专利名称：酸性矿山废水处理及废水中铁、铝、铜、锌的资源化回收系统的制作方法
技术领域：
本发明属于废水治理领域，特别是涉及一种酸性矿山废水处理及废水中铁、铝、 铜、锌的资源化回收系统。
背景技术：
金属矿山酸性废水(acid mine drainage，AMD)是硫化矿和磁黄铁矿在空气、水和微生物作用下，发生溶浸、氧化、水解等一系列物理化学反应，形成含大量重金属离子和硫酸根阴离子的黄棕色酸性废水。在许多国家酸性矿山废水普遍对环境造成了严重影响。酸性矿山废水排出后会腐蚀管道、水泵、钢轨等矿井设备和混凝土结构；使水体酸化，消耗水中的溶解氧，造成河流、湖泊等水体的污染；还会造成农田土壤的污染而导致植被枯萎、死亡，农作物减产，生物绝迹，特别是对鱼类、藻类构成极大威胁，更严重的是重金属还会通过食物链的富集直接危害人类的健康。为此，世界各国为治理酸性矿山废水，对酸性矿山废水的成因及治理方法进行了大量的研究。提出了各种处理酸性矿山废水的方法，如湿地法，但此法占地面积大，受环境的影响也大，处理不彻底，逸出的硫化氢对环境有污染；另外如电化学、铁氧体法、离子浮选法、离子树脂交换法、膜法等，这些方法技术上都是可行的，但是成本很高，目前的研究主要还是在实验室或者是小规模废水处理。传统上处理酸性矿山废水最常用的方法是中和法通过化学方法中和酸性物质， 使金属离子形成硫化物、氢氧化物和碳酸盐沉淀而去除。但这种方法处理后的渣量大，含水率高，易造成二次污染，废水中的重金属离子只是转移到废渣中而并没有被除去，它们在自然界也无法被生物降解，进入环境后就在环境中积累从而造成长期污染。例如中国专利 矿山含硫矿物、As、Hk Cd废水的处理工艺(申请号201010136085. 8)，公开了一种通过中和、混凝，控制PH在8. 6-9. 5之间，沉淀去除重金属，使出水达到《农田灌溉水质标准》的方法，但是该工艺对废水中重金属离子没有进行有效的分离回收，易产生二次污染；又如中国专利酸性矿山废水中锌铁锰分离及回收的方法(申请号200910044501. 9)，公开了一种采用机械活化硫铁矿吸附，氧化沉淀以及中和沉淀处理酸性矿山废水，使废水中锌、铁、 锰得到分离与回收的方法，但该方法使用硫铁矿吸附除锌，硫化物沉淀物颗粒小，易产生胶体，给分离带来困难，硫化剂在水中残留，过量的硫与某些重金属离子会生成溶于水的络合离子而降低处理效果，与HCl、等酸接触，会产生有害硫化氢气体，造成空气污染，对人体产生危害。
发明内容
针对目前我国金属矿山酸性废水处理存在的弊端，基于金属离子在不同pH值下沉淀的差异性，结合铜与锌与含硫有机螯合剂反应的溶度积(ksp)不同，采用分段沉淀法， 开发了一种既能消除酸性矿山废水污染，又可回收废水中的主要金属的工艺系统，消除了废渣二次污染的隐患，并且对处理后水中存在的硫酸盐进行了回收利用，处理后的水可以进入选矿生产水池回用。为实现本发明目的，本发明矿山酸性废水的处理及废水中铁、铝、铜、锌的资源化回收系统采用下述技术方案本发明系统由除铁系统、除铝系统、除铜系统、除锌系统、1#沉淀池、姊沉淀池顺次连接而成，其中除铁系统的进水口作为引入所处理矿山酸性废水的进水口，所述姊沉淀池的出水口作为处理后的清水的排出口，进入选矿生产水池回用；所述除铁系统由除铁池、固液分离机、铁渣回收池组成，首先向除铁池中加入质量分数为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，(速度为60 80r/min)，慢速搅拌1 5min，(速度为40 50r/min)， 静置30min。除铁池中沉淀采用离心机实现固液分离，得到铁渣，废水中铁实现分离与回收； 除铁池出水以及分离池出水均溢流至除铝系统；所述除铝系统由除铝池、浓缩机、铝渣回收池组成，向除铝池中加入质量分数为 30%氢氧化钠溶液，pH调至5 5. 