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尾矿污水处理工程
编辑:诸城市弘泰工贸有限公司   时间:2016-07-16

尾矿污水处理工程   

一、堆存尾矿的设施

尾矿库多由堤坝围堵而成,其中设有浮动扬水站或排水构筑物,以排出库中的尾矿澄清水和雨水。尾矿库的形式有三种:①山谷型,在谷口一面筑坝;②山坡型,利用山坡阶地两面或三面筑坝;③平地型,在平地四周筑坝。应尽量用山谷筑坝作尾矿库,既节省投资,又安全和便于管理。尾矿库的容量应能贮存选矿厂设计生产年限的全部尾矿量。

尾矿坝是尾矿设施中最重要的组成部分关系到尾矿的安全。尾矿坝随尾矿的陆续排入而加高,可分两期修筑:初期坝用当地土、石材料筑成透水坝,以利于尾矿排水固结;后期坝利用尾矿堆积,一般向上游加高修筑,也有向下游筑坝或中间加高筑坝的。对于细颗粒尾矿,为提高坝身材料的粒度,常用水力旋流器将尾矿分级,高浓度的粗粒尾矿用于筑坝,溢流排入尾矿库。

二、尾矿水和废水处理

尾矿库排出的澄清水,一部分通过回水系统返回选矿厂供生产使用,其余部分排放到下游河道。利用尾矿回水可节省新水耗量,减少环境污染。一般选矿厂尾矿水回水率达60~80%,有的可达90%以上。排放到下游河道的尾矿水水质应符合工业”废水”排放标准。选矿厂的尾矿水所含有害物质,来源于选矿过程中加入的浮选药剂、矿石中的金属元素和可溶性化合物,常见的有氰化物、黄药、黑药、松根油、酚、煤油、柴油等及铜、铝、砷、锌、汞、磷、铬、镉等离子。当排放的尾矿水中有害物质含量超过工业“废水”排放标准时,须进行净化处理。废水处理方法有:①物理方法,如沉淀、浮选、过滤、吹脱、磁力分离等;②化学方法,如中和、氧化还原、离子交换、吸附、萃取等;③生物化学方法,如好氧生物化学处理、厌氧生物化学处理、消毒处理等。

防止废水污染的根本办法是减少有害物质的排放量。70年代以来,用无毒药剂代替有毒药剂,如实行无氰浮选工艺,尽量利用尾矿回水,开展对废水中有害物质的回收利用研究。

三、尾矿的综合利用 

选矿厂的尾矿量很大,堆存尾矿需占用大量土地,自然干燥后的尾矿随风飞扬,造成污染,应设法综合利用,途径有:

①尾矿再选 许多现在开采的原矿,品位低于老尾矿,老尾矿已经磨细,可节省开采和破碎、磨矿成本。60年代以来各国都非常重视尾矿的再选。如泰国的钨、锡尾矿再选得出钨、锡、钽、铌等精矿。中国云南、广西等地的锡矿也进行尾矿再选。

②利用尾矿作井下充填料 分水砂充填和胶结充填,后者加入水泥或其他胶凝材料,使松散的尾矿凝聚成具有一定强度的整体。作充填料的尾矿中,小于0.02mm粒度的细泥含量要少,一般利用水力旋流器预先脱泥。

③尾矿制砖、制水泥或作建筑材料的掺合料 中国一些铁矿石选矿厂的高硅尾矿用于制硅酸盐砖和做掺合料制作加气混凝土制品。含方解石、石英为主的尾矿可用作水泥的原料。

④利用尾矿作玻璃、陶瓷原料和其他材料 含石英或长石为主的尾矿可以作为玻璃、陶瓷原料。尾矿还可用作各种耐火材料、陶粒、铸石、型砂的原料。

⑤利用尾矿库复田和种植农作物 在用完的尾矿库上覆土造田和种植农作物,能避免尾矿流失,防止尾矿污染江河,增加农业耕种面积。中国坂潭矿从1964~1975年利用尾矿库复田1800余亩,为原征用田亩的75%,所复的田于四、五年后,水稻生产就可恢复到堆放尾矿前的产量,取得很好的经济效益(见矿山土地复用)。

