康家灣礦礦井水再生處理試驗(yàn)研究

黃安平，付高明，唐志波，陽(yáng)自霖，李 懋

（湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司，湖南 衡陽(yáng) 421513）

我國(guó)有色金屬礦以井下開采為主，為了保障井下安全生產(chǎn)，必須排除大量的礦井水。有色金屬礦礦井水中含有一定量的重金屬，若直接排放不僅會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐牡乇硭丛斐晌廴?，還造成了水資源的浪費(fèi)［1］。將有色金屬礦礦井水處理后回用于有色金屬冶煉企業(yè)，對(duì)保護(hù)礦區(qū)環(huán)境和緩解冶煉企業(yè)對(duì)新水的使用量具有重要的意義［2-3］。

為確保礦井水通過(guò)再生處理后能夠滿足冶煉企業(yè)用水水質(zhì)要求，針對(duì)康家灣礦礦井水開展了再生處理試驗(yàn)研究。本文將論述相關(guān)試驗(yàn)研究情況。

1 試驗(yàn)水質(zhì)情況

為充分掌握康家灣礦礦井水水質(zhì)情況，進(jìn)行了12 d的取樣檢測(cè)，詳細(xì)水質(zhì)成分分析見表1，懸浮物、鐵、錳執(zhí)行《再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（SL 368-2006）表4.0.2再生水利用于工業(yè)用水控制項(xiàng)目和指標(biāo)限值。其他指標(biāo)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）表1地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)結(jié)果小于檢出限報(bào)最低檢出限值加L。

表1 康家灣礦礦井水水質(zhì)情況 mg／L

（續(xù)表1）

從表1水質(zhì)分析結(jié)果可以看出，康家灣礦礦井水水質(zhì)情況存在波動(dòng)，主要是鐵、錳、鎳、懸浮物超標(biāo)，偶爾存在鉛、鋅、鎘、鉈、氨氮元素指標(biāo)超標(biāo)情況。

2 試驗(yàn)方案及流程

由于重金屬的氫氧化物大都是難溶的，因此礦井水中的重金屬鉛、鋅、鎘、鎳、鉈可以通過(guò)水解沉淀法除去。常用的堿性藥劑有石灰、氫氧化鈉等。

鐵、錳的去除一般是將Fe2＋、Mn2＋氧化為Fe3＋、Mn4＋后再轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3和MnO2沉淀從溶液中去除［4］。

從反應(yīng)式（3）中可知，在中性條件下，Mn2＋氧化電位高達(dá)1.224 V，難以被溶解氧氧化為MnO2沉淀。因此采用強(qiáng)氧化劑或提高pH來(lái)加快Mn2＋氧化速率的方法來(lái)除鐵錳。常用于除錳的氧化劑有高錳酸鹽、高鐵酸鹽、臭氧、氯氧化劑和過(guò)氧化氫等［5］。

低含量氨氮的去除一般采用折點(diǎn)加氯法，藥劑用量少，去除率高。常用的氯氧化劑有次氯酸鈉、漂白粉、氯氣等［6-7］。

所以，氧化劑選擇氯氧化劑，常用的次氯酸鈉和漂白粉有效氯含量低，本試驗(yàn)選擇二氯異氰尿酸鈉（C3Cl2N3NaO3，理論有效氯含量為64.5%）作為氯氧化劑。二氯異氰尿酸鈉在水中會(huì)水解釋放出次氯酸，次氯酸可以同時(shí)氧化鐵、錳和氨氮［8］。通過(guò)分析，采用“氧化—水解—混凝—沉淀—過(guò)濾”流程。

設(shè)計(jì)試驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 康家灣礦礦井水再生處理流程圖

流程說(shuō)明：取適量礦井水于燒杯中，先加入二氯異氰尿酸鈉進(jìn)行氧化反應(yīng)，使鐵、錳、氨氮快速氧化，生成氫氧化鐵和二氧化錳沉淀脫除；再加入液堿調(diào)節(jié)pH，使重金屬離子水解沉淀；再加入聚合硫酸鐵溶液進(jìn)行混凝，調(diào)節(jié)溶液pH值在6～9范圍內(nèi)；最后加入適量PAM，形成大顆粒沉淀，再使用過(guò)濾裝置進(jìn)行固液分離。對(duì)清液進(jìn)行化驗(yàn)分析，考察各超標(biāo)元素的去除效果。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)方法：以12組水樣中相對(duì)較差的8＃水樣作為試驗(yàn)水樣，主要考察二氯異氰尿酸鈉用量和水解pH值對(duì)各超標(biāo)元素的去除效果。

3.1 二氯異氰尿酸鈉用量對(duì)超標(biāo)元素去除效果的影響

按照試驗(yàn)流程，不加入二氯異氰尿酸鈉，直接用石灰調(diào)節(jié)溶液pH＝9、10、11、12左右，攪拌反應(yīng)10 min后再用聚合硫酸鐵溶液調(diào)節(jié)pH＝8左右，攪拌反應(yīng)10 min后最后加入適量PAM，進(jìn)行固液分離后對(duì)清液化驗(yàn)分析。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

