質(zhì)，而只能發(fā)生形態(tài)的改變 或在不同相之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移，在這些過程中其毒性并未得到根本性的消除，若處置稍有不當(dāng)， 重金屬離子會(huì)返溶于水中，重新產(chǎn)生危害，形成“二次污染”；②生物體從環(huán)境中攝取重金屬，經(jīng)過食物鏈的生物放大作用，逐漸地在較高級(jí)的 生物體內(nèi)富集起來；③重金屬進(jìn)入人體后能夠和生理高分子物質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用而使之失去活 性，也可能積累在人體中造成慢性中毒，而這種積累性危害有時(shí)需要十多年才顯現(xiàn)出來。礦山酸性廢水的處理方法主要分為兩種中和法和微生物法。中和法是最常用的 一種方法，即向酸性廢水中投加堿性中和劑(堿石灰、消石灰、碳酸鈣、高爐渣、白云石等)， 一方面使廢水的PH值提高，另一方面廢水中的重金屬離子與中和劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成氫 氧化物沉淀、去除水體中的重金屬離子。微生物法是利用自然界中的硫循環(huán)原理，利用硫酸 鹽還原菌通過異化硫酸鹽的生物還原反應(yīng)，將硫酸鹽還原成H2S,并利用某些微生物將H2S 氧化為單質(zhì)硫，同時(shí)重金屬離子在微生物體內(nèi)“積累”起來。國外應(yīng)用微生物法處理酸性礦 山廢水的實(shí)例較多，如美國蒙大拿州對(duì)某礦山酸性廢水建立SRB(硫化還原菌)處理系統(tǒng)， 出水PH值達(dá)到7，F(xiàn)e、Al、Cd和Cu的去除率也較高。隨著科學(xué)的進(jìn)步，礦山酸性廢水的處 理技術(shù)不斷得到新的發(fā)展，如濕地處理法、生物膜吸附處理法和生化材料過濾法等。對(duì)于含硫酸根的酸性廢水，國內(nèi)多采用以石灰乳為中和劑的一段中和法，但是如 果酸性廢水的PH值較低，采用石灰乳為中和劑的一段中和法，一方面治理每噸廢水需要的 石灰量較大、處理成本較高，另一方面將產(chǎn)生大量的廢渣、給環(huán)境帶來潛在的污染風(fēng)險(xiǎn)。有些礦山廢水經(jīng)過石灰乳中和處理后，pH值位于6 7之間，并未呈現(xiàn)酸性，但水質(zhì)中硫化礦物、As、Pb、Cd等重金屬元素含量仍然嚴(yán)重超標(biāo)，達(dá)不到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》 (GB5084-2005)的排放要求。如國內(nèi)某銅礦當(dāng)排尾過程中溢流水存在下述現(xiàn)象(1)顏色不 正常，溢流水有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)綠色和乳白色；(2)有異味，當(dāng)排尾時(shí)，泄水井(孔)處有異味；(3) 水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)，經(jīng)取樣檢測，溢流水中硫化物以及As、Pb、Cd等重金屬元素存在超標(biāo)現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，而提供一種不僅能夠消除礦山 廢水中異味、使廢水顏色變正常，而且達(dá)到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5084-2005)排放要求的 礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水的處理工藝。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水的處理工藝采用以下工 藝、步驟(1)鼓風(fēng)曝氣將礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水在曝氣池中鼓風(fēng)曝氣氧化處理，曝 氣時(shí)間30-50min ；曝氣系統(tǒng)可采用陶瓷制微孔曝氣頭，氣泡微小、曝氣均勻，可提高氧氣利 用率及水處理效率，同時(shí)曝氣吹氧可去除硫化物、改善厭氧環(huán)境、分解選礦藥劑。