CN109110967B - 一种基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统及方法，其中系统包括：气浮装置、膜化学反应器以及反渗透‑纳滤处理系统；其中，膜化学反应器包括：混凝反应装置和微滤膜过滤器；微滤膜过滤器包括：产水区、过滤区、布水区、储渣区以及恒压反冲洗装置；反渗透‑纳滤处理系统包括：反渗透装置和纳滤装置。本发明实施例提供的基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统及方法，一方面改善铝土矿选矿循环水使之可持续利用，另一方面服务铝土矿浮选，能提高铝土矿精矿产率和精矿铝硅比。

Description

一种基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统及方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统及方法。

背景技术

我国中低铝硅比的一水硬铝型铝土矿，在浮选脱硅提升铝硅比的过程中，会产生大量选矿废水。为提高水资源利用率，降低工业废水外排造成的污染，需要对选矿废水进行处理，并回用到浮选过程。

实际地，铝土矿选矿废水，一般是通过添加絮凝剂等药剂，使废水中的铝土矿等悬浮物沉降分离，下层悬浮物压滤获得精矿、尾矿，上层清液回流至浮选过程重复利用。

然而，这样的处理过程，仍存在如下问题：

随着铝土矿选矿废水的简单回用，浮选工艺使用的药剂在系统中逐渐累积，导致选矿回水的成分十分复杂，会严重影响铝土矿选矿指标，导致系统无法长期运行，成为制约铝土矿行业发展的瓶颈。

详细地，铝土矿选矿循环水中，不仅残留的絮凝剂易使矿物形成絮团，难以分离，造成浮选结果的恶化，而且选矿循环水中的Ca²⁺、Mg²⁺和Al³⁺等无机盐也能与铝土矿浮选药剂发生反应生成难溶沉淀，造成浮选过程非选择性聚团，影响选矿指标。

因此，需使用膜工艺来深度处理铝土矿选矿循环水，满足处理回用有利选矿指标的要求。关键地，铝土矿浮选工艺添加的捕收剂，沉降环节添加的聚丙烯酰胺等选矿药剂，让选矿水中的有机物含量更高，更为复杂，为使用膜工艺脱盐处理增加难度。同时，对于中低铝硅比的矿土而言，其中的一水型铝土矿多为高岭石型，铝土矿矿源土质多为高岭土，铝土矿循环水含有的粘性高岭土再次增加了膜工艺的处理难度。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统及方法，以提高铝土矿的选矿指标。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统，包括：气浮装置、膜化学反应器以及反渗透-纳滤处理系统；

所述气浮装置包括：溶气装置和气浮加药装置；

所述膜化学反应器包括：混凝反应装置和微滤膜过滤器；所述混凝反应装置的出水端与所述微滤膜过滤器的进水端连接；所述混凝反应装置的进水端安装有混凝反应加药装置；

所述微滤膜过滤器包括：产水区、过滤区、布水区、储渣区以及恒压反冲洗装置；所述过滤区中设置有微滤膜组件；所述微滤膜过滤器的进水管路上安装有第一提升泵；

所述反渗透-纳滤处理系统包括：反渗透装置和纳滤装置；所述反渗透装置的进水端与所述膜化学反应器的出水端连接；所述反渗透装置的浓水出水端与所述纳滤装置的进水端连接。

可选地，所述产水区设置于所述微滤膜过滤器的上部；所述储渣区设置于所述微滤膜过滤器的底部。

可选地，所述微滤膜过滤器为浸没式过滤器；所述微滤膜组件的孔径为0.1～0.4μm；所述微滤膜组件采用管袋式、管式或者中空纤维微滤膜；所述微滤膜组件的材质包括：聚四氟乙烯、乙烯三氟氯乙烯共聚物、全氟乙烯丙烯共聚物、全氟丙基全氟乙烯基醚聚四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯的至少一种。

可选地，所述混凝反应装置中还设置有搅拌器。

可选地，所述反渗透装置的产水出水端以及所述纳滤装置的产水出水端，均连接有工艺产水箱。

可选地，所述反渗透装置进水端的管路上依次连接有第二提升泵、第一保安过滤器及增压泵；所述纳滤装置进水端的管路上依次连接有第三提升泵以及第二保安过滤器；所述反渗透装置的浓水出水端还安装有浓水箱，所述浓水箱的出水端与所述第三提升泵连通。

第二方面，本发明实施例还提供了一种铝土矿选矿废水的回用方法，应用于第一方面提供的基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统，包括：

步骤A、将铝土矿选矿废水引入气浮装置，通过气浮加药装置，在所述气浮装置中同时加入聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，通过溶气装置向所述气浮装置通入气体，对铝土矿选矿废水进行处理；

步骤B、将经所述气浮装置处理后的气浮产水通入混凝反应装置中，通过混凝反应加药装置向所述混凝反应装置加入氢氧化钠和石灰，并通过搅拌器搅拌，混凝反应时间30～60min；