5，充分混合搅拌，加入T-302高分子絮凝剂，快速搅拌 1 :3min，(速度为60 80r/min)，慢速搅拌1 5min，(速度为40 50r/min)，静置 30min。除铝池出水以及浓缩池出水均排入除铜系统，其中沉淀利用抽滤装置进行抽滤，实现铝渣的回收；所述除铜系统由除铜池、浓缩机、铜渣回收池组成，向除铜池中加入质量分数为 30%氢氧化钠溶液调节pH至6. 0 7. 0，混合搅拌，加入TMS-110金属分离剂和T-801高分子絮凝剂，快速搅拌1 3min，(速度为60 80r/min)，慢速搅拌1 5min，(速度为40 50r/min)，静置30min。除铜池出水以及浓缩池出水均排入除锌系统，其中沉淀利用抽滤装置进行抽滤，实现铜渣的回收；所述除锌系统由除锌池、浓缩机、锌渣回收池组成，向除锌池中加入质量分数为 30%氢氧化钠溶液调节pH至8.0 9.0，混合搅拌，加入T-801高分子絮凝剂，快速搅拌1 3min,(速度为60 80r/min)，慢速搅拌1 5min，(速度为40 50r/min)，静置30min。 除锌池出水以及浓缩池出水均排入1#天然沉淀池，其中沉淀利用抽滤装置进行抽滤，实现锌渣的回收；除锌系统出水在1#沉淀池沉淀1 2小时后，上清液进入2#沉淀池，沉淀时间 2 3小时，上清液进入硫酸钠回收池，对硫酸钠进行回收，处理后的水进入选矿生产水池回用。上述技术方案中，所述T-301高分子絮凝剂为分子量1400万阴离子聚丙烯胺溶液 (0. 1% )；上述技术方案中，所述T-302高分子絮凝剂为分子量1600万阴离子聚丙烯胺溶液 (0. 1% )；上述技术方案中，所述T-801高分子絮凝剂为分子量600-1800万非离子聚丙烯胺溶液(0. 1% )；上述技术方案中，所述TMS-110金属分离剂为含硫有机螯合剂(2.10%)。根据实际需要，本发明可以相应的在各单元工艺中选择加入絮凝剂，加入絮凝剂之前可以投加一定量的混凝剂，包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等，加快沉降速度，降低渣的含水量。本发明加入TMS-110金属分离剂目的是实现该单元内需要回收金属与其它金属的有效分离，提高回收效率，减少后续操作。本发明的有益效果(1)本发明通过对铁、铝、铜、锌的有效分离，对四种金属分别进行了回收，一方面资源得到了有效利用，另一方消除了废渣带来二次污染的隐患。(2)本发明工艺简单，废水处理效果好，运行稳定。(3)本发明处理成本低，基建投资省，能耗和运行费用低。
图1为本发明提出的酸性矿山废水处理及废水中铁、铝、铜、锌的资源化回收系统流程图。图中各标号为1-废水池，2-除铁池，3-除铝池，4-除铜池，5-除锌池，6-离心机， 7,8,9-浓缩机，10-1#沉淀池，11-2#沉淀池，12-铁渣回收池，13，14，15-抽滤装置，16-铝渣回收池，17-铜渣回收池，18-锌渣回收池，19-硫酸钠回收池，20-选矿生产水池，21-液碱池，22-除铁池药剂，23-除铝池药剂，24-除铜池药剂，25-除锌池药剂。
具体实施例方式为进一步描述本发明，下面以某矿山酸性废水为处理对象，结合附图和实施例对本发明矿山酸性废水的处理及废水中铁、铝、铜、锌资源化回收系统作进一步的说明。该矿山废水pH值在2. 2，导电率为7300 μ S/cm，其它各组分及含量见下表1 表1某铜矿酸性矿山废水水质情况
