CN108017197A - 水力空化耦合h2o2净化铅锌硫化矿选矿废水回用工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水力空化耦合H₂O₂净化铅锌硫化矿选矿废水回用工艺，其处理步骤是：⑴向铅锌硫化矿选矿混合废水缓存池中通过管路加入工业级双氧水；⑵利用离心泵将步骤⑴处理过的混合废水从缓存池中抽吸提升后利用输送管路进行输送，输送管路包括主管道，主管道上连接有流量计、压力表和水力空化发生装置；⑶主管道上的废水在经过水力空化装置时，在多孔板的阻流作用下液体通过孔板时的压力骤降，产生大量空化气泡，可加速降解选矿废水中的残余药剂；⑷利用空化效应与H₂O₂自身的强氧化作用及耦合作用来净化废水中影响回用的残余药剂；⑸将步骤（4）中处理后的废水全部返去选矿生产系统回用，对选矿指标无影响。

Description

水力空化耦合H2O2净化铅锌硫化矿选矿废水回用工艺

技术领域

本发明属于一种矿山选矿废水和回用方法技术领域，涉及一种水力空化耦合H₂O₂净化铅锌硫化矿选矿废水回用工艺。

背景技术

铅锌是重要的有色金属资源，我国铅锌资源主要以硫化矿为主，硫化铅锌选矿废水的净化处理与回水利用，不仅可以消除污染，还能节约水资源，具有重要的经济和环境效益。

铅锌选矿作为铅锌生产过程中的一个重要环节，在为铅锌工业提供原材料的同时，也产生了大量的铅锌选矿废水。铅锌选矿废水的特点通常是数量大、废水成分极为复杂，除了含有 Pb、Zn 等重金属离子之外，还残留了大量的选矿药剂，极易污染土壤和水源，造成生态系统破坏，直接影响人类的正常生活。

面对世界水资源的匮乏和环境破坏的压力，工业废水排放的标准和监管将越发严格。铅锌选矿废水作为一种典型的废水资源，其净化和循环再利用更是现在和未来研究探讨的热点。实现铅锌选矿废水的无污染排放与循环利用，是企业实现清洁生产的必经之路，具有重要的经济和环境效益。

目前国内外对选矿废水的净化处理方法主要有：自然净化法、混凝沉降法、化学氧化法、吸附法、生物膜法、人工湿地法等。据不完全统计，国内大中型铅锌选矿企业废水回用率低于75%，其主要原因是：净化处理成本高；或处理后水质不稳定，回用时影响选矿指标；或处理系统过于庞大，难于满足大规模生产等。

在液体中,当压强降低到蒸汽压甚至负压时， 溶解在流体中的气体会释放出来,同时，液体剧烈汽化而产生大量空化泡，空化泡随液体流动膨胀、生长。当液体周边压力恢复，空化泡瞬间溃灭，其溃灭过程仅持续几微秒,在空化泡溃灭瞬间,会在其周围极小的空化范围内产生出1900～ 5200 K高温和超过5.065×10⁷ Pa的高压,温度变化率高达10⁹ K/s,并伴有强烈的冲击波和时速高达400 km/h的射流,这种极端的物化微环境足以彻底裂解任何陷入空化区域的有机物.同时将泡内气体和液体交界面的水分子裂解为·OH 和·H ，又与水体中的有机污染物发生一系列氧化反应,从而达到去除水中有机污染物的目的. 目前,水力空化应用于水处理已成为该领域研究的热点之一。