⑥尾矿就地堆浸 利用露天氧化及酸性矿坑水加少量硫酸,对硫化铜矿等尾矿进行就地堆浸,从中回收有价金属。

四、尾矿池水处理技术

尾矿池是大容积的沉淀-贮存池,可以利用地形设置在峪谷、坡地、河滩或平地上,以堤坝围筑而成。池内设置排水井和排水管,或沿边缘开设排水沟,尾矿水在池内澄清净化后溢流排出。尾矿水中的悬浮物沉淀在池底部贮存。废水在池内至少停留一昼夜。此法可有效地去除废水中的悬浮物,重金属和浮选药剂含量也有所降低。停留时间愈长,处理效果愈好。尾矿池溢流水可循环使用。重选、磁选和单一金属矿的简单浮选,对水质要求不高,水循环利用率可达80%,或完全不排水。当尾矿颗粒极细以及部分呈胶体状态,可向尾矿水中投加混凝剂以加速澄清过程和提高处理效果。如在尾矿水中投加石灰,可去除60~70%的黄药和黑药。

尾矿池上清液如达不到排放标准时,应作进一步处理。常采用的处理方法有:①去除重金属可采用石灰中和法和焙烧白云石吸附法。去除 1毫克铜需石灰0.81毫克,1毫克镍需石灰0.88毫克,pH要求控制在8.5以上。用粒度小于 0.1毫米的焙烧白云石吸附可去除铜、铅离子。去除1毫克铜需白云石25毫克,1毫克铅需白云石2.5毫克。②去除浮选剂用矿石吸附法,采用铅锌矿石可吸附有机浮选剂,去除1毫克有机浮选剂需铅锌矿石200毫克。用活性炭吸附法处理更为有效,但价格昂贵。③含氰废水主要采用化学氧化法,如漂白粉氧化法;也可用硫酸亚铁石灰法和铅锌矿石法除氰,每克氰加200克矿石,可去除简单氰化物约90%,或复合氰化物约70%。高浓度含氰废水可以回收氰化钠。采用铅锌矿石和石灰法净化尾矿池溢流水的工艺流程如图。


 

废水水量、水质及排放要求(处理程度)

1、水量

在磷矿选矿的过程中,由于工艺的不同产生的废水量也不相同,但是最终尾矿废水及由其他作业过程排出的污水都需处理,以防止污染环境,便于回收再用,是选矿厂生产系统中不可分割的一个环节。

尾矿库排出的澄清水,一部分通过回水系统返回选矿厂供生产使用,其余部分排放到下游河道。利用尾矿回水可节省新水耗量,减少环境污染。排放到下游河道的尾矿水水质应符合工业”废水”排放标准。选矿厂的尾矿水所含有害物质,来源于选矿过程中加入的浮选药剂、矿石中的金属元素和可溶性化合物,常见的有氰化物、黄药、黑药、松根油、酚、煤油、柴油等及铜、铝、砷、锌、汞、磷、铬、镉等离子。当排放的尾矿水中有害物质含量超过工业“废水”排放标准时,须进行净化处理。

同时,尾矿为露天堆放,在雨天时由于雨水的冲刷以及渗漏,也会产生大量的高浓度含磷废水,该部分污染物浓度超标,需净化处理后排放或会用。

目前该磷矿尾矿废水晴天日产生量约为150吨/天,雨天雨水冲刷尾矿的废水收集量约为300吨/天。现要求新建废水处理站一座,对尾矿工艺废水及雨水冲刷废水进行处理。本工程设计流量按调剂后的出水流量设计,设计采用连续流处理,设计处理污水量为:

Qd=200m3/d

平均小时流量:Qh=8.33m3/h

2、水质

根据实际监测,废水水质成份及含量为:

表1  某地磷矿尾矿废水水质成份表

BOD5(mg/l)  CODcr(mg/l)  SS(mg/l)  TP(mg/l)  NH3-N(mg/l)   pH

 257              300           320       126         15~25        6.0~9.0

3、排放要求

某地磷矿废水处理后考虑回用,根据工业回用水水质标准,确定废水处理站出水水质标准执行:《污水综合排放标准》(GB8978-1996);同时,考虑回用水系统事故及其它原因导致出水不能回用时,废水处理站出水只能排入受纳河体,磷矿尾款废水处理后排放的受纳河流为该县生活用水备用水源,因此磷矿尾矿废水必须处理达标后排放,执行《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准。

工艺选择

1、原则及要求

工业废水治理是水污染防治的重要内容,废水处理工艺方案的优化、选择对工程的总投资,运行费用、运行的稳定性最为关键,因此必须从整体优化的观念出发,结合设计规模、污水水质特性以及当地的实际条件和要求,选择切实可行且经济合理的处理工艺方案。

2、设计思路及方案确定

20世纪70年代以来,国外在限磷、禁磷过程中开发过一些含磷废水的处理方法,如金属型粒子交换树脂除磷法、变换电极极性的电解除磷法、生物除磷法等。在工业化应用上,国外比较成熟的技术是生化除磷法,即通过厌氧—好氧过程除磷,由于该法条件控制苛刻,一次投资费用太高,限制了它在国内的应用和发展,而含磷废水采用无机或有机高分子絮凝剂混凝沉淀进行处理,因其投资省,处理费用低的特点,受到普遍青睐。

目前,国内、外污水除磷技术主要归结为生物法、化学法两大类。生物法如A/0、A2/0、UCT工艺,主要处理低浓度及有机态含磷废水。化学法主要有混凝沉淀法、结晶法、粒子交换吸附法、电渗析、反渗透等工艺,主要适用于处理无机态含磷废水。

化学沉淀法是通过投加化学沉淀剂与废水中的磷酸盐生成难溶沉淀物,再把磷分离出去,同时,在此过程中形成的絮凝体对磷也有吸附吸附取出作用。常见的混凝沉淀剂有石灰、明矾、氯化铁、石灰与氯化铁的混和物。

从含磷废水中除磷的方法有:化学沉淀法、活性污泥法、气浮法、反渗透法等。其中,气浮法要求调节一定的水压气压,控制上浮速度等,操作技术难度较大,而且对比重大于1的物质去除率较低;活性污泥法中,溶解氧的控制、污泥龄以及C/P比值的确定是其技术关键,难以掌控;反渗透法处理成本较高。

本工程废水主要的污染物为高浓度无机磷,由于有机物浓度较低,同时从技术经济角度考虑,采用生物处理法处理高浓度含磷废水不具优势;由于我国水处理专家对絮凝沉淀剂的研究,化学沉淀除磷法已经得到了很大的发展,且采用化学沉淀法具有占地少、投资小、运行稳定可靠、运行操作控制简单的特点,对高浓度含磷废水的处理具有较大优势。本设计考虑采用(混凝沉淀+砂滤)的化学沉淀法处理某地磷矿尾矿废水。

工艺设计

1、工艺简述

废水中的磷主要是以溶解性磷酸二氢锰铁、磷酸二氢锌等无机盐的形式存在,且大部分有机磷和聚磷酸盐可在处理过程中转换为正磷酸盐的形式,正磷酸盐可被化学沉淀,因此,利用磷酸盐的沉淀作用可以有效的去除磷化废水中的磷。在起化学沉淀作用的化学药剂中有铁盐、铝盐和钙盐(石灰等),而石灰是最廉价的化学药剂,其原理是:磷酸氢根粒子在OH-的存在下,与石灰中的钙粒子反应,其主要反应机理为:

2Ca(OH)2→2Ca2++4OH-

2Ca2++HPO42-+4OH-→CaHPO4(OH)2↓+2OH-

4CaHPO4(OH)2+2Ca2++2HPO42-→Ca10(PO4)(OH)2↓+6H2O

PO43-能与许多金属离子生成沉淀,沉淀的生成与PO43-的浓度有关,而PO43-的浓度与溶液的PH值有关,它随PH值的升高而增大,因此,絮凝沉淀法除磷的关键是PH值的控制。

