CN106277246A - 一种处理选矿废水的反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理选矿废水的反应器。本反应器创造性的利用了流体力学中的旋流附壁效应，当处于容器中的液体发生涡旋运动时，如果同时在该涡旋中心位置施加反向旋转动力，使之产生反向涡旋，液体中的钡离子会发生旋流附壁效应，逐渐汇聚于内部反涡旋与外部正涡旋之间的狭窄区域，造成局部离子浓度增高，此时，导入二氧化碳气体使其溶解于溶液中形成碳酸根离子，钡离子即可与该碳酸根离子结合，生成难溶的钡盐沉淀，并沿两股涡旋之间的狭窄区域上浮，最终形成钡盐浮渣，从而使溶液中的钡离子得以去除。

Description

一种处理选矿废水的反应器
技术领域
本发明涉及一种处理选矿废水的反应器，属于环境保护中的废水处理领域。
背景技术
矿物资源是人类社会发展和国民经济建设的重要物质基础，矿业是我国历史最悠久的产业，同时又是国民经济发展的基础产业，涉及到农业、轻工业、化工、冶金、机械、建筑、能源、交通、国防及人民日常生活的多个领域。可见，矿业对我国经济的发展起着不可替代的重要作用。然而，矿山在开采过程中需要大量的生产用水，同时排放出大量的废水，这些废水中重金属离子浓度、固体悬浮物浓度和化学需氧量等各项指标，都远远超过了国家排放标准，这就很容易对选矿厂周边环境造成巨大的影响。而且，从国内外选矿废水的净化处理现状来看，对选矿废水进行处理并使之达标排放，不仅处理技术难度大，而且处理成本非常高。因此，如何有效处理选矿废水，是我国矿业亟待解决的重要课题。
选矿废水中主要有害物质是重金属离子、矿石浮选时用的各种有机和无机浮选药剂，包括剧毒的氰化物、氰铬合物等。废水中还含有各种不溶解的粗粒及细粒分散杂质。选矿废水中往往还含有钠、镁、钙等的硫酸盐、氯化物或氢氧化物。选矿废水中的酸主要是含硫矿物经空气氧化与水混合而形成的。
在选矿废水的诸多污染物中，重金属离子污染物是不可忽视的，如铜、铅、锌、铬、汞及砷等离子及其化合物的危害，已是众所周知。同时，还有一种金属离子可能被人们忽视，那就是钡离子。虽然钡离子不像上述几种高毒性重金属离子那样具有非常严重的危害性，但是如果不加治理而任其排放至地表水体环境中，钡离子会很快进入自然界食物链循环，最终还是会被人体摄入和吸收，轻者引起恶心、呕吐、腹泻、腹痛，严重时可能发生身体麻痹、面部青紫、四肢发冷、肌肉震颤、抽搐、舌肌及咽喉麻痹，甚至发生语言障碍。
目前，我国对于含有重金属离子的选矿废水，主要有以下几种处理方法：
（1）中和沉淀法：
中和沉淀法是目前处理酸性废水中重金属离子比较成熟的方法。该方法可将废水中的有价金属离子在不同的pH值条件下一氢氧化物的形式沉淀出来，达到回收的目的。中和剂主要采用石灰石或石灰，也有部分企业采用碱性废液或废渣（粉煤灰、煤矸石、电石渣、石灰渣等）中和酸性废水。该方法具有技术简单易行、初期建设投资较低、运行维护方便等优点，但其缺点是处理效果不够理想、出水指标不稳定、处理过程中使用大量中和剂易造成二次污染。
（2）硫化物沉淀法：
硫化沉淀法是利用硫化剂将废水中的重金属离子转化为不溶或难溶的硫化物沉淀，然后加入表面活性剂使沉淀物上浮的方法。硫化物沉淀法金属去除率高，沉淀渣量较少，沉淀渣中金属品位高，便于后期的回收利用，对于中和沉淀法较难去除的砷、汞、铅等重金属离子，硫化物沉淀法均可除去。但是，硫化剂价格比较昂贵，使得该方法的处理成本非常高，不适合大范围推广。
（3）吸附法：
用固体吸附剂去除污水中污染物质的方法，称为废水处理的吸附法。根据吸附剂类型不同可以分为材料吸附法和生物吸附法。材料吸附主要是利用活性炭去除废水中的重金属离子，而生物吸附则是利用微生物去除废水中有毒的重金属离子。吸附法因其处理物料成本低、去除效果好而一直受到人们的青睐，但同时，吸附法也存在处理周期长、设施占地面积大、初期建设投资较高等缺点。
（4）膜分离技术：
膜分离技术的所有分离过程都是利用在某种环境中混合物各组分性质的差异进行分离。膜分离的原理是：以选择性透过膜为分离介质，在两侧加以某种推力，原组分选择性地透过膜，从而达到分离提纯的目的。膜分离技术具有低耗、高效、操作方便等优点，在重金属废水处理领域逐渐引起重视。但是由于膜组件昂贵、使用过程中膜污染以及通量下降，目前膜分离技术的应用研究目前主要集中在实验机构。
目前，现有的处理选矿废水中钡离子的方法普遍存在上述缺点。因此，有必要摆脱现有的处理技术思路，开辟出处理含钡选矿废水的新途径，进而开发一种全新形式的选矿废水中钡离子的处理技术。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种处理选矿废水的反应器，反应器左侧下部设有进水阀门，右侧上部设有排水阀门，反应器底部并排安装有5支正向搅拌桨叶，反应器中央安装有1支中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆，中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆的中空部分由导气管连接至二氧化碳储罐，中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆杆身上均匀开设有若干导气微孔，使螺杆中空部分内部的气体能够以微泡形式进入废水中，中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆的顶部连接至1部驱动电机，中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆外侧包围1套细孔单向滤网，反应器顶部安装有1套浮渣吸引分离装置，其下端安装有4支浮渣吸管，浮渣吸管的管口均伸入反应器液面以下，浮渣吸引分离装置右侧设有废渣排口。