(2)中和、混凝處理經(jīng)曝氣氧化后的廢水給入中和池中，用計(jì)量泵投加入配置好 的堿性藥劑-石灰乳液，調(diào)節(jié)PH值，使中和、絮凝過程中pH控制在8. 6-9. 5之間，以8. 8-9. 2 之間為宜，水力停留時(shí)間為25-40min ；此時(shí)重金屬As、Pb、Cd將與氫氧根形成沉淀物及其他 難溶的絡(luò)合物。石灰乳液可采用石灰攪拌罐將石灰攪拌均勻，濃度(重量％)控制在10%左右，以 8-15%范圍為最佳。(3)靜置、沉淀經(jīng)過中和、混凝處理的廢水給入沉淀池中靜置、沉淀；采用刮泥機(jī) 將沉淀池中的污泥刮至泥斗內(nèi)排出。靜置、沉淀時(shí)間在3h以上。(4)物化吸附處理靜置若干時(shí)間待廢水澄清后，上清液進(jìn)入物化吸附裝置-活性 炭過濾系統(tǒng)對(duì)其中的重金屬進(jìn)行深度處理，獲得符合環(huán)保或農(nóng)用要求的清水。深度處理水 中重金屬、有機(jī)物等污染物，吸附率為80 %左右。本發(fā)明礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水的處理工藝原理為由于礦山含硫礦物、As、 Pb、Cd廢水中硫化物較多，當(dāng)有大量硫化物存在的條件下，大部分重金屬元素在水中與硫化 物形成硫化沉淀，但該沉淀易產(chǎn)生水解現(xiàn)象，使得溢流水中As、Pb、Cd等重金屬元素和硫化 物超標(biāo)；而當(dāng)水中硫化物含量低的條件下，As、Pb、Cd等重金屬元素與石灰中的氫氧根形成 絡(luò)合物沉淀，在水中非常穩(wěn)定很難水解，溶解度遠(yuǎn)小于硫化沉淀。因此，若想將水中重金屬元素沉淀，最大限度降低其水解現(xiàn)象，必須先除去溢流水 中的硫化物，再投加石灰使其產(chǎn)生極難溶于水的氫氧化沉淀物及難溶絡(luò)合物。本發(fā)明礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水的處理工藝采用以上技術(shù)方案后具有以下優(yōu)占.
^ \\\ ·(1)對(duì)礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水首先進(jìn)行曝氣氧化處理，一方面解決了厭氧 導(dǎo)致的異味問題；另一方面氧化去除了硫避免了后期處理產(chǎn)生硫化金屬物沉淀，為去除金 屬離子提供了有利條件；(2)超標(biāo)的砷、鉛、鎘三種金屬污染因子都可以通過化學(xué)法投加堿性藥劑石灰乳進(jìn)行去除；(3)通過實(shí)驗(yàn)室條件試驗(yàn)研究，針對(duì)不同的三種超標(biāo)污染因子投加堿性藥劑后控 制pH在9左右都可以使其達(dá)標(biāo)；(4)為達(dá)到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5084-2005)水標(biāo)準(zhǔn)要求，且考慮到廢水中的 砷、鉛、鎘都對(duì)環(huán)境有較大的污染在長期的排放中存在富集，為最大限度降低其排放濃度， 工藝最后增加了活性炭物化吸附裝置，進(jìn)一步確保外排溢流水的水質(zhì)。


圖1為礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水的處理工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步描述本發(fā)明，下面以國內(nèi)某銅礦尾礦庫溢流水為處理對(duì)象，結(jié)合附圖和 實(shí)施例對(duì)本發(fā)明礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水的處理工藝作進(jìn)一步說明。該銅礦尾礦庫尾礦庫溢流水水量為100m3/h。多次檢測表明，該溢流水的pH值在 5. 6-6. 9之間，呈弱酸性，Pb濃度最高達(dá)1. 