中国专利201010244646.6公开了一种硫化铅锌矿选矿废水处理与回用方法，采用调PH值，然后加入硫酸亚铁和絮凝剂进行氧化混凝处理，处理水用二氧化氯氧化，再用活性炭床进行催化氧化和吸附，处理水达到国家有关排放标准，通过电位调控浮选、环保捕收剂组合应用，实现处理水全部回用。中国专利200410014572.1公开了铅锌硫化矿选矿废水循环利用法，将选矿废水回用于磨矿和选铅，回用之前在选矿废水中加入硫酸，调节PH为8-11；加入絮凝剂和硫酸铝进行混凝沉淀，并且加入消泡剂。专利201621129235.1公开了一种水力空化耦合Fenton法处理废水的装置，其过程中存在用酸调节PH，同时需要二价铁离子参与催化；专利201010281950.8公开了一种空化效应协同硫酸自由基处理有机污水的方法，其特征是将氧化剂和催化剂加入到含有有机污染物的污水中，在空化效应作用下，进行有机污染物的氧化降解；上述四项专利文件公开的废水处理工艺或装置中，均存在新带入杂质SO₄ ^2-离子，循环时会不断累积影响回用；且需用酸碱调节控制PH，特别是酸的用量大，处理效果也不稳定。中国专利200810139592.X公开了水力空化与臭氧耦合处理污水的方法，该方法利用污水经过空化发生器产生的空化效应与渗入的臭氧气流耦合协同作用，使污水中的耗氧物质降解，以达到降低污水COD的目的;大规模处理时臭氧发生装置投资大，臭氧生产成本高，又有刺激性特殊气味，还要解决向废水中充入臭氧及充入量的问题，难于工业化推广应用。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种水力空化耦合H₂O₂净化铅锌硫化矿选矿废水回用工艺，它能够解决现有净化处理技术存在的缺点与不足；具有流程简单、不需要调节PH值、不需加热、H₂O₂药剂用量小、净化处理成本低、不产生二次污染物等特点，净化处理后出水水质稳定并可全部回用于生产中，对选矿指标无影响，是企业实现清洁生产的必经之路，具有重要的经济和环境效益。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水力空化耦合H₂O₂净化铅锌硫化矿选矿废水回用工艺，其处理步骤是：

⑴向铅锌硫化矿选矿混合废水缓存池中通过管路加入浓度为27.5～30%的工业级双氧水，每立方废水加入双氧水的总量为 100～300g；持续加入时间为15～30min；

⑵利用离心泵将步骤⑴处理过的混合废水从缓存池中抽吸提升后利用输送管路进行输送，输送管路分为主管道和支管道，主管道上连接有流量计、压力表和水力空化发生装置；支管道实际是回流管道，其出口直接回流至废水缓存池中，支管道上连接有节流阀，通过调节节流阀开启的大小来实现控制主管道内的压强；离心泵的扬程要求为50～80米，流量的选择应满足水力空化装置的前端主管道内压强为0.4～0.7Mpa；

⑶主管道上的废水在经过水力空化装置时，在多孔板的阻流作用下液体通过孔板时的压力骤降，产生大量空化气泡，在流场压力升高时，空泡溃灭瞬间的能量集中释放 ，足以打开水分子结合键O- H键，分解产生·OH 和·H自由基，生成的·OH 自由基具有极强的氧化性；空化效应与H₂O₂组合将显著增加羟基自由基的产生效率，应用于净化选矿废水时，可加速降解选矿废水中的残余药剂；

⑷利用空化效应与H₂O₂自身的强氧化作用及耦合作用来净化废水中影响回用的残余药剂，铅锌硫化矿选矿混合废水需要在闭路循环系统中连续运行45～90min；

⑸将步骤（4）中处理后的废水全部返去选矿生产系统回用，对选矿指标无影响。

所述步骤（1）中的管路由管、阀、流量计组成。

本发明的积极效果是：⑴ 水力空化耦合H₂O₂净化铅锌硫化矿选矿废水及回用工艺，工艺流程短，操作简便且设备投资小；

⑵本处理工艺适用废水的PH值范围广，处理过程不需要调节PH值，也不需加热，处理成本低，适应性强；

⑶本处理工艺过程中，H₂O₂耗用量小，且分解后的产物为水，不新增阴、阳根离子，无二次污染物，循环也不会造成盐份增加；

⑷利用空化气泡溃灭的瞬间会形成微射流、冲击波并释放出巨大能量，在其周围极小的空化范围内产生出高温、高压，这种极端的物化微环境足以彻底裂解任何陷入空化区域的有机物，同时将泡内气体和液体交界面的水分子裂解为·OH 和·H；另一方面，空化效应又可显著增加H₂O₂产生羟基自由基（·OH）的效率；将空化过程产生的空化羟基自由基与H₂O₂自身的强氧化性组合，应用于净化选矿废水时，可加速降解选矿废水中的残余药剂。