2、工艺流程设计

拟采用混凝沉淀+砂滤工艺对该废水进行二级生物处理,达标后排放。混凝沉淀+砂滤工艺是一种先进、成熟的二级污水处理工艺,去除有机物及脱氮除磷的效果较好,产生的污泥量较小且稳定性好。整个工艺运行稳定,管理方便。

混凝沉淀+砂滤工艺流程如图所示:


    3、处理工艺流程说明

某地磷矿尾矿废水经收集以后排之调节池,对水质、水量进行调节,减小后续处理构筑物的水质、水量冲击负荷,调节池内废水的停留时间一般考虑为6h,考虑到本工程所处地理位置及当地气候条件,设计停留时间为8h,调节池出水经泵提升至隔板反应槽,在此投加石灰乳调节废水中的PH值,使之处于磷酸根离子高效结晶PH段,同时在反应池中投加定量CaCl2和PAM复合混凝剂,污染物和混凝剂充分反应;反应槽出水在斜管沉淀池中沉淀,在此过程中去除绝大部分絮体;沉淀后出水不能完全达标,需在沉淀池后增加砂滤罐去除余磷和其他有机类污染物,进一步改善水质,使之达到国家规定的排放标准。

经砂滤后的净化水排至回用水池,由于化学沉淀磷要求在高PH值的条件下进行,所以,在后续处理中要加酸中和,设计在回用水池中加酸中和,中和后的净化水经回用泵站提升至选矿区进行回用。

在水处理的过程中,斜管沉淀池和砂滤罐会产生一定量的污泥,该部分污泥在污泥储池中储存,经过污泥脱水机脱水外运,污泥脱水机为间歇运行。

在整个水处理系统中,控制系统考虑采用PLC自动控制系统,药剂的投加可通过PLC控制系统、PH测控系统、电磁阀实现自动控制,操作管理简单。

(四)主要工艺简介

1、调节池

调节池主要是起均化水质、水量的作用,提高系统对水质、水量的缓冲能力,防止系统负荷的急剧变化,保证废水处理系统的正常运行。

根据设计污水平均日流量为200m3/d,取调节池容积为12小时的废水平均流量即100m3,故调节池容积 V=100m3。

从水力角度考虑,为防治污水中悬浮物的沉淀和使水质均匀,在调节池中设置导流墙和水力推流器,调节池出水经水泵提升至后续处理构筑物。提升泵采用两台潜水排污泵,一用一备。本设计采用专用搅拌设备进行搅拌。根据调节池的有效容积,搅拌功率一般采用1m3污水4~8W选配搅拌设备。本工程搅拌设备的总功率为0.8 Kw。

2. 搅拌反应槽

搅拌反应槽主要是对废水中污染物和混凝剂充分反应,搅拌反应槽采用机械混合。搅拌反应槽分四格,第1、2、3格中分别投加Ca(OH)2、PAM。单格反应时间为8min,1、2格反应槽搅拌机转速为60r/min,第3、4格反应槽搅拌机转速为20r/min。本处理段需要加药,故设置溶药加药装置。

3、沉淀池

沉淀池采用升流式异向流斜管沉淀池。

设计流量:按泵后流量,即平均小时流量设计,Q=8.33m3/h

设计表面负荷:q=3m3/m2.h

斜管沉淀池设计设计沉淀时间为2h

斜管沉淀池的设备材料主要是斜管及斜管支架,斜管采用UPVC斜管,共10m2。

沉淀池内污泥采用污泥泵提升排除。

砂滤罐

砂滤罐采用石英砂过滤废水,滤速为16m/hr,三天反冲一次,反冲时间为10min。砂滤罐结构形式为钢质,为成套设备。

5、回用水池

回用水池设计容积为100m3。处理后净化水经水泵提升后回用。提升泵的流量为8.0m3/h,设计扬程为80m。

6、污泥储池

处理过程中沉淀池和砂滤罐产生污泥,污泥在储池中储存。污泥储池的平面尺寸为3mX3m,设计高度为3m。污泥储池的结构形似为钢筋混凝土结构。


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