CN114275924A - 一种酸性矿山废水治理及资源化利用的方法 - Google Patents

Abstract

一种酸性矿山废水治理及资源化利用的方法，它涉及环境工程技术领域。采用除铝工艺通过调节涌水pH除铝、钙等其他金属元素，然后加入氢氧化钠/钾再调节pH使铁沉淀，沉淀后回收进行脱水烘干洗涤后获得精纯氢氧化铁，其余废水再加入中和剂及絮凝剂沉淀后废水达标排放。利用矿山废水低成本生产高纯度的氢氧化铁，将废水变废为宝，减轻了废水的二次污染，保护了生态环境。其特点是操作简单，工艺设备要求低，其成本低的同时还可以得到高纯度的氢氧化铁。同时氢氧化铁为湿法制品，结晶细小、颗粒柔软、较易研磨，可以用作矿物涂料、重金属治理药剂以及其它铁相关制剂的原料。

Description

一种酸性矿山废水治理及资源化利用的方法

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，具体涉及一种酸性矿山废水治理及资源化利用的方法。

背景技术

现有矿山废水处理主要是通过添加添加石灰、氢氧化钠等碱性中和剂，调节废水的pH，再添加絮凝剂，使废水中的金属离子快速沉淀出来，上清液达标排放，污泥压滤后填埋处理。主要问题是中和剂添加量多，污泥量量大，运行成本高。1）与本专利申请相关或相近的技术有：1、酸性矿山废水处理及废水中铁、铝、铜、锌的资源化回收系统.专利申请号CN201110231732.8。这项专利中除铁系统特征为由除铁池、固液分离机、铁渣回收池组成，首先向除铁池中加入30％的氢氧化钠溶液调节pH至3.2～4，混合搅拌，再加入T-301高分子絮凝剂，快速搅拌1～3min，慢速搅拌1～5min，静置30min，除铁池中沉淀采用高效分离机实现固液分离。此次申请专利与其区别在于多有曝气池及曝气设备；在处理前端需要通过曝气将铁氧化至三价；无需添加氢氧化钠或向曝气池中加入氢氧化钠调节pH至4-6；无需加入絮凝剂或加入PAM絮凝剂。2、一种含铁含锌的废水提取铁并制备氢氧化铁的方法.专利申请号CN201711363277.0。这项专利步骤为：1，加入碱液 在15℃～30℃条件下，向含铁含锌的废水中加碱液，调节pH值为4-6.5，均匀搅拌，得到含锌含铁溶液，所述含锌含铁溶液中含有氢氧化亚铁； 步骤2，低温氧化 将氧化性气体通入步骤1得到的含锌含铁溶液中，使其部分的Fe2+被氧化成Fe3+，氧化时间为4-8h，溶液呈现黄褐色，则氧化充分完成； 步骤3，过滤分离铁和锌 将氧化的含锌含铁溶液进行过滤，得到滤饼和含锌的溶液；滤饼为氢氧化铁胶体； 步骤4，制备氢氧化铁 将步骤3得到的滤饼洗涤后得到氢氧化铁。其废水特征为：所述的含铁含锌的废水为热镀锌生产过程中产生的，其中质量分数为：Fe:0.6g/L～3g/L，Zn:0.1g/L～0.3g/L，余量为水；其中含铁含锌的废水中，Fe元素存在的形式为氯化铁、氯化亚铁，Zn元素存在的形式为氯化锌，其中，各个物质的混合比例为任意比。

本专利申请与上述技术的区别在于：废水特征不同，废水特征为自然涌出的酸性矿山地下废水，铁浓度在100ppm以上，，铁离子基本为二价铁；除了铁以外还含有较高含量的铝、钙、锰等金属阳离子和硫酸根阴离子，因此需要进行阳离子分离和去除，才能实现回收高纯度氢氧化铁和排水达标的目标。在回收铁之前有沉铝步骤，以得到更为精纯的氢氧化铁；沉铁时调节的pH不同，本专利申请沉铁的pH区间为6.5-8，与现有技术不同。直接使用现有技术方法处理能达到回收或者回收氢氧化铁的目的，但回收氢氧化铁的纯度不够。本发明的方案不仅在于回收氢氧化铁，还处理了酸性矿山废水使其达标排放。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种酸性矿山废水治理及资源化利用的方法，解决当前关闭矿山的酸性涌水的污染问题，同时利用关闭矿山的涌水作为原料，进行资源化回收，以氢氧化铁的形式回收其中的铁。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：一种酸性矿山废水治理及资源化利用的方法包括以下步骤：步骤一，常温下加入氢氧化铁或氢氧化钾并搅拌混合，调节pH至3.5-4，形成氢氧化铝沉淀；