⑸净化处理后可全部回用于生产中，对选矿指标无影响。

附图说明

图1是本工艺流程结构示意图。

图中：1-混合废水缓存池 ；2-主管道；3-球阀；4-离心泵；7-节流阀；8-支管道；9-流量计；10-压力表；11-空化装置；12-H₂O₂储槽；13-H₂O₂用量控制阀，15-回用水控制球阀。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。

参见图1，一种水力空化耦合H₂O₂净化铅锌硫化矿选矿废水回用工艺，其处理步骤是：

⑴向铅锌硫化矿选矿混合废水缓存池中通过管路加入浓度为27.5～30%的工业级双氧水，每立方废水加入双氧水的总量为 100～300g；持续加入时间为15～30min；

⑵利用离心泵将步骤⑴处理过的混合废水从缓存池中抽吸提升后利用输送管路进行输送，输送管路分为主管道和支管道，主管道上连接有流量计、压力表和水力空化发生装置；支管道实际是回流管道，其出口直接回流至废水缓存池中，支管道上连接有节流阀，通过调节节流阀开启的大小来实现控制主管道内的压强；离心泵的扬程要求为50～80米，流量的选择应满足水力空化装置的前端主管道内压强为0.4～0.7Mpa；

⑶主管道上的废水在经过水力空化装置时，在多孔板的阻流作用下液体通过孔板时的压力骤降，产生大量空化气泡，在流场压力 升高时，空泡溃灭瞬间的能量集中释放 ，足以打开水分子结合键O- H键，分解产生·OH 和·H自由基，生成的·OH 自由基具有极强的氧化性；空化效应与H₂O₂组合将显著增加羥基自由基的产生效率，应用于净化选矿废水时，可加速降解选矿废水中的残余药剂；

⑷利用空化效应与H₂O₂自身的强氧化作用及耦合作用来净化废水中影响回用的残余药剂，铅锌硫化矿选矿混合废水需要在闭路循环系统中连续运行45～90min；

⑸将步骤（4）中处理后的废水全部返去选矿生产系统回用，对选矿指标无影响。

所述步骤（1）中的管路由管、阀、流量计组成。

实施例一：试验废水由铅精废水、锌精废水、混合精矿废水及锌尾矿溢流水组成的综合样，废水总体积为250L，水温23℃；处理时主管道的流量为2.82L/s^-1，主管道空化器的进口压力为0.43Mpa，工业级（27.5%）双氧水采用分液漏斗滴加方式，滴加持续时间15min，双氧水的总用量为45ml(即198mg/l废水)；循环处理持续不同时间混合废水水质指标检测结果特征如表1。

表1 循环处理持续不同时间混合废水水质检测结果

注：1.起泡性的测定条件：1L量筒，500mL水样，充气量为1.67L/min；2.清水的起泡性为3mm，粘度为0.76 mPa.s；

3.粘度采用旋转粘度计测定，国家标准实验方法。

废水中COD_Cr主要是起泡剂和捕收剂的残余成分，其对选矿指标有明显的影响；表1试验结果表明：当循环处理30min时，废水中COD_Cr的去除率已达65%以上，起泡能力也显著下降，粘度接近清水；随着循环处理时间延长，废水中的残余药剂成分进一步被降解，循环处理达60min时，其指标满足选矿工艺用水要求，实现回用。

实施例二：试验废水由硫精废水、硫尾废水、混合精矿废水、尾矿溢流水及地沟水组成的综合样，废水总体积为300L，水温23℃；处理时主管道的流量为3.05L/s^-1，主管道空化器的进口压力为0.46Mpa，工业级（27.5%）双氧水采用分液漏斗滴加方式，滴加持续时间20min，双氧水的总用量为60ml(即220mg/l废水)；循环持续处理不同时间混合废水水质指标检测结果特征如表2。

表2 循环持续处理不同时间混合废水水质检测结果

注：1.起泡性的测定条件：1L量筒，500mL水样，充气量为1.67L/min；2.清水的起泡性为3mm，粘度为0.76 mPa.s；

3.粘度采用旋转粘度计测定，国家标准实验方法。

本实例的废水主要由硫精废水、硫尾废水与适量混合精矿废水、尾矿溢流水及地沟水组成的综合样，废水的COD_Cr较总废水的平均值要高，PH则要偏低；表2试验数据显示：该废水循环处理60min，其指标满足选矿工艺用水要求，废水的初始PH不影响处理效果，无需对废水进行预先调节PH值，处理成本低。

