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        康家灣礦礦井水再生處理試驗(yàn)研究

        2022-10-27 06:05:32黃安平付高明唐志波陽自霖
        湖南有色金屬 2022年5期
        關(guān)鍵詞:效果

        黃安平,付高明,唐志波,陽自霖,李 懋

        (湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司,湖南 衡陽 421513)

        我國有色金屬礦以井下開采為主,為了保障井下安全生產(chǎn),必須排除大量的礦井水。有色金屬礦礦井水中含有一定量的重金屬,若直接排放不僅會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐牡乇硭丛斐晌廴?,還造成了水資源的浪費(fèi)[1]。將有色金屬礦礦井水處理后回用于有色金屬冶煉企業(yè),對(duì)保護(hù)礦區(qū)環(huán)境和緩解冶煉企業(yè)對(duì)新水的使用量具有重要的意義[2-3]。

        為確保礦井水通過再生處理后能夠滿足冶煉企業(yè)用水水質(zhì)要求,針對(duì)康家灣礦礦井水開展了再生處理試驗(yàn)研究。本文將論述相關(guān)試驗(yàn)研究情況。

        1 試驗(yàn)水質(zhì)情況

        為充分掌握康家灣礦礦井水水質(zhì)情況,進(jìn)行了12 d的取樣檢測(cè),詳細(xì)水質(zhì)成分分析見表1,懸浮物、鐵、錳執(zhí)行《再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 368-2006)表4.0.2再生水利用于工業(yè)用水控制項(xiàng)目和指標(biāo)限值。其他指標(biāo)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)表1地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)結(jié)果小于檢出限報(bào)最低檢出限值加L。

        表1 康家灣礦礦井水水質(zhì)情況 mg/L

        (續(xù)表1)

        從表1水質(zhì)分析結(jié)果可以看出,康家灣礦礦井水水質(zhì)情況存在波動(dòng),主要是鐵、錳、鎳、懸浮物超標(biāo),偶爾存在鉛、鋅、鎘、鉈、氨氮元素指標(biāo)超標(biāo)情況。

        2 試驗(yàn)方案及流程

        由于重金屬的氫氧化物大都是難溶的,因此礦井水中的重金屬鉛、鋅、鎘、鎳、鉈可以通過水解沉淀法除去。常用的堿性藥劑有石灰、氫氧化鈉等。

        鐵、錳的去除一般是將Fe2+、Mn2+氧化為Fe3+、Mn4+后再轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3和MnO2沉淀從溶液中去除[4]。

        從反應(yīng)式(3)中可知,在中性條件下,Mn2+氧化電位高達(dá)1.224 V,難以被溶解氧氧化為MnO2沉淀。因此采用強(qiáng)氧化劑或提高pH來加快Mn2+氧化速率的方法來除鐵錳。常用于除錳的氧化劑有高錳酸鹽、高鐵酸鹽、臭氧、氯氧化劑和過氧化氫等[5]。

        低含量氨氮的去除一般采用折點(diǎn)加氯法,藥劑用量少,去除率高。常用的氯氧化劑有次氯酸鈉、漂白粉、氯氣等[6-7]。

        所以,氧化劑選擇氯氧化劑,常用的次氯酸鈉和漂白粉有效氯含量低,本試驗(yàn)選擇二氯異氰尿酸鈉(C3Cl2N3NaO3,理論有效氯含量為64.5%)作為氯氧化劑。二氯異氰尿酸鈉在水中會(huì)水解釋放出次氯酸,次氯酸可以同時(shí)氧化鐵、錳和氨氮[8]。通過分析,采用“氧化—水解—混凝—沉淀—過濾”流程。

        設(shè)計(jì)試驗(yàn)流程如圖1所示。

        圖1 康家灣礦礦井水再生處理流程圖

        流程說明:取適量礦井水于燒杯中,先加入二氯異氰尿酸鈉進(jìn)行氧化反應(yīng),使鐵、錳、氨氮快速氧化,生成氫氧化鐵和二氧化錳沉淀脫除;再加入液堿調(diào)節(jié)pH,使重金屬離子水解沉淀;再加入聚合硫酸鐵溶液進(jìn)行混凝,調(diào)節(jié)溶液pH值在6~9范圍內(nèi);最后加入適量PAM,形成大顆粒沉淀,再使用過濾裝置進(jìn)行固液分離。對(duì)清液進(jìn)行化驗(yàn)分析,考察各超標(biāo)元素的去除效果。

        3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        試驗(yàn)方法:以12組水樣中相對(duì)較差的8#水樣作為試驗(yàn)水樣,主要考察二氯異氰尿酸鈉用量和水解pH值對(duì)各超標(biāo)元素的去除效果。