经过pH值调节处理后（处理后pH值为6.0~7.0）的含有钡离子的选矿废水通过位于反应器左侧下部的进水阀门进入反应器内部，此时，位于反应器底部的5支正向搅拌桨叶开始做正向旋转，使废水在反应器内部产生正向涡旋，同时，位于反应器中央的中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆开始在驱动电机的驱动下做反向旋转，从而在正向旋转的中心位置施加一个反向旋转动力，使之产生反向涡旋，废水中的钡离子会发生旋流附壁效应，逐渐汇聚于内部反涡旋与外部正涡旋之间的狭窄区域，造成局部离子浓度增高，此时，二氧化碳储罐向中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆中的中空部分输送二氧化碳气体，二氧化碳气体通过中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆杆身上的若干导气微孔，以气体微泡的形式溶解于废水中并形成碳酸根离子，钡离子会与该碳酸根离子结合，生成难溶的钡盐沉淀，由于细孔单向滤网的存在，使得钡盐沉淀无法扩散到滤网之外的区域，钡盐沉淀只能沿着两股涡旋之间的狭窄区域上浮，最终形成钡盐浮渣，并经浮渣吸管吸引进入浮渣吸引分离装置，经过分离得到的含钡废渣由位于浮渣吸引分离装置右侧的废渣排口排出，回收后得以再利用，同时，经过净化处理后的废水，通过位于反应器右侧上部的排水阀门排出反应器，并进入下一处理工序；同时，该钡盐浮渣可经吸引分离后，回收再利用。
其中，反应器的有效容积为245m3，其正向搅拌桨叶的工作电压为380V，转速为270转/min。
其中，反应器的驱动电机的工作电压为380V，额定功率为4.2kW，转速为360转/min。
其中，反应器的细孔单向滤网采用304不锈钢材质，抗拉强度为560MPa，孔径为0.8mm。
通过本反应器处理后的废水，其钡离子的去除效率可达99.3%。
本发明的优点在于：
（1）本反应器摆脱了现有的选矿废水中钡离子的处理技术思路，创造性的利用了流体力学中的旋流附壁效应，使含钡废水在容器中发生涡旋运动，并在该涡旋中心位置施加反向旋转动力，使之产生反向涡旋，废水中的钡离子会发生旋流附壁效应，逐渐汇聚于内部反涡旋与外部正涡旋之间的狭窄区域，造成局部离子浓度增高，此时，导入二氧化碳气体使其溶解于溶液中形成碳酸根离子，钡离子即可与该碳酸根离子结合，生成难溶的钡盐沉淀，并沿两股涡旋之间的狭窄区域上浮，最终形成钡盐浮渣，从而达到去除废水中钡离子的目的。
（2）本反应器净化处理含钡废水过程中所产生的钡盐浮渣可经过吸引分离操作来进行提取，最终可供回收利用，因此不会造成二次污染并能创造一定的经济效益。
（3）本反应器采用了纯粹的物理效应作为净化处理手段，不使用任何化学药剂，从而消除了引入危害更大的化学污染物的风险。
（4）本反应器技术路线先进，能够达到理想的净化效果，运行维护成本较低，有利于大范围推广应用。
附图说明
图1是处理选矿废水的反应器的示意图。
51-进水阀门、52-正向搅拌桨叶、53-中空式二氧化碳曝气中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆、54-细孔单向滤网、55-浮渣吸管、56-驱动电机、57-二氧化碳储罐、58-浮渣吸引分离装置、59-废渣排口、510-排水阀门。
具体实施方式
如图1所示，处理选矿废水的反应器，有效容积为245m3，外壳材质为硬质玻璃钢，反应器左侧下部设有进水阀门51，右侧上部设有排水阀门510，反应器底部并排安装有5支正向搅拌桨叶52，反应器中央安装有1支中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆53，中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆53的中空部分由导气管连接至二氧化碳储罐57，中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆53杆身上均匀开设有若干导气微孔，使螺杆中空部分内部的气体能够以微泡形式进入废水中，并且，中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆53的顶部连接至1部驱动电机56，中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆53外侧包围1套细孔单向滤网54，反应器顶部还安装有1套浮渣吸引分离装置58，其下端安装有4支浮渣吸管55，浮渣吸管55的管口均伸入反应器液面以下，浮渣吸引分离装置58右侧设有废渣排口59；经过pH值调节处理后（处理后pH值为6.0~7.0）的含有钡离子的选矿废水通过位于反应器左侧下部的进水阀门51进入反应器内部，此时，位于反应器底