CN108503085A - 一种回收酸性矿山废水中铁/铜的分步沉淀工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种回收酸性矿山废水中铁/铜的分步沉淀工艺。该工艺包含步骤：1)调节废水流量：设置初沉池，以调节废水流量，通过调节溢流出水沉淀废水中的悬浮物；2)选择性沉淀铁：初沉池的溢流出水通过调节pH，添加絮凝剂和混凝剂加速废水中氢氧化铁沉淀，选择性的将废水中的铁沉淀；3)选择性沉淀铜：步骤2)的出水加入混合沉淀剂选择性的沉淀废水中的铜；4)混合沉淀其他金属离子：步骤3)的出水调节pH，加入絮凝剂，其出水符合国家废水排放标准。

Description

一种回收酸性矿山废水中铁/铜的分步沉淀工艺方法
技术领域
本发明涉及酸性含金属废水中的金属回收利用方法，特别是涉及从酸性含铜矿山废水中金属铁、铜的资源化回收。经过本方法的处理其废水可达相关国家排放标准。
背景技术
长期以来，我国的矿产资源开发基本上走的是一条以浪费资源和牺牲环境为代价的粗放式发展道路。随着我国矿山建设的迅速发展，矿山环境的污染和破坏越来越严重，而其中矿山废水是矿山环境的主要污染源之一。据统计，我国矿山每年因采矿、选矿而排放的废水量达12-15亿吨。
酸性废水是矿石和围岩中含有的硫化矿物在矿石的开采、运输、选矿及废石排放和尾矿贮存等生产过程中，由于氧化、风化、分解等综合作用而形成的废水，废水的pH值为2.4-3.6。
目前，处理矿山废水的方法主要有酸碱中和法、混凝沉降法、化学氧化法、人工湿地法和生物法五种。酸碱中和法和混凝沉降法都具有工艺简单、操作方便、运行费用低等优点，但存在沉淀污泥量大，易造成二次污染等弊端。化学氧化法最显著的特点就是操作简单并能有效处理各种形态的污染物，但处理费用较高，因此很难在生产实践中推广应用。人工湿地法具有投资低、操作简单、抗冲击能力强和运行费用低廉等优点，但占地面积大，易受外界环境的影响，对一些难处理的废水效果不佳，有一定的局限性。微生物法作为一项新的实用技术，具有费用低、容易管理、适用性强、无二次污染、可回收短缺原料单质硫和一些重金属离子如铜、锌等优点，被越来越多地应用于废水处理中，但如何在常温下保持微生物的活性，如何消除重金属离子对微生物的抑制作用，以及微生物在废水处理中的作用机理等，都有待更深入的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种回收酸性矿山废水中铁/铜的沉淀工艺，该工艺流程简单、操作方便、成本低廉，既能去除废水中的重金属离子，同时回收了废水中的金属资源。在酸性矿山废水处理中采用三段化学沉淀，分别选择性的沉淀废水中的铁和铜并达到富集其他重金属离子的效果，其最终出水可达到国家废水排放标准。
一种回收酸性矿山废水中铁/铜的分步沉淀工艺方法，包括以下步骤：
1)调节废水流量：设置初沉池，以调节废水流量，通过调节溢流出水沉淀废水中的悬浮物；
2)选择性沉淀铁：初沉池的溢流出水通过调节pH，添加絮凝剂和混凝剂加速废水中氢氧化铁沉淀，选择性的将废水中的铁沉淀；
3)选择性沉淀铜：步骤2)的出水加入混合沉淀剂选择性的沉淀废水中的铜；
4)混合沉淀其他金属离子：步骤3)的出水调节pH，加入絮凝剂，其出水符合国家废水排放标准。
本发明回收酸性矿山废水中铁/铜的分步沉淀工艺，步骤1)中，初沉池的容积由废水的平均流速确定，溢流出水的最大流速小于0.3m/S，出水悬浮物低于100mg/L。
步骤2)中，调节pH至3.8左右，废水中铁的去除率达到100％，出水中铁含量低于0.05mg/L，沉淀渣通过板框压滤机压滤，压滤所得沉淀渣含水率为65％-75％，此沉淀渣中铁含量为46％-51％。
步骤3)中，混合沉淀剂为复合沉淀剂AK1，具体组分为硫化钠、碳酸钠和二硫代氨基甲酸型螯合树脂(DTCR)，混合重量份比例为8：1.5：0.5。经过絮凝沉淀后出水中铜的含量低于0.05mg/L，去除率高于99％。此沉淀渣中铜含量为11％-13％。
步骤4)中，出水调节pH至9-10絮凝沉淀后的出水满足《污水综合排放标准》(GB8987-1996)和《铜、钴、镍工业污染物排放标准》(GB 25467-2010)等相关标准。
借由上述技术方案，本发明具有如下优点和技术效果：