從表2可以看出，不加二氯異氰尿酸鈉的情況下，通過(guò)提高pH值，溶液中的部分超標(biāo)元素可以通過(guò)水解—混凝—沉淀達(dá)到去除的目的，但是仍有部分元素如Mn無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，Ni需要在較高pH值條件下才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

表2 不加二氯異氰尿酸鈉時(shí)pH值對(duì)超標(biāo)元素去除效果的影響 mg／L

按照試驗(yàn)流程開展二氯異氰尿酸鈉用量試驗(yàn)，先分別加入二氯異氰尿酸鈉0.05、0.1、0.2 g／L，攪拌反應(yīng)10 min后再用石灰調(diào)節(jié)溶液pH＝11左右，攪拌反應(yīng)10 min后再用聚合硫酸鐵溶液調(diào)節(jié)pH＝8左右，攪拌反應(yīng)10 min后最后加入適量PAM，進(jìn)行固液分離后對(duì)清液化驗(yàn)分析。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 二氯異氰尿酸鈉用量對(duì)超標(biāo)元素去除效果的影響 mg／L

從表3分析結(jié)果可以看出，只需要添加少量的二氯異氰尿酸鈉，再調(diào)節(jié)溶液pH到11時(shí)，各重金屬元素都可以降到標(biāo)準(zhǔn)以下，特別是對(duì)Mn、Fe的去除效果明顯，而且氨氮的值也有所下降。為增強(qiáng)工藝的抗沖擊能力，綜合考慮確定二氯異氰尿酸鈉用量為0.1 g／L。

3.2 pH值對(duì)超標(biāo)元素去除效果的影響

按照試驗(yàn)流程，先加入二氯異氰尿酸鈉0.1 g／L，再用石灰調(diào)節(jié)溶液pH＝9、10、11、12左右，攪拌反應(yīng)10 min后再用聚合硫酸鐵溶液調(diào)節(jié)pH＝8左右，攪拌反應(yīng)10 min后最后加入適量PAM，進(jìn)行固液分離后對(duì)清液化驗(yàn)分析。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 pH值對(duì)超標(biāo)元素去除效果的影響 mg／L

從表4分析結(jié)果可以看出，在添加0.1 g／L的二氯異氰尿酸鈉后，只需調(diào)節(jié)溶液pH到9左右時(shí)，各重金屬元素都可以降到標(biāo)準(zhǔn)以下。為增強(qiáng)工藝的抗沖擊能力，綜合考慮確定pH值控制在10～11。

3.3 12組水樣驗(yàn)證處理效果

條件試驗(yàn)確定的工藝參數(shù)為：二氯異氰尿酸鈉用量0.1 g／L，加石灰調(diào)節(jié)pH在10～11范圍，聚合硫酸鐵溶液調(diào)節(jié)pH＝8左右。

根據(jù)確定的工藝參數(shù)對(duì)12組水樣全部進(jìn)行了驗(yàn)證，12組水樣處理效果見表5。

表5 12組水樣驗(yàn)證試驗(yàn)處理結(jié)果 mg／L

從表5的分析數(shù)據(jù)可以看出，該工藝對(duì)礦井水處理效果較好，12組礦井水樣經(jīng)處理后各指標(biāo)可穩(wěn)定達(dá)到相關(guān)水質(zhì)要求。

試驗(yàn)產(chǎn)生水解渣量按污染物濃度相對(duì)較高的8＃水樣統(tǒng)計(jì)干渣量約為0.21 g／L，濕渣量按水量5 000 m3／d、含水率70%測(cè)算約為3.5 t／d。

4 藥劑成本核算

本再生處理試驗(yàn)過(guò)程中用到的藥劑包括二氯異氰尿酸鈉、石灰、聚合硫酸鐵、PAM，系統(tǒng)藥劑成本計(jì)算見表6。

表6 康家灣礦礦井水再生處理試驗(yàn)藥劑成本

5 結(jié)論

1.康家灣礦礦井水采用“氧化—水解—混凝—沉淀—過(guò)濾”工藝處理效果良好，出水可穩(wěn)定達(dá)到地表Ⅲ類水質(zhì)和再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，工藝抗沖擊性能好。

2.二氯異氰尿酸鈉預(yù)氧化除鐵錳效果良好，還可以降低重金屬水解沉淀的pH值。

3.該工藝藥劑用量為二氯異氰尿酸鈉0.1 kg／m3，石灰用量0.2 kg／m3，聚合硫酸鐵0.2 kg／m3，PAM0.000 5 kg／m3，綜合藥劑成本為1.049元／m3，經(jīng)濟(jì)可接受性好。