部的5支正向搅拌桨叶52开始做正向旋转，使废水在反应器内部产生正向涡旋，同时，位于反应器中央的中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆53开始在驱动电机56的驱动下做反向旋转，从而在正向旋转的中心位置施加一个反向旋转动力，使之产生反向涡旋，废水中的钡离子会发生旋流附壁效应，逐渐汇聚于内部反涡旋与外部正涡旋之间的狭窄区域，造成局部离子浓度增高，此时，二氧化碳储罐57向中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆53中的中空部分输送二氧化碳气体，二氧化碳气体通过中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆53杆身上的若干导气微孔，以气体微泡的形式溶解于废水中并形成碳酸根离子，钡离子会与该碳酸根离子结合，生成难溶的钡盐沉淀，由于细孔单向滤网54的存在，使得钡盐沉淀无法扩散到滤网之外的区域，钡盐沉淀只能沿着两股涡旋之间的狭窄区域上浮，最终形成钡盐浮渣，并经浮渣吸管吸55引进入浮渣吸引分离装置58，经过分离得到的含钡废渣由位于浮渣吸引分离装置58右侧的废渣排口59排出，回收后得以再利用，同时，经过净化处理后的废水，通过位于反应器右侧上部的排水阀门510排出反应器，并进入下一处理工序；同时，该钡盐浮渣可经吸引分离后，回收再利用。其中，二氧化碳涡旋对流浮渣分离反应器5的，其正向搅拌桨叶52的工作电压为380V，转速为270转/min；其中，反应器的驱动电机56的工作电压为380V，额定功率为4.2kW，转速为360转/min；细孔单向滤网54采用304不锈钢材质，抗拉强度为560MPa，孔径为0.8mm。
通过本系统处理后的废水，其钡离子的去除效率可达99.3%。

Claims (5)

1.一种处理选矿废水的反应器，其特征在于，反应器左侧下部设有进水阀门，右侧上部设有排水阀门，反应器底部并排安装有5支正向搅拌桨叶，反应器中央安装有1支中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆，中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆的中空部分由导气管连接至二氧化碳储罐，中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆杆身上均匀开设有若干导气微孔，使螺杆中空部分内部的气体能够以微泡形式进入废水中，中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆的顶部连接至1部驱动电机，中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆外侧包围1套细孔单向滤网，反应器顶部安装有1套浮渣吸引分离装置，其下端安装有4支浮渣吸管，浮渣吸管的管口均伸入反应器液面以下，浮渣吸引分离装置右侧设有废渣排口。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，经过pH值调节处理后（处理后pH值约为6.0~7.0）的含有钡离子的选矿废水通过位于反应器左侧下部的进水阀门进入反应器内部，此时，位于反应器底部的5支正向搅拌桨叶开始做正向旋转，使废水在反应器内部产生正向涡旋，同时位于反应器中央的中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆开始在驱动电机的驱动下做反向旋转，从而在正向旋转的中心位置施加一个反向旋转动力，使之产生反向涡旋，废水中的钡离子会发生旋流附壁效应，逐渐汇聚于内部反涡旋与外部正涡旋之间的狭窄区域，造成局部离子浓度增高，此时二氧化碳储罐向中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆中的中空部分输送二氧化碳气体，二氧化碳气体通过中空式二氧化碳曝气反向搅拌螺杆杆身上的若干导气微孔，以气体微泡的形式溶解于废水中并形成碳酸根离子，钡离子会与该碳酸根离子结合，生成难溶的钡盐沉淀，由于细孔单向滤网的存在，使得钡盐沉淀无法扩散到滤网之外的区域，钡盐沉淀只能沿着两股涡旋之间的狭窄区域上浮，最终形成钡盐浮渣，并经浮渣吸管吸引进入浮渣吸引分离装置，经过分离得到的含钡废渣由位于浮渣吸引分离装置右侧的废渣排口排出，回收后得以再利用，经过净化处理后的废水，通过位于反应器右侧上部的排水阀门排出反应器，并进入下一处理工序；该钡盐浮渣经吸引分离后，回收再利用。
3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，正向搅拌桨叶的工作电压为380V，转速为270转/min。
4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，驱动电机的工作电压为380V，额定功率为4.2kW，转速为360转/min。
5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，细孔单向滤网的孔径为0.8mm。
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