本发明通过三段沉淀使酸性矿山废水中的铜和铁以沉淀渣的方式分离，同时最终出水的重金属含量达到了国家的废水可排放标准，实现了矿山废水处理的无害化与资源化的统一，产生了一定的经济效益与环境效益。
附图说明
图1是使用本发明回收酸性矿山废水中铁/铜的分步沉淀工艺的流程图。
具体实施方式
以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
本发明公开了一种回收酸性矿山废水中铁/铜的分步沉淀工艺方法，包括以下处理步骤：
步骤一，调节废水流量：设置初沉池，以调节废水流量，通过调节溢流出水，沉淀废水中的悬浮物；其中，初沉池的设置由废水的平均流量，及悬浮物含量确定，溢流出水的最大流速小于0.3m/S，出水悬浮物低于100mg/L。
步骤二，选择性沉淀铁：初沉池的溢流出水通过调节pH，添加絮凝剂和混凝剂加速废水中氢氧化铁沉淀，选择性的将废水中的铁沉淀；其中，应调节废水pH至3.8左右；此时废水中铁的去除率达100％，出水中铁含量低于0.05mg/L。
步骤三，选择性沉淀铜：步骤二的出水加入混合沉淀剂选择性的沉淀废水中的铜；加入的混合沉淀剂为复合沉淀剂AK1，具体组分为硫化钠、碳酸钠和二硫代氨基甲酸型螯合树脂(DTCR)，混合比例为8：1.5：0.5；废水中铜的去除率达99％，出水铜含量低于0.05mg/L。
步骤四，混合沉淀其他金属离子：步骤三的出水调节pH，加入絮凝剂，其出水符合国家废水排放标准；其中，应调节出水pH至9-10，絮凝后的出水中的重金属含量满足《污水综合排放标准》(GB 8987-1996)和《铜、钴、镍工业污染物排放标准》(GB 25467-2010)等相关标准。
实施例1
一种分步沉淀铁和铜并富集其他重金属离子的废水处理工艺，取用广东地区某矿山废水，废水水质见下表1所示。
表1矿山废水水质分析(pH＝2.43，单位为mg/L)
指标 COD TDS SS SO4 2- Ca Fe Mn Cu
含量 24.11 1890 155 2052 8.14 110.39 23.1 5.28
指标 Zn Pb Cr Co Ni Cd As
含量 2.13 0.62 0.08 0.38 0.26 0.36 0.06
废水中的pH为2.43，SS含量为155mg/L，废水中含量较高的重金属元素为Mn、Cu、Zn其含量分别为23.1mg/L、5.28mg/L和2.13mg/L。
调节废水流量：设置初沉池，以调节废水流量，通过调节溢流出水，沉淀废水中的悬浮物；废水过滤去除废水中悬浮物，取1m3过滤后的废水进行三步沉淀，表述如下：
第一步沉淀：用55L质量分数为5％的石灰乳溶液调节pH至3.8，加入絮凝剂(2L质量分数为1％硫酸铝溶液)加速沉淀，取上清液进行金属分析；
第二步沉淀：在第一步沉淀后的出水中，加入2.4L质量分数为0.5％的复合沉淀剂AK1(具体组分为硫化钠、碳酸钠和二硫代氨基甲酸型螯合树脂，混合重量份比例为8：1.5：0.5)溶液，添加2L质量分数为1％的硫酸铝溶液，剧烈搅拌2min，添加1L质量分数为1％的PAM(聚丙烯酰胺)溶液，剧烈搅拌1min，慢速搅拌5min，自然澄清，取上清液分析金属含量；
第三步沉淀：加入3L质量分数为2.5％的石灰乳溶液调节第二步沉淀后的出水pH至9.0，添加少量混凝剂(1L质量分数为1％的聚丙烯酰胺溶液)后，搅拌2min，自然澄清，取上清液进行金属含量分析。三段沉淀后的上清液金属分析结果见下表2所示。
表2沉淀反应上清液金属含量(mg/L)
注：①表示低于检出限。
三段沉淀后的沉淀渣金属分析结果见表3所示。
表3沉淀渣重金属含量分析(kg/t)
注：①表示低于检出限。
由表2、表3可知，一段沉淀后主要将废水中的铁除去，一段沉淀渣中铁的质量分数为49.5％；二段沉淀主要将废水中的铜沉淀，二段沉淀渣中铜的质量分数为13％；第三段沉淀后，沉淀渣中主要是锌和锰，其质量分数分别为8.8％和6.4％，并且第三段沉淀后的出水中的重金属含量均达到了相关国家排放标准。
实施例2
取用广东地区某矿山废水，废水水质分析见下表4所示。
表4矿山废水水质分析(pH＝3.24，单位为mg/L)
指标 COD TDS SS SO4 2- Ca Fe Mn Cu