        3.1 二氯異氰尿酸鈉用量對(duì)超標(biāo)元素去除效果的影響

        按照試驗(yàn)流程,不加入二氯異氰尿酸鈉,直接用石灰調(diào)節(jié)溶液pH=9、10、11、12左右,攪拌反應(yīng)10 min后再用聚合硫酸鐵溶液調(diào)節(jié)pH=8左右,攪拌反應(yīng)10 min后最后加入適量PAM,進(jìn)行固液分離后對(duì)清液化驗(yàn)分析。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

        從表2可以看出,不加二氯異氰尿酸鈉的情況下,通過提高pH值,溶液中的部分超標(biāo)元素可以通過水解—混凝—沉淀達(dá)到去除的目的,但是仍有部分元素如Mn無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),Ni需要在較高pH值條件下才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

        表2 不加二氯異氰尿酸鈉時(shí)pH值對(duì)超標(biāo)元素去除效果的影響 mg/L

        按照試驗(yàn)流程開展二氯異氰尿酸鈉用量試驗(yàn),先分別加入二氯異氰尿酸鈉0.05、0.1、0.2 g/L,攪拌反應(yīng)10 min后再用石灰調(diào)節(jié)溶液pH=11左右,攪拌反應(yīng)10 min后再用聚合硫酸鐵溶液調(diào)節(jié)pH=8左右,攪拌反應(yīng)10 min后最后加入適量PAM,進(jìn)行固液分離后對(duì)清液化驗(yàn)分析。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

        表3 二氯異氰尿酸鈉用量對(duì)超標(biāo)元素去除效果的影響 mg/L

        從表3分析結(jié)果可以看出,只需要添加少量的二氯異氰尿酸鈉,再調(diào)節(jié)溶液pH到11時(shí),各重金屬元素都可以降到標(biāo)準(zhǔn)以下,特別是對(duì)Mn、Fe的去除效果明顯,而且氨氮的值也有所下降。為增強(qiáng)工藝的抗沖擊能力,綜合考慮確定二氯異氰尿酸鈉用量為0.1 g/L。

        3.2 pH值對(duì)超標(biāo)元素去除效果的影響

        按照試驗(yàn)流程,先加入二氯異氰尿酸鈉0.1 g/L,再用石灰調(diào)節(jié)溶液pH=9、10、11、12左右,攪拌反應(yīng)10 min后再用聚合硫酸鐵溶液調(diào)節(jié)pH=8左右,攪拌反應(yīng)10 min后最后加入適量PAM,進(jìn)行固液分離后對(duì)清液化驗(yàn)分析。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

        表4 pH值對(duì)超標(biāo)元素去除效果的影響 mg/L

        從表4分析結(jié)果可以看出,在添加0.1 g/L的二氯異氰尿酸鈉后,只需調(diào)節(jié)溶液pH到9左右時(shí),各重金屬元素都可以降到標(biāo)準(zhǔn)以下。為增強(qiáng)工藝的抗沖擊能力,綜合考慮確定pH值控制在10~11。

        3.3 12組水樣驗(yàn)證處理效果

        條件試驗(yàn)確定的工藝參數(shù)為:二氯異氰尿酸鈉用量0.1 g/L,加石灰調(diào)節(jié)pH在10~11范圍,聚合硫酸鐵溶液調(diào)節(jié)pH=8左右。

        根據(jù)確定的工藝參數(shù)對(duì)12組水樣全部進(jìn)行了驗(yàn)證,12組水樣處理效果見表5。

        表5 12組水樣驗(yàn)證試驗(yàn)處理結(jié)果 mg/L

        從表5的分析數(shù)據(jù)可以看出,該工藝對(duì)礦井水處理效果較好,12組礦井水樣經(jīng)處理后各指標(biāo)可穩(wěn)定達(dá)到相關(guān)水質(zhì)要求。

        試驗(yàn)產(chǎn)生水解渣量按污染物濃度相對(duì)較高的8#水樣統(tǒng)計(jì)干渣量約為0.21 g/L,濕渣量按水量5 000 m3/d、含水率70%測(cè)算約為3.5 t/d。

        4 藥劑成本核算

        本再生處理試驗(yàn)過程中用到的藥劑包括二氯異氰尿酸鈉、石灰、聚合硫酸鐵、PAM,系統(tǒng)藥劑成本計(jì)算見表6。

        表6 康家灣礦礦井水再生處理試驗(yàn)藥劑成本

        5 結(jié)論

        1.康家灣礦礦井水采用“氧化—水解—混凝—沉淀—過濾”工藝處理效果良好,出水可穩(wěn)定達(dá)到地表Ⅲ類水質(zhì)和再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求,工藝抗沖擊性能好。

        2.二氯異氰尿酸鈉預(yù)氧化除鐵錳效果良好,還可以降低重金屬水解沉淀的pH值。

        3.該工藝藥劑用量為二氯異氰尿酸鈉0.1 kg/m3,石灰用量0.2 kg/m3,聚合硫酸鐵0.2 kg/m3,PAM0.000 5 kg/m3,綜合藥劑成本為1.049元/m3,經(jīng)濟(jì)可接受性好。

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