组分Fe悬浮物TSS硫酸根氯化物CaNaMgAl含量(mg/L)932513900899024.240366.6473435组分MnCuBaBZnAsSrPb活性硅含量(mg/L)22.42150.060.0027170.0354.570.003657.8实施例11、矿山酸性废水3000mL由1废水池，进入2除铁池，用21液碱池中30%氢氧化钠溶液调节PH至4，混合搅拌，再加入T-301高分子絮凝剂9. OmL,搅拌速度为70r/min搅拌 lmin，搅拌速度为40r/min搅拌5min，静置30min。沉淀使用6离心机进行固液分离，滤液及除铁池的的上清液进入3除铝池，沉淀铁渣在12铁渣回收池进行回收。2、除铝池中的除铁溶液，用30 %氢氧化钠溶液调pH5. 2，混合搅拌，加入T-302 高分子絮凝剂7mL，搅拌速度为70r/min搅拌lmin，搅拌速度为40r/min搅拌5min，静置 30min。沉淀首先采用7浓缩机进行浓缩后，再采用13抽滤装置进行抽滤，抽滤后铝渣进入 16铝渣回收池，实现铝渣的回收；除铝池出水以及浓缩池出水均排入4除铜池。3、除铜池中，除铁、铝溶液先用氢氧化钠溶液调pH5. 6 5. 8，加2. 10% TMS-110金属分离剂6. OmL,充分混合搅拌，再用氢氧化钠溶液调pH6. 0，再加T-801高分子絮凝剂 6. OmL,搅拌速度为70r/min搅拌lmin，再于搅拌速度为40r/min搅拌5min，静置30min。沉淀首先采用8浓缩机进行浓缩后，再采用14抽滤装置进行抽滤，抽滤后铜渣进入17铜渣回收池，实现铜渣的回收；除铜池出水以及浓缩池出水均排入5除锌池。4、除锌池中，用氢氧化钠溶液调pH9. 0，混合搅拌，静置30min，沉淀首先采用9浓缩机进行浓缩后，再采用15抽滤装置进行抽滤，抽滤后锌渣进入18锌渣回收池，实现锌渣的回收；除锌池出水以及浓缩池出水均排入10-1#沉淀池。5、出水经沉淀后回用。除锌池出水以及压滤水在1#沉淀池静置2小时后，上清液进入11- 沉淀池，继续静置2小时，上清液进入19硫酸钠回收池，对硫酸钠进行回收，出水进入20选矿生产水池回用。经测定回收的铁、铝、铜和锌渣中铁、铝、铜和锌的含量分别为39. 72%、17. 13%,
15.71%和 33. 64%，回收率分别达到 97. 6%,94. 2%,45. 7%和 64. 4% 实施例21、矿山酸性废水3000mL由1废水池，进入2除铁池，用21液碱池中30%氢氧化钠溶液调节PH至3. 8，混合搅拌，再加入T-301高分子絮凝剂9. OmL,搅拌速度为65r/min搅拌lmin，搅拌速度为45r/min搅拌5min，静置30min。沉淀使用6离心机进行固液分离，滤液及除铁池的的上清液进入3除铝池，沉淀铁渣在12铁渣回收池进行回收。2、除铝池中的除铁溶液，用30%氢氧化钠溶液调pH5. 6，充分混合搅拌，再加 T-801高分子絮凝剂6mL，搅拌速度为65r/min搅拌lmin，搅拌速度为45r/min搅拌5min， 静置30min。沉淀首先采用7浓缩机进行浓缩后，再采用13抽滤装置进行抽滤，抽滤后铝渣进入16铝渣回收池，实现铝渣的回收；除铝池出水以及浓缩池出水均排入4除铜池。3、除铜池中，除铁、铝溶液先用氢氧化钠溶液调pH6. 0 6. 2，加2. 10% TMS-110 金属分离剂5. 2mL,充分混合搅拌，再用氢氧化钠溶液调pH6. 5，再加T-801高分子絮凝剂 6. OmL,搅拌速度为70r/min搅拌lmin，搅拌速度为40r/min搅拌5min，静置30min。沉淀首先采用8浓缩机进行浓缩后，再采用14抽滤装置进行抽滤，抽滤后铜渣进入17铜渣回收池，实现铜渣的回收；除铜池出水以及浓缩池出水均排入5除锌池。4、除锌池中，用氢氧化钠溶液调pH9. 0，混合搅拌，静置30min，，沉淀首先采用9浓缩机进行浓缩后，再采用15抽滤装置进行抽滤，抽滤后锌渣进入18锌渣回收池，实现锌渣的回收；除锌池出水以及浓缩池出水均排入10-1#沉淀池。5、出水经沉淀后回用。除锌池出水以及压滤水在1#沉淀池静置2小时后，上清液进入11- 沉淀池，继续静置3小时，上清液进入19硫酸钠回收池，对硫酸钠进行回收，出水进入20选矿生产水池回用。经测定回收的铁、铝、铜和锌渣中铁、铝、铜和锌的含量分别为37. 83%U7. 58%,