144mg/L, As濃度最高達(dá)0. 561mg/L, Cd濃度最 高達(dá)0. 067mg/L。而《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5084-2005)水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Pb、As、Cd要求分別為 彡 0. 20mg/L、彡 0. 05mg/L、彡 0. 01mg/L。通過查閱大量文獻(xiàn)資料，結(jié)合選廠處理的原礦性質(zhì)、選礦工藝流程、藥劑制度以及 尾礦漿后續(xù)處理過程、設(shè)施等進(jìn)行綜合分析研究，并根據(jù)溢流水的產(chǎn)生流程和特性，結(jié)合以 上現(xiàn)象產(chǎn)生的一般機(jī)理，斷定該銅礦尾礦溢流水所產(chǎn)生的污染現(xiàn)象原因主要有三方面原 因(1)原礦含硫本底值高，并伴生As、Pb、Cd等重金屬元素，使其隨尾礦進(jìn)入尾礦庫；(2) 選礦工藝對(duì)于硫的回收率不高，使得大量硫元素進(jìn)入尾礦庫；(3)選礦藥劑多為高分子有 機(jī)物，易形成絮凝沉淀，且其中含有硫元素及As、Pb、Cd等重金屬元素，隨尾礦進(jìn)入尾礦庫。 具體現(xiàn)象分析如下(1)污水顏色不正常。水體呈現(xiàn)綠色該銅礦選礦主要產(chǎn)品為銅，尾礦庫中含有銅離子，銅離子在低濃度 時(shí)呈現(xiàn)藍(lán)色，高濃度時(shí)呈現(xiàn)綠色；選礦車間在選礦過程中添加了多種高分子有機(jī)藥劑，選 礦尾礦進(jìn)入尾礦庫后處于靜置厭氧狀態(tài)，高分子有機(jī)物與銅離子形成絮凝沉淀也可呈現(xiàn)綠 色。水體呈現(xiàn)乳白色尾礦庫中存在銅、鉛等多種金屬離子，在一定條件下局部位置金 屬離子可能產(chǎn)生絡(luò)合狀態(tài)，形成局部區(qū)域偶爾產(chǎn)生乳白色現(xiàn)象，使得水體渾濁，但靜置一段 時(shí)間之后，水體自然變得澄清。分析原因?yàn)檫x礦過程中加入大量的選礦藥劑，這些藥劑經(jīng)過 日曬、沉淀以及與空氣接觸氧化會(huì)自然分解、消失，故水體變得澄清。(2)污水有異味。選礦投加的有機(jī)藥劑進(jìn)入尾礦庫厭氧環(huán)境下，在微生物的作用下能夠產(chǎn)生異味；該銅礦選礦車間選礦工藝采用系統(tǒng)先選銅+銅中礦再磨+全尾選硫三個(gè)過程，綜 合原礦石硫成分達(dá)到12%，廣泛的硫本底值導(dǎo)致了大量尾礦含大量硫化物。選廠所用的浮選藥劑大多為有機(jī)硫化物和高分子有機(jī)化合物。有些藥劑本身就有 刺激性氣味，這些藥劑都或多或少地隨尾礦進(jìn)入尾礦庫中。
尾礦濃縮設(shè)備采用Φ24Μ尾礦濃密機(jī)，濃密機(jī)內(nèi)沉積的尾礦漿中溶氧必然很少，
屬于厭氧環(huán)境。高分子有機(jī)化合物易形成絮凝沉淀，產(chǎn)生顏色、氣味等方面的變化。選礦捕收劑本身有臭異味，另外，在浮選過程中，藥劑的分解作用也隨著起始濃度、礦漿溫度而變化，濃度低的比濃度高的更不穩(wěn)定。因此，殘存于尾礦漿中低濃度的藥劑 很容易分解產(chǎn)生異味。上述幾個(gè)方面原因產(chǎn)生的作用和過程都是同期進(jìn)行的，且是漸進(jìn)的。它們的反應(yīng)都比較復(fù)雜，無法用化學(xué)式表明，但最終導(dǎo)致該銅礦尾礦溢流水污染現(xiàn)狀。采用本發(fā)明提供的礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水的處理工藝對(duì)該尾礦庫溢流水進(jìn) 行處理。結(jié)合圖1所示的礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水的處理工藝流程圖看出，該工藝包 括鼓風(fēng)曝氣-PH調(diào)節(jié)、中和混凝-靜置沉淀_物化吸附4個(gè)階段。