谷艷玲,鄧云武,馮 寅(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司,云南 昆明 650051)
鉛鋅選礦廢水處理工藝研究概述
谷艷玲,鄧云武,馮寅
(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司,云南昆明650051)
摘要:鉛鋅是重要的有色金屬資源。鉛鋅選礦廢水的凈化處理與回水利用,不僅可以消除污染,還能節(jié)約水資源,具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。通過(guò)闡述鉛鋅選礦廢水處理工藝研究的最新進(jìn)展,指出鉛鋅廢水的凈化技術(shù)及回用技術(shù)均兼具明顯的優(yōu)缺點(diǎn),在新廠建設(shè)及老廠改造過(guò)程中應(yīng)從實(shí)際出發(fā),制定切實(shí)可行的技術(shù)方案,使鉛鋅選礦廢水的處理更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保。
關(guān)鍵詞:鉛鋅選礦;廢水處理工藝;回水利用
鉛鋅作為重要的戰(zhàn)略資源,廣泛應(yīng)用于電氣、化工、石油等行業(yè)。鉛鋅選礦作為鉛鋅生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),在為鉛鋅工業(yè)提供原材料的同時(shí),也產(chǎn)生了大量的鉛鋅選礦廢水。這些廢水成分極為復(fù)雜,除了含有Pb、Zn等重金屬離子之外,還殘留了大量的選礦藥劑,極易污染土壤和水源,造成生態(tài)系統(tǒng)破壞,直接影響人類的正常生活。
面對(duì)世界水資源的匱乏和環(huán)境破壞的壓力,工業(yè)廢水排放的標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管將越發(fā)嚴(yán)格。鉛鋅選礦廢水作為一種典型的廢水資源,其凈化和循環(huán)再利用更是現(xiàn)在和未來(lái)研究探討的熱點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)鉛鋅選礦廢水的無(wú)污染排放與循環(huán)利用,是企業(yè)實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的必經(jīng)之路,具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
鉛鋅廢水中的Pb、Zn等重金屬離子來(lái)源于礦石;石灰、黃藥、2#油等來(lái)源于選礦過(guò)程中添加的藥劑,同時(shí)在廢水中還存在著大量的懸浮物。廢水中的這些物質(zhì)相互作用,導(dǎo)致廢水處理的難度加大。目前,鉛鋅選礦廢水凈化的方法主要有以下幾種。
1.1自然凈化法
自然凈化法是指將廢水置于自然環(huán)境之中,利用自然的凈化能力,將廢水中的有害物質(zhì)分解,進(jìn)而達(dá)到水體凈化的目的??琢顝?qiáng)等[1]對(duì)鉛鋅選礦廢水的自然降解過(guò)程進(jìn)行了試驗(yàn),其結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 廢水自然降解試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Natural degradation of wastewater
自然降解法可以分解鉛鋅選礦廢水中的有害物質(zhì),并且操作簡(jiǎn)單,成本較低。但是自然降解所需要的周期長(zhǎng),影響其推廣應(yīng)用。
1.2混凝沉降—吸附法
混凝沉降—吸附工藝主要分為2個(gè)部分:混凝沉降和吸附。通過(guò)加入混凝劑,可以沉降鉛鋅選礦廢水中的重金屬離子;通過(guò)吸附劑可以去除廢水中殘留的選礦藥劑,降低水體的COD值。目前,可作為混凝劑的主要有聚丙烯酰氨、明礬、硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵和聚合硫酸鋁等;可作為吸附劑的主要有活性炭等。
董棟等[2]利用混凝沉降—吸附工藝處理廣西某鉛鋅選礦廠尾礦庫(kù)廢水,當(dāng)聚凝劑聚合硫酸鋁的用量為40 mg/L(以Al計(jì))時(shí),Pb的去除率高達(dá)87%以上;當(dāng)沉降后的廢水以100 mg/L活性炭作為吸附劑進(jìn)行吸附處理后,最終得到水體的Pb去除率為93.24%,浮選藥劑的去除率為56.32%。周李蕾等[3]利用混凝沉降—吸附法對(duì)會(huì)理鉛鋅選礦廢水進(jìn)行了處理,實(shí)現(xiàn)了選礦廢水的再生利用,消除了廢水對(duì)環(huán)境的影響,產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
混凝沉降—吸附工藝流程簡(jiǎn)單,便于操作,而且涉及到的沉降和吸附過(guò)程成本較低,經(jīng)濟(jì)性好。雖然利用該方法可以去除廢水中大部分Pb,但吸附過(guò)程對(duì)選礦藥劑的脫除效果并不理想。