步骤二，废水经沉淀池沉淀，除铝后上清液流入中和池；

步骤三，常温下向中和池中加入氢氧化钠或氢氧化钾溶液并搅拌混合，调节pH至6.5-8，形成铁的氢氧化物沉淀；

步骤四，曝气，废水引至曝气池中，以罗茨风机等曝气设备对废水进行曝气，曝气停留时间在1-3小时，具体时间根据铁浓度进行调整，曝气过程在中和池及曝气池都可进行，在此过程中废水中的二价铁被氧化成三价铁离子，废水中的铁离子沉淀更加充分，在曝气池中加入适量的氢氧化钠或氢氧化钾溶液以保持pH维持在6.5-8之间；

步骤五（a），废水沉淀池采用斜板沉淀池，经过中和和曝气的废水进入斜板沉淀池后在无絮凝剂的情况下铁的氢氧化物沉淀沉于底部，底部沉淀抽出后泵入浓缩池，废水于浓缩池中停留5-24小时；底部浓缩沉淀抽出置入脱水机，脱水后形成含水率80%左右的氢氧化铁；经过进一步的烘干后得到含水率50%左右的氢氧化铁，并进行粉碎、装袋形成袋装的氢氧化铁粉剂，得到的氢氧化铁成品为湿法制品，结晶细小、颗粒柔软、较易研磨，可以用作矿物涂料、重金属治理药剂以及其它铁相关制剂的原料；

步骤五（b），于沉淀池中加入絮凝剂并搅拌，废水于沉淀池中停留3-10小时，底部沉淀抽出置入污泥池，自然晾干后得到铁渣，主要成分为氢氧化铁；

步骤五（c），废水于沉淀池中停留3-10小时，底部沉淀取出置入污泥池，放置1-7天后以板框压滤机或其他过滤设施过滤后得到滤饼，主要成分为氢氧化铁；

步骤五（d），废水于沉淀池中停留3-10小时，底部沉淀取出置入污泥池，放置1-7天后以板框压滤机或其他过滤设施过滤后得到滤饼，对滤饼进行洗涤后再次压滤，滤饼风干或烘干（400℃以下）后得到高纯度的氢氧化铁。

步骤六，废水经过斜板沉淀池后上清液流出后，再加入5%-10%的石灰乳液调节pH值到8.5-9.5，加入絮凝剂后再进入二级斜板沉淀池，将锰、剩余铁的氢氧化物、硫酸钙进行沉淀分离，上清液实现达标排放。

本专利针对酸性矿山废水主要为铁、锰超标的酸性废水。酸性矿山废水特征为铁浓度在100ppm以上，二价铁比例占比大于90%，pH值在5以下，除了铁以外还含有较高含量的铝、钙、锰等金属阳离子和硫酸根阴离子，锰浓度在1-40ppm之间，铝、钙离子浓度在1-300之间，硫酸根离子浓度在300-7000ppm之间。

本发明的工作原理：除铝工艺通过调节涌水pH除铝、钙等其他金属元素，然后加入氢氧化钠/钾再调节pH使铁沉淀，沉淀后回收进行脱水烘干洗涤后获得精纯氢氧化铁，其余废水再加入中和剂及絮凝剂沉淀后废水达标排放。

采用上述技术方案后，本发明有益效果为：现有矿山废水的处理，尤其是关闭矿山废水的处理，主要问题在于中和剂添加量较大，沉淀后污泥处置麻烦，使污水运营成本上升。同时废水中含有大量铁离子，常规处理无法对其进行有效利用，造成了资源的浪费。

针对现有矿山废水处理技术中存在的问题，本发明提出了一种处理酸性矿山废水的新方法，通过加入碱液调节pH、曝气氧化、沉淀过滤后滤饼风干或烘干，对铁进行沉淀回收，可以基本覆盖废水处理的运营成本。回收铁之后的废水金属离子含量降低，pH得到调节，减少了污泥产生量，在后续处理中成本也得到了大幅降低。

本发明的目的是利用矿山废水低成本生产高纯度的氢氧化铁，将废水变废为宝，减轻了废水的二次污染，保护了生态环境。其特点是操作简单，工艺设备要求低，其成本低的同时还可以得到高纯度的氢氧化铁。同时氢氧化铁为湿法制品，结晶细小、颗粒柔软、较易研磨，可以用作矿物涂料、重金属治理药剂以及其它铁相关制剂的原料。与现有技术比较起来本发明可回收获得更为精纯的氢氧化铁，同时处理了涌水的污染问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

实施例一

参看图1所示，本具体实施方式采用的技术方案是：某关闭煤矿废水处理工程，废水水量为100m3/h。废水先流入曝气池曝气10h，加入氢氧化钠调节pH至7，然后废水进入沉淀池停留5h，底部沉淀抽入污泥池中，污泥于污泥池中自然晾干，晾干后即得到纯度较高的氢氧化铁。上清液继续加入石灰复合碱等中和剂，调节pH至9.5，经沉淀后上清液达标外排，沉淀污泥经脱水后外送处理。

