CN104944552B - 一种利用矿渣或喷砂废料作为微砂的絮凝沉淀水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用矿渣或喷砂废料作为微砂的絮凝沉淀水处理方法，将矿渣粉碎成直径为15～150μm的微砂或者以喷砂废料直接作为微砂，成为絮凝污泥的加重剂，用于提高絮凝沉淀中的沉淀速度，并减少微砂沉淀设备的磨损并提升设备使用寿命；其中，所述的微砂材质为绿辉石、石榴石、磁铁矿、钛铁矿、铜矿渣和钢渣中的任意一种或几种的任意比例的混合物。本发明将绿辉石、石榴石、磁铁矿、钛铁矿、铜矿渣和钢渣替换石英砂作为微砂，用于高密度沉淀池的沉淀过程，可以提高微砂沉淀的处理效率并降低运行费用。

Description

一种利用矿渣或喷砂废料作为微砂的絮凝沉淀水处理方法

技术领域

本发明属于采矿、固废资源化和水处理交叉领域，具体涉及一种利用矿渣或喷砂废料作为微砂的絮凝沉淀水处理方法。

背景技术

矿渣是矿石经过选矿或冶炼后的残余物，矿渣排放在自然界中，会污染环境，使植被不能生长，矿渣的粉尘会污染空气，大量矿渣排放到自然水域，污染水源，阻塞河道。因此矿渣的合理处置和资源化利用是环境领域关心的课题。

喷砂是利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基体表面的过程。采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂等)高速喷射到需要处理的工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。

常用的喷砂原料有石英砂、石榴石、碳化硅、铜矿渣等。其中石榴石具有硬度大(6.5°～7.5°)、熔点(1180°～1200°)高、比重大、角砾性较好和化学性质稳定等特点，有适度的自锐性和适中的韧性，具备了天然优良磨料的特征，粗粒级石榴石可作为喷砂，粗磨用，细(微)粒可用于工件的抛光。自上世纪七十年代以来，石榴石广泛用于水力射流切割砂料。

石榴石主要产于榴辉岩中。榴辉岩除了包含石榴石以外，还包含绿辉石。绿辉石属于辉石的一个亚族，是透辉石-硬玉系列中间组分，成分中含有5-9％的Al₂O₃和少量的Na₂O，还有一些Fe₂O₃，密度为3.29～3.37g/cm³。在石榴石的分选过程中，除了产品石榴石，通过磁选还会产生15～20％左右的绿辉石微粉，其直径一般在80目左右。分选得到的绿辉石也可用于喷砂除锈，但是由于绿辉石的硬度较低，因此所需喷砂量大于石榴石等磨料，喷砂后绿辉石磨损速度较快。因此，绿辉石用于喷砂的量较小，目前尚无有效用途。造成资源浪费。本专利主要目的是解决绿辉石及其类似的水冲砂磨料的再利用问题。

混凝沉淀是水处理的重要环节。作为过滤的预处理工艺，传统的混凝沉淀工艺停留时间长，表面负荷低，占地面积大，实现高效絮凝一直是现代水处理技术中极具价值的研究方向。在絮凝反应中，脱稳微粒间的凝聚结合成大颗粒絮凝体是一种结晶沉淀过程，絮凝核心的形成是絮凝反应的关键控制步骤。微砂沉淀是利用异相成核来强化絮凝过程一种高效絮凝的新方法。其特点是：在水处理过程中投加一定粒度的微细砂粒，作为絮凝反应中的晶核，诱导絮凝体的形成，进而使絮凝体颗粒迅速成长；同时大大增加了絮凝体的密度，其结果必然是絮凝体颗粒密实、体积大且沉降速度快。传统絮凝沉淀(斜管沉淀)用于初沉时表面负荷在1.5～3.3m³/m²·h，而微砂絮凝沉淀(actiflo)可达31.5～100m³/m²·h。微砂沉淀对低温低浊水、进水水质水量变化较大、高盐度、含藻类的原水以及含高色度、重金属的工业废水都具有很好的处理效果，能够在10min内完成絮凝，20min左右的沉淀就可以获得良好的处理水水质，对于一些用地紧张的区域则更显其优越性。在微砂沉淀领域，已有研究主要集中在工艺条件优化(加药量、加砂量、搅拌转速、反应温度)等，对于砂粒特性对絮凝沉淀性能影响的研究较少。微砂是Actiflo工艺的核心，通常要求微砂为圆形石英砂，其硅含量>95％，均匀系数(d60/d10)<1.7。

微砂对沉淀效果的影响是多方面的。一般来说，微砂沉淀速度和粒径、密度有关，密度越大，粒径越大，沉淀速度越快。但是，微砂沉淀虽然可以显著加快沉淀过程，但是由于砂粒与机械的摩擦作用导致机械较大的磨损，较大颗粒的微砂对机械磨损的程度更大。微砂的硬度对设备磨损也有影响，较大的硬度容易导致设备磨损。此外微砂循环管理容易引起微砂沉积，较大的颗粒更易沉积。因此微砂的粒径在保证沉速的情况下应当尽可能小一些。通常微砂粒径范围为40～100μm。同时，微砂的球形度越好，有利于裹挟絮状污泥，对沉淀的效果越有利。