16.52%禾口 34. 43%，回收率分别达到 92. 5%,99. 2%,55. 7%禾口 65. 8% 0
权利要求
1.一种酸性矿山废水处理及废水中铁、铝、铜、锌的资源化回收系统，其特征在于该系统由除铁系统、除铝系统、除铜系统、除锌系统、1#沉淀池、姊沉淀池顺次连接而成其中除铁系统的进水口作为引入所处理矿山酸性废水的进水口，所述姊沉淀池的出水口作为处理后的清水的排出口，进入选矿生产水池回用；所述除铁系统由除铁池、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，除铁池出水以及分离池出水均溢流至除铝系统；所述除铝系统由除铝池、浓缩机、铝渣回收池组成，向除铝池中加入30%氢氧化钠溶液，PH调至5 5. 5，充分混合搅拌，加入T-302高分子絮凝剂，快速搅拌1 3min，慢速搅拌1 5min，静置30min，除铝池出水以及浓缩池出水均排入除铜系统，其中沉淀采用抽滤装置进行抽滤；所述除铜系统由除铜池、浓缩机、铜渣回收池组成，向除铜池中加入30%氢氧化钠溶液调节pH至6. 0 7. 0，混合搅拌，加入TMS-110金属分离剂和T-801高分子絮凝剂，快速搅拌1 3min，慢速搅拌1 5min，静置30min。除铜池出水以及浓缩池出水均排入除锌系统，其中沉淀采用采用抽滤装置进行抽滤；所述除锌系统由除锌池、浓缩机、锌渣回收池组成，向除锌池中加入30%氢氧化钠溶液调节pH至8. 0 9. 0，混合搅拌，加入TMS-110金属分离剂和T-801高分子絮凝剂，快速搅拌1 3min，慢速搅拌1 5min，静置30min。除锌池出水以及浓缩池出水均排入1#沉淀池，其中沉淀采用采用抽滤装置进行抽滤；除锌系统出水在1#沉淀池沉淀1 2小时后，上清液进入2#沉淀池，沉淀时间2 3 小时，上清液进入硫酸钠回收池，出水进入选矿生产水池回用。
2.一种按照权利要求1所述的酸性矿山废水处理及废水中铁、铝、铜、锌资源化回收系统，其特征在于所述T-301高分子絮凝剂为分子量1400万阴离子聚丙烯胺溶液(0. )； 所述T-302高分子絮凝剂为分子量1600万阴离子聚丙烯胺溶液(0. )； 所述T-801高分子絮凝剂为分子量600-1800万非离子聚丙烯胺溶液(0. )； 所述TMS-110金属分离剂为含硫有机螯合剂O. )。
全文摘要
本发明属于废水治理领域，特别是涉及一种酸性矿山废水处理及废水中铁、铝、铜、锌的资源化回收系统，其特征为系统由除铁系统、除铝系统、除铜系统、除锌系统、1#沉淀池、2#沉淀池顺次连接而成，基于金属离子在不同pH值下沉淀的差异性，结合铜与锌与含硫有机螯合剂反应的溶度积(ksp)不同，采用分段沉淀法，对铁、铝、铜、锌等进行了有效分离，实现了资源的回收利用，消除了废渣带来二次污染的隐患，处理废水达到回用标准，直接进入选矿生产水池回用。本发明工艺简单，废水处理效果好，运行稳定，且处理成本低，基建投资省，能耗和运行费用低，具有较广阔的应用前景。
文档编号C02F101/20GK102311189SQ20111023173
公开日2012年1月11日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者马前 申请人:马前, 马思睿