鼓風(fēng)曝氣構(gòu)筑物采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)的推流式曝氣池，有效容積60m3，陶瓷制微孔曝 氣頭，曝氣時(shí)間36min ；采用羅茨風(fēng)機(jī)向曝氣池中鼓風(fēng)充氧。藥劑配置采用石灰攪拌罐將石灰攪拌均勻。投加藥劑采用計(jì)量泵投加石灰至中和池中。pH調(diào)節(jié)、中和混凝在鋼筋砼結(jié)構(gòu)的中和池中，調(diào)節(jié)pH，其有效容積50m3，水力停 留時(shí)間30min ；采用潛污泵將底泥輸送至沉淀池。靜置沉淀構(gòu)筑物采用有效容積350m3的鋼筋砼結(jié)構(gòu)的平流式沉淀池，水力停留時(shí) 間3h，采用行車式刮泥機(jī)將沉淀池中的污泥刮至泥斗內(nèi)，采用渣漿泵將沉砂提升至尾礦庫。物化吸附構(gòu)筑物采用200m3鋼筋砼清水池，用于調(diào)節(jié)沉淀池出水，便于進(jìn)入活性 炭過濾系統(tǒng)，水力停留時(shí)間2h ；采用清水泵將出水泵入活性炭過濾系統(tǒng)-活性炭過濾器，用 于深度處理水中重金屬、有機(jī)物等污染物，吸附率為80%左右；采用清水泵將活性炭過濾 系統(tǒng)出水泵入水庫，用于農(nóng)田灌溉。
權(quán)利要求
一種礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水的處理工藝，其特征在于采用以下工藝、步驟(1)鼓風(fēng)曝氣將礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水在曝氣池中鼓風(fēng)曝氣氧化處理；(2)中和、混凝處理經(jīng)過曝氣氧化后的廢水給入中和池中，投入配置好的堿性藥劑-石灰乳液，調(diào)節(jié)pH值，中和、混凝，控制pH在8.6-9.5之間；(3)靜置、沉淀經(jīng)過中和、混凝處理的廢水給入沉淀池中靜置、沉淀；(4)物化吸附處理靜置若干時(shí)間待廢水澄清后，上清液進(jìn)入物化吸附裝置-活性炭過濾系統(tǒng)對(duì)其中的重金屬進(jìn)行深度處理，獲得符合環(huán)?；蜣r(nóng)用要求的清水。
2.如權(quán)利要求1所述的礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水的處理工藝，其特征在于鼓風(fēng) 曝氣時(shí)間30-50min ；石灰乳液濃度(重量％ )在8-15%范圍，中和、混凝處理的pH控制在 8. 8-9. 2之間，水力停留時(shí)間為25-40min ；靜置、沉淀時(shí)間3h以上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水的處理工藝，其特征在于 曝氣系統(tǒng)采用陶瓷制微孔曝氣頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水的處理工藝，采用以下工藝、步驟(1)將礦山含硫礦物、As、Pb、Cd廢水在曝氣池中鼓風(fēng)曝氣氧化處理；(2)經(jīng)過曝氣氧化后的廢水給入中和池中中和、混凝，控制pH在8.6-9.5之間；(3)經(jīng)過中和、混凝處理的廢水給入沉淀池中靜置、沉淀；(4)靜置若干時(shí)間待廢水澄清后，上清液進(jìn)入物化吸附裝置-活性炭過濾系統(tǒng)對(duì)其中的重金屬進(jìn)行深度處理，獲得符合環(huán)保或農(nóng)用要求的清水。本發(fā)明不僅能夠消除礦山廢水中異味、使廢水顏色變正常，而且能夠達(dá)到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5084-2005)排放對(duì)礦山含硫礦物、As、Pb、Cd的水質(zhì)要求。
文檔編號(hào)C02F1/72GK101805084SQ20101013608
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者孫磊, 朱桐, 潘旭方, 王帆, 郭慶, 陳宏貴 申請(qǐng)人:中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司