含量 16.37 2280 44 2599 36.05 20.67 31.12 8.47
指标 Zn Pb Cr Co Ni Cd As
含量 3.40 3.11 0.08 0.29 0.25 0.07 0.06
废水中的pH为3.24，废水中含量较高的重金属元素为Mn、Cu、Zn其含量分别为23.1mg/L、8.47mg/L和11.25mg/L。
调节废水流量：设置初沉池，以调节废水流量，通过调节溢流出水，沉淀废水中的悬浮物；此废水的悬浮物含量较低(<100mg/L)，直接取1m3的废水进行三步沉淀，具体表述如下：
第一步沉淀：加入8.7L质量分数为5％的石灰乳溶液调节pH至3.8，添加絮凝剂后沉淀，取上清液分析金属含量；
第二步沉淀：向第一步沉淀后出水中，添加2.0L质量分数为0.5％的复合沉淀剂AK1(具体组分为硫化钠、碳酸钠和二硫代氨基甲酸型螯合树脂，混合重量份比例为8：1.5：0.5)溶液，添加2L质量分数为1％的硫酸铝溶液，剧烈搅拌2min，添加1L质量分数为1％的PAM(聚丙烯酰胺)溶液，剧烈搅拌1min，慢速搅拌5min，自然澄清，取上清液分析金属含量；
第三步沉淀试验条件为：向第二步沉淀后出水中添加3L质量分数为2.5％的石灰乳溶液，调节废水pH至9.0，添加少量混凝剂(1L质量分数为1％的聚丙烯酰胺溶液)后搅拌2min，自然澄清，取上清液分析金属含量。三段沉淀后的上清液金属分析结果见表5。
表5沉淀反应上清液金属含量(mg/L)
注：①表示低于检出限。
三段沉淀后的沉淀渣金属分析结果见表6。
表6沉淀渣成分分析(kg/t)
注：①表示低于检出限。
由表5、表6可知，一段沉淀后主要将废水中的铁除去，一段沉淀渣中铁的质量分数为51.0％；二段沉淀主要将废水中的铜沉淀，二段沉淀渣中铜的质量分数为10.9％；第三段沉淀后，沉淀渣中主要是锌和锰，其质量分数分别为1.2％和4.1％，并且第三段沉淀后的出水中的重金属含量均达到了相关国家排放标准。
通过上述的案例说明，使用本发明工艺处理酸性矿山废水不仅可以回收废水中的铁和铜，产生一定的经济价值，并且可以使废水中的其他金属离子富集，实现了矿山废水的无害化处理，同时本工艺操作简单，成本低廉，流程简单。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种回收酸性矿山废水中铁/铜的分步沉淀工艺方法，其特征在于，包括以下处理步骤：
1)调节废水流量：设置初沉池，以调节废水流量，通过调节溢流出水，沉淀废水中的悬浮物；
2)选择性沉淀铁：初沉池的溢流出水通过调节pH，添加絮凝剂和混凝剂加速废水中氢氧化铁沉淀，选择性的将废水中的铁沉淀；
3)选择性沉淀铜：步骤2)的出水加入混合沉淀剂选择性的沉淀废水中的铜；
4)混合沉淀其他金属离子：步骤3)的出水调节pH，加入絮凝剂，其出水符合国家废水排放标准。
2.根据权利要求1所述的分步沉淀工艺方法，其特征在于：步骤1)中，初沉池的设置由废水的平均流量及悬浮物含量确定，溢流出水的最大流速小于0.3m/S，出水悬浮物低于100mg/L。
3.根据权利要求1所述的分步沉淀工艺方法，其特征在于：步骤2)中，加入石灰乳物质调节废水pH至3.8左右；此时废水中铁的去除率达100％，出水中铁含量低于0.05mg/L。
4.根据权利要求3所述的分步沉淀工艺方法，其特征在于：步骤2)中，所述絮凝剂为重量比1％的硫酸铝溶液；所述混凝剂为重量比1％的聚丙烯酰胺溶液。
5.根据权利要求1所述的分步沉淀工艺方法，其特征在于：步骤3)中，加入的混合沉淀剂为复合沉淀剂AK1，具体组分为硫化钠、碳酸钠和二硫代氨基甲酸型螯合树脂(DTCR)，混合重量份比例为8：1.5：0.5；废水中铜的去除率达99％，出水铜含量低于0.05mg/L。
6.根据权利要求1所述的分步沉淀工艺方法，其特征在于：步骤4)中，所述絮凝剂为重量比1％硫酸铝溶液。
7.根据权利要求6所述的分步沉淀工艺方法，其特征在于：步骤4)中，加入石灰乳物质调节出水pH至9-10，絮凝后的出水中的重金属含量满足《污水综合排放标准》(GB 8987-1996)和《铜、钴、镍工业污染物排放标准》(GB 25467-2010)等相关标准。
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