1.3混凝沉降—氧化—吸附法
為了解決混凝沉降—吸附法不能完全去除鉛鋅選礦廢水中選礦藥劑的問(wèn)題,研究者們?cè)诨炷两岛臀?個(gè)過(guò)程之間加入了1個(gè)氧化過(guò)程,通過(guò)添加氧化劑,將廢水中的有機(jī)試劑氧化,進(jìn)而達(dá)到徹底去除的目的。目前可以作為氧化劑的藥劑主要有二氧化氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣和Fenton試劑等。
陳代雄等[4]通過(guò)混凝沉降使微細(xì)顆粒凝聚成團(tuán),去除了大部分選礦藥劑和重金屬離子;沉降后得到的廢水在調(diào)節(jié)pH值后,通過(guò)加入氧化劑將廢水中殘余的有機(jī)物、硫化物和氧化物等有害物質(zhì)脫出。彭新平等[5]以硫化鉛鋅礦選礦廢水為處理對(duì)象,通過(guò)混凝沉降—氧化—吸附法處理,去除了廢水中的懸浮顆粒、重金屬離子和選礦藥劑等有害物質(zhì),經(jīng)處理后的廢水達(dá)到了國(guó)家規(guī)定的《GB 25466-2010鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求,具有重要的環(huán)保意義。
1.4生物膜法
生物膜法是指將微生物附著在載體表面形成微生物膜,然后利用這層微生物膜進(jìn)行廢水處理的方法。林偉雄等[6]以廣東省某硫化鉛鋅礦尾礦庫(kù)外排廢水為研究對(duì)象,探討了以黏膠材料生物載體作為掛膜載體的生物膜法處理廢水的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)溫度控制在6~13℃,水體停留時(shí)間為2 h時(shí),50 L外排廢水處理后的COD濃度僅在40 mg/L左右,達(dá)到了國(guó)家規(guī)定的《GB 25466 -2010鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
相比于混凝沉降—吸附法和混凝沉降—氧化—吸附法,生物膜法占地面積小,不產(chǎn)生大量污泥廢渣,可避免二次污染的問(wèn)題。但生物膜法對(duì)工作環(huán)境條件要求相對(duì)苛刻,適應(yīng)性差,進(jìn)而導(dǎo)致目前實(shí)際推廣應(yīng)用較少。
1.5人工濕地法
人工濕地處理污水并不是一個(gè)新鮮的概念,自上世紀(jì)人工濕地發(fā)展以來(lái),已用來(lái)處理世界各地的污水。利用人工濕地中的填料、植物、微生物的化學(xué)、物理和生物的協(xié)同作用,通過(guò)沉淀、微生物分解、過(guò)濾、吸附、吸收、氧化還原等過(guò)程,可實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的處理[7]。目前,人工濕地已經(jīng)成功應(yīng)用于鉛鋅選礦廢水的處理,多年前凡口鉛鋅礦濕地就已經(jīng)成功運(yùn)行,并取得了較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
高錦玲等[8]探討了凡口鉛鋅礦人工濕地重金屬分布特征。結(jié)果表明凡口鉛鋅礦寬葉香蒲人工濕地對(duì)Pd、Zn、Cu、Cd和Mn 5種金屬元素均具有良好的去除效果,濕地中的有機(jī)質(zhì)含量隨著流程逐漸降低,可溶性有機(jī)質(zhì)與金屬離子形成配合物,反映了金屬離子和有機(jī)質(zhì)絡(luò)合沉淀是人工濕地凈化廢水的有效途徑之一。董志成等[9]調(diào)查了銅綠山礦區(qū)人工濕地中蘆葦和Zn、Pb、Cd、Cu和 Cr 5種重金屬元素分布,結(jié)果表明濕地中的蘆葦對(duì)金屬具有吸收作用。通過(guò)比較生物富集系數(shù)發(fā)現(xiàn),植物的根部對(duì)重金屬的富集能力較強(qiáng),而莖、葉的重金屬富集能力較弱,容易富集Pd。
通過(guò)人工濕地系統(tǒng),不僅可以凈化廢水中難以利用傳統(tǒng)方法去除的重金屬離子,得到滿足國(guó)家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì),而且還可以創(chuàng)造優(yōu)美的景觀。此工藝綠色環(huán)保,可操作性強(qiáng),極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>
1.6其他方法