实施例二

参看图1所示，本具体实施方式采用的技术方案是：取某关闭煤矿的废水2L于烧杯中，以曝气机向其中通入氧气4h，其中气压为0.5Mpa，使其中2价铁氧化为3价，此时溶液呈现为红褐色。向烧杯中加入氢氧化钠溶液（质量分数30%）10ml并搅拌2min，调节pH至5.7，得到含氢氧化铁的溶液。对溶液进行过滤，并用蒸馏水进行洗涤，风干后研磨得到高纯度的氢氧化铁粉末，对其进行称重为2.7g。滤液加入石灰乳调节pH至9.5，加入PAM充分混合2min，再次过滤后对滤液进行检测，铁浓度为1.2ppm，锰未检出，达到排放标准。

实施例三

参看图1所示，本具体实施方式采用的技术方案是：取某关闭煤矿的废水2L于烧杯中，向废水中加入氢氧化钠溶液（质量分数为20%）12mL并搅拌，调节pH至4.3。然后通入空气使二价铁氧化为三价铁，其中气压0.5Mpa，曝气3h，溶液呈现为红褐色则曝气氧化完成，得到含氢氧化铁的溶液。对溶液进行过滤并对滤饼进行洗涤，滤饼风干后研磨得到高纯度的氢氧化钠粉末。滤液加入石灰乳调节pH至9，加入PAM搅拌混合2min，再次过滤后对滤液进行检测，铁浓度为1.5ppm，锰未检出，达到排放标准。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种酸性矿山废水治理及资源化利用的方法，其特征在于它包括以下步骤：步骤一，常温下加入氢氧化铁或氢氧化钾并搅拌混合，调节pH至3.5-4，形成氢氧化铝沉淀；

步骤二，废水经沉淀池沉淀，除铝后上清液流入中和池；

步骤三，常温下向中和池中加入氢氧化钠或氢氧化钾溶液并搅拌混合，调节pH至6.5-8，形成铁的氢氧化物沉淀；

步骤四，曝气，废水引至曝气池中，以罗茨风机等曝气设备对废水进行曝气，曝气停留时间在1-3小时，具体时间根据铁浓度进行调整，曝气过程在中和池及曝气池都可进行，在此过程中废水中的二价铁被氧化成三价铁离子，废水中的铁离子沉淀更加充分，在曝气池中加入适量的氢氧化钠或氢氧化钾溶液以保持pH维持在6.5-8之间；

步骤五（a），废水沉淀池采用斜板沉淀池，经过中和和曝气的废水进入斜板沉淀池后在无絮凝剂的情况下铁的氢氧化物沉淀沉于底部，底部沉淀抽出后泵入浓缩池，废水于浓缩池中停留5-24小时；底部浓缩沉淀抽出置入脱水机，脱水后形成含水率80%左右的氢氧化铁；经过进一步的烘干后得到含水率50%左右的氢氧化铁，并进行粉碎、装袋形成袋装的氢氧化铁粉剂，得到的氢氧化铁成品为湿法制品，结晶细小、颗粒柔软、较易研磨，可以用作矿物涂料、重金属治理药剂以及其它铁相关制剂的原料；

步骤五（b），于沉淀池中加入絮凝剂并搅拌，废水于沉淀池中停留3-10小时，底部沉淀抽出置入污泥池，自然晾干后得到铁渣，主要成分为氢氧化铁；

步骤五（c），废水于沉淀池中停留3-10小时，底部沉淀取出置入污泥池，放置1-7天后以板框压滤机或其他过滤设施过滤后得到滤饼，主要成分为氢氧化铁；

步骤五（d），废水于沉淀池中停留3-10小时，底部沉淀取出置入污泥池，放置1-7天后以板框压滤机或其他过滤设施过滤后得到滤饼，对滤饼进行洗涤后再次压滤，滤饼风干或烘干（400℃以下）后得到高纯度的氢氧化铁；

步骤六，废水经过斜板沉淀池后上清液流出后，再加入5%-10%的石灰乳液调节pH值到8.5-9.5，加入絮凝剂后再进入二级斜板沉淀池，将锰、剩余铁的氢氧化物、硫酸钙进行沉淀分离，上清液实现达标排放。

2.根据权利要求1所述的一种酸性矿山废水治理及资源化利用的方法，其特征在于：所述的废水取用酸性矿山废水主要为铁、锰超标的酸性废水。

3.根据权利要求2所述的一种酸性矿山废水治理及资源化利用的方法，其特征在于：酸性矿山废水特征为铁浓度在100ppm以上，二价铁比例占比大于90%，pH值在5以下，除了铁以外还含有较高含量的铝、钙、锰等金属阳离子和硫酸根阴离子，锰浓度在1-40ppm之间，铝、钙离子浓度在1-300之间，硫酸根离子浓度在300-7000ppm之间。

Images