步骤C，将混凝反应所得出水通过第一提升泵通入微滤膜过滤器中，经过滤后，所得产水流入MCR产水箱，所得固体渣排出；

步骤D、将微滤膜过滤器所得产水依次通过第二提升泵及增压泵通入反渗透装置，所得淡水引入工艺产水箱；

步骤E、将所述反渗透装置产生的浓水，通过第三提升泵通入纳滤装置，所得淡水再引入所述工艺产水箱；所得浓水排入污水处理系统；

步骤F、将所述工艺产水箱中的淡水引入选矿循环水收集池，所述选矿循环水收集池中的水体用于铝土矿浮选。

本发明实施例提供的一种基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统及方法，通过膜化学反应器对铝土矿选矿废水进行处理，产水水质稳定，满足后续反渗透工艺的进水要求，并且，反渗透装置和纳滤装置所得工艺产水，可以引入铝土矿选矿循环水中，服务铝土矿浮选。一方面改善铝土矿选矿循环水使之可持续利用，另一方面服务铝土矿浮选，能提高铝土矿精矿产率和精矿铝硅比。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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。

图1为本发明实施例提供的一种基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中铝土矿选矿水循环回用系统的一种结构示意图。

图中，1.气浮装置，101.溶气装置，102.气浮加药装置，2.膜化学反应器，3.混凝反应装置，301.混凝反应加药装置，302.搅拌器，4.微滤膜过滤器，401.第一提升泵，402.MCR产水箱，403.恒压反冲洗装置，404.化学清洗装置，405.排渣口，406.微滤膜组件，407.产水区，408.过滤区，409.储渣区，410.布水区，5.反渗透装置，501.第二提升泵，502.第一保安过滤器，503.增压泵，6.浓水箱，7.纳滤装置，701.第三提升泵，702.第二保安过滤器，8.工艺产水箱，9.膜清洗装置，10.反渗透-纳滤处理系统，11.浮选装置，12.精矿沉降槽，13.尾矿一级沉降槽，14.尾矿二级沉降槽，15.铝土矿选矿循环水处理系统，16.选矿循环水收集池，17.尾矿收集装置，18.精矿收集装置，19.浮选加药装置，20.沉降槽加药装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统，该系统包括：

气浮装置1、膜化学反应器(MCR，Membrance Chemical Reactor)2及反渗透-纳滤处理系统10。

其中，气浮装置1包括：溶气装置101和气浮加药装置102。溶气装置101用于向气浮装置1中通入气体；气浮加药装置102用于向气浮装置1中添加诸如聚合氯化铝、聚丙稀铣胺等药剂。需要说明的是，本发明实施例中的气浮装置1，可以为现有的气浮装置，药剂添加量也可以根据实际铝土矿废水水质进行调整。

其中，膜化学反应器2包括：混凝反应装置3和微滤膜过滤器4，混凝反应装置3的出水端与微滤膜过滤器4的进水端连接，形成连通管路。并且，混凝反应装置3的进水端安装有混凝反应加药装置301。

作为本发明实施例一种具体的实施方式，混凝反应装置3中还可以设置搅拌器302，能够使加入混凝反应装置3中的药剂充分与水体混合，提高药剂与水体的反应效率。

其中，微滤膜过滤器4可以为节能型浸没式过滤器，包括：产水区407、过滤区408、储渣区409、布水区410以及恒压反冲洗装置403；微滤膜过滤器4的进水管路上还安装有第一提升泵401。

其中，产水区407设置于微滤膜过滤器4的上部，所得产水的浊度小于0.3NTU，硬度小于10mg/L。

其中，过滤区408中设置有微滤膜组件406，微滤膜组件406采用管袋式、管式或中空纤维微滤膜，其孔径为0.1～0.4μm，通常采用聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、全氟丙基全氟乙烯基醚聚四氟乙烯共聚物(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)等全氟或高含氟聚合物材料。

其中，储渣区409设置于微滤膜过滤器4的底部，铝土矿选矿废水混凝反应后的悬浮物可以通过排渣口405排出，其排出形式为含固率大于10％的固液形式。

其中，布水区410位于微滤膜过滤器4的下部，用于布水。

其中，上述恒压反冲洗装置403的进水端与微滤膜过滤器4的布水区410连通，出水端与混凝反应装置3连通，可以使反冲洗后的水体再次流入混凝反应装置3进行混凝反应，提高反应效率，缩短混凝反应装置3的停留时间。

其中，反渗透-纳滤处理系统10包括：反渗透装置5和纳滤装置7；反渗透装置5的进水端与膜化学反应器2的出水端连接；反渗透装置5的浓水出水端与纳滤装置7的进水端连接。

作为本发明实施例一种具体的实施方式，反渗透装置5的产水出水端以及纳滤装置7的产水出水端，均连接有工艺产水箱8。工艺产水箱8用于储存来反渗透装置5的反渗透产水和纳滤装置7的纳滤产水，上述工艺产水可以作为铝土矿选矿循环水使用。