除以上幾種方法,還可以利用絮凝法、“以廢治廢”等方法處理鉛鋅選礦廢水。劉述忠等[10]利用JCSS絮凝劑(主要由珊瑚、貝殼、海藻化石、大理石、石膏、煤灰、碳水化合物等經(jīng)高溫加工后形成的超細(xì)粉末,工業(yè)品),通過(guò)一步沉降得到滿足生產(chǎn)要求的回水,實(shí)現(xiàn)了廢水的循環(huán)利用;汪順才等[11]以鉛鋅選礦尾礦為原料,木質(zhì)素和水玻璃作為添加劑,通過(guò)焙燒制備了具有一定強(qiáng)度的陶瓷顆粒。常溫下,利用此陶瓷顆粒對(duì)鉛鋅選礦廢水進(jìn)行吸附后,廢水中COD的去除率高達(dá)88.22%。此工藝不僅實(shí)現(xiàn)了鉛鋅選礦廢水的凈化,而且為選礦廢渣提供了更廣闊的出路,實(shí)現(xiàn)了“以廢治廢”,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣性。
鉛鋅選礦廢水經(jīng)過(guò)凈化處理,達(dá)到國(guó)家規(guī)定的《GB 25466-2010鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》,可以實(shí)施排放。但從經(jīng)濟(jì)角度分析,處理廢水需要成本,直接排放到自然界中必然會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失,放大選礦的成本。因此,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,在不影響選礦指標(biāo)的條件下,鉛鋅選礦廢水直接或者經(jīng)過(guò)一定處理之后,在不達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的情況下也可以返回選礦作業(yè)中。這樣既可以降低廢水處理的難度和成本,又可以節(jié)約新水資源,實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用,提高經(jīng)濟(jì)效益。
2.1尾砂庫(kù)溢流水全回水工藝
鉛鋅選礦廢水的來(lái)源十分廣泛,主要包括精礦溢流水、尾礦水以及選礦廠清洗水等[12]。尾砂庫(kù)溢流水全回水工藝是指將鉛鋅選礦的所有廢水先匯入到尾礦庫(kù),統(tǒng)一進(jìn)行處理之后,再回水利用。
陳偉等[13]采用尾礦庫(kù)溢流水全回水工藝對(duì)湖南某鉛鋅選礦廢水進(jìn)行了回用,在閉路循環(huán)條件下,選礦廢水回用的選礦指標(biāo)與新水選礦指標(biāo)相似,實(shí)現(xiàn)了廢水零排放。同樣采用尾礦庫(kù)溢流水全回水工藝,王巧玲等[14]通過(guò)調(diào)整選礦藥劑,使選礦廢水回用的選礦指標(biāo)達(dá)生產(chǎn)要求,實(shí)現(xiàn)了選礦廢水的循環(huán)利用,提高了經(jīng)濟(jì)效益。
尾砂庫(kù)溢流水全回水工藝不僅可以借助尾砂庫(kù)的自凈化能力,減少?gòu)U水處理成本,而且還可以實(shí)現(xiàn)選礦廠廢水的統(tǒng)一調(diào)度,流程相對(duì)簡(jiǎn)單,便于管理,因而受到青睞。但是該工藝將不同來(lái)源的廢水匯在一起之后,導(dǎo)致廢水成分更加復(fù)雜,可能會(huì)使回用后選礦指標(biāo)不穩(wěn)定。同時(shí)如果尾砂庫(kù)與選礦廠區(qū)距離較遠(yuǎn),管道輸送的成本將大幅提高,導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效果不佳[15]。
2.2廢水分系統(tǒng)回用工藝
廢水分系統(tǒng)回用是實(shí)現(xiàn)鉛鋅選礦廢水循環(huán)利用的另一個(gè)重要工藝?;谶x礦各作業(yè)點(diǎn)產(chǎn)生廢水的水質(zhì)不同,將某選礦作業(yè)產(chǎn)生的廢水直接或者處理后回用到該選礦作業(yè)。廢水分系統(tǒng)回用不僅可以促進(jìn)廢水的循環(huán)利用,而且能避免廢水對(duì)其他選礦作業(yè)產(chǎn)生不利影響,進(jìn)而獲得穩(wěn)定的選礦指標(biāo)?;菔篮偷龋?6]通過(guò)對(duì)鉛鋅選礦廢水實(shí)施分系統(tǒng)直接回用,使選礦廠的總廢水出水量減少,每月節(jié)約廢水成本27萬(wàn)元;張曉春等[17]將云南某鉛鋅礦硫化鉛和硫化鋅精礦的濃密池溢流水直接回用到相應(yīng)的浮選工段,極大地節(jié)約了用水和選礦的成本,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。
針對(duì)鉛鋅選礦廢水中富含選礦藥劑、有利和有害物質(zhì)并存、廢水分系統(tǒng)回用難以保證選礦指標(biāo)的難題,研究者們?cè)趶U水分系統(tǒng)直接回用工藝的基礎(chǔ)上,發(fā)展了“部分廢水直接回用—剩余廢水處理后再回用”的優(yōu)化工藝流程。該工藝也可細(xì)分為2種形式[18]:①部分廢水直接回用后,剩余廢水處理后回用到該選礦作業(yè),是完全的廢水分系統(tǒng)回用工藝的發(fā)展;②部分廢水直接回用后,剩余廢水進(jìn)入到尾砂庫(kù),統(tǒng)一處理后再利用,是廢水分系統(tǒng)回用工藝與尾砂庫(kù)溢流水全回水工藝的綜合發(fā)展,兼具兩者的特性。張艷芬等[19]采用部分廢水直接回用—剩余廢水處理后再回用的工藝處理鉛鋅選礦廢水,廢水回用率達(dá)到85%以上,降低了新水的使用量,降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本;周靈芝等[20]對(duì)凡口鉛鋅礦選礦廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行研究,實(shí)現(xiàn)了鋅尾礦溢流水經(jīng)處理后與精礦廢水混合返回生產(chǎn)使用的回水作業(yè)流程改造,提高了選礦廠水資源的利用率,產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