实施例三：试验废水由铅精废水、锌精废水、硫精废水、硫尾废水、混合精矿废水及锌尾矿溢流水组成的综合样，水温23℃；循环处理持续时间均为60min，处理时主管道的流量为2.93L/s^-1，主管道空化器的进口压力为0.45Mpa，工业级（27.5%）双氧水采用分液漏斗滴加方式，空化时采用不同双氧水加入量处理混合废水的水质指标检测结果特征如表3。

表3 不同H₂O₂用量时混合废水水质指标检测结果

注：1.起泡性的测定条件：1L量筒，500mL水样，充气量为1.67L/min；2.清水的起泡性为3mm，粘度为0.76 mPa.s；

3.粘度采用旋转粘度计测定，国家标准实验方法。

由表3的结果可以看出，处理时不加双氧水，仅水力空化也可降解废水中的残余药剂成分，但其降解率不够；与双氧水耦合处理时，双氧水加入量越大，废水中的残余药剂降解效果越好，双氧水用量达275mg/l时，处理后的出水即能达到选矿工艺用水要求，继续增大双氧水用量会增加处理成本；本工艺适应处理的废水PH值范围广，净化后出水指标稳定。空化效应显著增加H₂O₂产生羥基自由基（·OH）的效率，空化过程产生的空化羥基自由基与H₂O₂自身的强氧化性组合，能较好地降解废水中的残余药剂，处理后的废水可回用于选矿生产系统。

实施例四：废水由铅精废水、锌精废水、硫精废水、硫尾废水、混合精矿废水及锌尾矿溢流水组成的综合样，处理后回用于选矿系统中，采用清水、处理后废水回用与未处理废水进行硫化铅锌矿选矿作业的对比试验，铅、锌选矿的各项工艺指标见表4。

表4 不同水源对比的铅锌选矿指标试验结果

表4的指标结果可知，未处理的废水回用，铅、锌的回收率均下降，且产出的精矿品位也低；采用处理后的废水回用时对铅锌的回收率没有明显的影响，产出的铅精矿、锌精矿品位指标与全部采用清水时也基本一样，采用水力空化耦合H₂O₂净化铅锌硫化矿选矿废水，净化处理后可全部回用于生产中，对选矿指标无影响。

Claims (2)

1.一种水力空化耦合H₂O₂净化铅锌硫化矿选矿废水回用工艺，其特征在于处理步骤是：

⑴向铅锌硫化矿选矿混合废水缓存池中通过管路加入浓度为27.5～30%的工业级双氧水，每立方废水加入双氧水的总量为 100～300g；持续加入时间为15～30min；

⑵利用离心泵将步骤⑴处理过的混合废水从缓存池中抽吸提升后利用输送管路进行输送，输送管路分为主管道和支管道，主管道上连接有流量计、压力表和水力空化发生装置；支管道实际是回流管道，其出口直接回流至废水缓存池中，支管道上连接有节流阀，通过调节节流阀开启的大小来实现控制主管道内的压强；离心泵的扬程要求为50～80米，流量的选择应满足水力空化装置的前端主管道内压强为0.4～0.7Mpa；

⑶主管道上的废水在经过水力空化装置时，在多孔板的阻流作用下液体通过多孔板时的压力骤降，产生大量空化气泡，在流场压力升高时，空泡溃灭瞬间的能量集中释放 ，足以打开水分子结合键O- H键，分解产生·OH 和·H自由基，生成的·OH 自由基具有极强的氧化性；空化效应与H₂O₂组合将显著增加羟基自由基的产生效率，应用于净化选矿废水时，可加速降解选矿废水中的残余药剂；

⑷利用空化效应与H₂O₂自身的强氧化作用及耦合作用来净化废水中影响回用的残余药剂，铅锌硫化矿选矿混合废水需要在闭路循环系统中连续运行45～90min；

⑸将步骤（4）中处理后的废水全部返去选矿生产系统回用，对选矿指标无影响。

2.如权利要求1所述水力空化耦合H₂O₂净化铅锌硫化矿选矿废水回用工艺，其特征在于：所述步骤（1）中的管路由管、阀、流量计组成。