绿辉石、石榴石、磁铁矿、钛铁矿、铜矿渣、钢渣等具有密度较大的特点，通常用于金属表面除锈的喷砂磨料。其中绿辉石的比重在3.5左右，硬度5-6，石榴石的比重3.6-4.2，硬度7-7.5，磁铁矿比重4.9～5.2，硬度5.5～6.5，钛铁矿硬度5～6.5，比重4.0-5.0，铜矿渣密度3.6，硬度7；钢渣比重约3.1，硬度5-7。

上述材料的密度均大于石英砂(比重2.65)，而硬度多小于石英砂(硬度7)，因此用于微砂沉淀可在更小的粒径下具有良好的沉淀效果。同时由于其硬度普遍小于石英砂，因此对设备和管道的磨损较小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用矿渣或喷砂废料作为微砂的絮凝沉淀水处理方法，利用矿渣微粉或者喷砂废料协同增强废水絮凝沉淀的速度，增强絮凝沉淀效果，同时可减小微砂对系统的磨损并预防管道堵塞。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种利用矿渣或喷砂废料作为微砂的絮凝沉淀水处理方法，将矿渣粉碎成直径为15～150μm的微砂或者以喷砂废料直接作为微砂，成为絮凝污泥的加重剂，用于提高絮凝沉淀中的沉淀速度，并减少微砂沉淀设备的磨损并提升设备使用寿命；

其中，所述的微砂材质为绿辉石、石榴石、磁铁矿、钛铁矿、铜矿渣和钢渣中的任意一种或几种的任意比例的混合物。

其中，所述的喷砂废料为金属喷砂除锈处理后的废砂，包括绿辉石、铜矿渣，以及磁铁矿、钛铁矿的尾矿砂等。经过多次喷砂除锈后，该废砂的直径可达15～150μm甚至更低，因此无需额外的粉碎操作。优选的，所述的喷砂废料为以石榴石伴生矿绿辉石为喷砂磨料经过喷砂除锈处理后的小直径废砂。

其中，所述的微砂优选材质为绿辉石。

其中，微砂的直径优选为25～85μm。

绿辉石是榴辉岩矿物生产石榴石的副产品，一般作为尾矿处理。利用绿辉石可以实现尾矿的再利用，石榴石和铜矿渣也作为喷砂用材料，是较为多见的磨料。

有益效果：本发明将绿辉石、石榴石、磁铁矿、钛铁矿、铜矿渣和钢渣替换石英砂作为微砂，用于高密度沉淀池的沉淀过程，可以提高微砂沉淀的处理效率并降低运行费用。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1：

采用石榴石采矿中副产绿辉石，石榴石生产过程采用机械破碎、摇床、磁选等工艺。其中分选出的绿辉石，经再次筛分、分选后，选取直径120～350μm的用于喷砂除锈和磨砂处理和半导体切割等。粒径小于120μm的可用于加砂沉淀。其中优选的，采用粒径40～80微米的微砂作为加砂沉淀剂，用于微砂絮凝沉淀工艺。

微砂沉淀工艺中，原水依次进入混凝池、注射池和熟化池和斜板沉淀池。前三池均设有搅拌器。源水首先进入混凝池，混凝剂(通常是铝盐或铁盐)投加在混凝池入口或进水管路上。在搅拌器的作用下混合均匀，随后进入加有绿辉石微砂和高分子絮凝剂的注射池。在搅拌器的动态混合提高了混凝固体、高分子聚合物和微砂之间相互接触的可能性。絮凝后水进入熟化池，在该池的入口处也设有高分子絮凝剂的投加管路。熟化池中缓慢的混合过程促使絮体的熟化并使微砂成为新形成的絮体的核心，经过微砂加重絮凝后的絮体直径可达150μm以上。随后，含砂的絮体进入斜板沉淀池。斜板沉淀池包括斜板区、沉淀区和出水收集区等。处理水在斜板澄清部分实现了高速沉淀，澄清水被集水槽收集，含有微砂的污泥沉淀于池底，由沉淀池内置刮泥机收集至沉淀池底部中央的区域，被微砂循环泵按一定比例抽出，经循环管路至水力旋流器。由于微砂与污泥的比重差异在水力旋流器内离心力的作用下，污泥与微砂分离。由于水力旋流器设置于注射池的顶部，下溢的微砂可以直接回用于注射池，而轻的污泥和大部分水一起向上移动以溢流形式排出水力旋流器外。具体操作可以参考【李天琪.ActifloRo微砂加重絮凝高效沉淀工艺设计介绍.给水排水[J]第35卷第4期，第11～13页】。

采用本砂沉淀工艺处理饮用水水源水，和传统石英砂处理效果对比，其效果见表1。

表1

	单位	石英砂	绿辉石	铜矿砂	磁铁矿	石榴石	钢渣
								粒径范围	μm	80-120	40-80	30-75	30-75	35-100	60-100
最大沉淀速度	(m/h)	150	170	180	180	180	160
								设备易损部件更换周期	a	1	3	2	2	1	2
出水浊度	NTU	<1.5	<0.7	<0.8	<0.8	<0.9	<1

Claims (1)

1.一种利用矿渣或喷砂废料作为微砂的絮凝沉淀水处理方法，其特征在于，以喷砂废料直接作为微砂，成为絮凝污泥的加重剂，用于提高絮凝沉淀中的沉淀速度，并减少微砂沉淀设备的磨损并提升设备使用寿命；

其中，所述的微砂材质为绿辉石；

微砂的直径为25～85μm；

所述的喷砂废料为以石榴石伴生矿绿辉石为喷砂磨料经过喷砂除锈处理后的废料。