廢水分系統(tǒng)回用工藝可以在一定程度上減少鉛鋅選礦廢水的總出水量,降低廢水處理的壓力,節(jié)約廢水處理成本。同時(shí)廢水直接回用到相應(yīng)選礦作業(yè),可以進(jìn)一步利用廢水中殘存的選礦藥劑,減少新藥劑的使用量,降低選礦成本,經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性強(qiáng)。但是與尾礦庫(kù)溢流水全回水工藝相比,完成該工藝需要多個(gè)回水閉路循環(huán),回水走向多變,工藝流程相對(duì)復(fù)雜,廢水回用的統(tǒng)一調(diào)度和管理難度相對(duì)較大。
無(wú)論是鉛鋅廢水的凈化技術(shù),還是鉛鋅廢水的回用技術(shù),都兼具明顯的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。這就要求研究和設(shè)計(jì)人員,在新廠建設(shè)過(guò)程中,要立足長(zhǎng)遠(yuǎn)、統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布局,制定細(xì)致可行的實(shí)施方案;在老廠改造過(guò)程中,要重視已有的技術(shù)及設(shè)施條件,不盲目求新,從實(shí)際的角度出發(fā),制定切實(shí)可行的技術(shù)方案。只有這樣,才能揚(yáng)長(zhǎng)避短,在不斷地探索中使得鉛鋅選礦廢水的處理更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保。
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中圖分類號(hào):TD926
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1004-2660(2015)01-0011-04
收稿日期:2015-01-08.
作者簡(jiǎn)介:谷艷玲(1987-),女,云南人,助理工程師.主要研究方向:選礦廠設(shè)計(jì).
Introduction on Wastewater Treatment Technology in Lead-Zinc Ore Processing
GU Yan-ling,DENG Yun-wu,F(xiàn)ENG Yin
(Kunming Engineering&Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.Ltd.,Kunming 650051,China)
Abstract:Lead and zinc are crucial nonferrous metals.The purification and recycle of the wastewater in leadzinc ore processing benefit the pollution abatement and water conservation,thus enjoying considerably economic and environmental benefits.The latest advances in the wastewater treatment technology were described in this paper.Both the purification and recycling technology have their own merits and demerits and therefore the feasible technical solution should be made based on actual situations in new plant construction and existing plant reconstruction to accord the wastewater treatment in lead-zinc ore processing better with the economic development and environmental protection.
Key words:lead-zinc ore processing;wastewater treatment technology;reclaimed wastewater utilization