作为本发明实施例一种具体的实施方式，反渗透装置5和纳滤装置7的进水端，均连接有膜清洗装置9，膜清洗装置9内装有清洗药剂，能够对反渗透装置5和纳滤装置7进行清洗。

作为本发明实施例一种具体的实施方式，反渗透装置5进水端的管路上依次连接有第二提升泵501、第一保安过滤器502及增压泵503。其中，提升泵用于向原水反渗透装置5输送产水时提供动力；保安过滤器用于过滤水体中的细微物质，确保水质过滤精度及保护膜过滤元件不受大颗粒物质的损坏；增压泵的作用是进一步提高向原水反渗透装置5输送水体时的水压。

同样地，纳滤装置7进水端的管路上依次连接有第三提升泵701以及第二保安过滤器702。

作为本发明实施例一种具体的实施方式，反渗透装置5的浓水出水端还安装有浓水箱6，用于储存反渗透装置5产生的浓水。其中，浓水箱6的出水端与第三提升泵701连通。

作为本发明实施例一种具体的实施方式，如图2所示，本发明实施例的基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统15，可以与已有的铝土矿选矿水循环系统共同组成一个铝土矿选矿水循环回用系统，一方面使得原铝土矿循环水得以深度净化持续利用，另一方面提高了铝土矿的选矿指标。

上述铝土矿选矿水循环回用系统，参见图2，包括：

浮选装置11，精矿沉降槽12，尾矿一级沉降槽13，尾矿二级沉降槽14，铝土矿选矿循环水处理系统15，选矿循环水收集池16，尾矿收集装置17，精矿收集装置18，浮选加药装置19，沉降槽加药装置20。

其中，浮选装置11与选矿循环水收集池16连通，另外浮选装置11与精矿沉降槽12连通，还与尾矿一级沉降槽13连通；尾矿一级沉降槽13与尾矿二级沉降槽14连通。

其中，基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统15的进水口与尾矿二级沉降槽14连通，具体而言，为气浮装置1的进水口与尾矿二级沉降槽14连通；基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统15的出水口与选矿循环水收集池16连通，具体而言，为工艺产水箱8的出水口与选矿循环水收集池16连通；并且选矿循环水收集池16还与浮选装置11连通。

根据图2可知，铝土矿选矿水在铝土矿选矿水循环系统中被污染后，再在基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统15中得以深度净化，再回用于铝土矿选矿水循环系统，由此铝土矿选矿水可在所组成的铝土矿选矿水循环回用系统中可持续循环。

需要说明的是，上述浮选装置11、精矿沉降槽12、尾矿一级沉降槽13、尾矿二级沉降槽14、尾矿收集装置17、精矿收集装置18、浮选加药装置19、沉降槽加药装置20，选矿循环水收集池16均为已有的铝土矿选矿水循环系统中的常用装置，它们的具体结构本发明实施例在此不再赘述。

本发明实施例提供的一种基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统，通过膜化学反应器对铝土矿选矿废水进行处理，产水水质稳定，满足后续反渗透工艺的进水要求，并且，通过反渗透装置和纳滤装置深度处理后所得工艺产水，可以再回用到铝土矿选矿循环水中，一方面改善铝土矿选矿循环水使之可持续利用，另一方面，服务铝土矿浮选，能提高铝土矿精矿产率和精矿铝硅比。

本发明实施例提供了一种铝土矿选矿废水的回用方法，该方法应用于如图1所示的基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统，取水点为尾矿二级沉降槽溢流水，工艺产水回用到选矿循环水收集池，服务于浮选工艺，包括：

步骤A、将铝土矿选矿废水从尾矿二级沉降槽14引入气浮装置1，通过气浮加药装置102，在气浮装置1的不同位置，同时加入聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，通过溶气装置101向气浮装置1通入气体，对铝土矿选矿废水进行处理。铝土矿选矿废水在气浮装置1中的停留时间为1～1.5h。

需要说明的是，聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的添加量，可以根据铝土矿选矿废水中的悬浮物、胶体的絮凝量灵活设定，具体添加量本发明实施例在此不做限定。例如，将聚合氯化铝配置成5～20％的质量浓度，聚丙烯酰胺配置成0.5‰～1.5‰的质量浓度，以同时不同位置的方式添加到气浮装置1中。

步骤B、将经气浮装置1处理后的气浮产水通入混凝反应装置3中，通过混凝反应加药装置301，向混凝反应装置3加入氢氧化钠和石灰，并通过搅拌器302搅拌，使药剂与水体混合，混凝反应时间30～60min。混凝反应过程会络合经气浮处理后的尾矿溢流水中存在的部分捕收药剂，同时，与水中大量的重碳酸盐反应，生成碳酸钙沉淀。

步骤C，将混凝反应所得出水通入微滤膜过滤器4中，经过滤后，所得产水流入MCR产水箱402，所得固体渣排出；其中，所得产水的浊度小于0.3NTU。

步骤D、将所得产水依次通过第二提升泵501及增压泵503通入反渗透装置5，进行深度处理，所得淡水可以直接排到选矿循环水收集池16，也可以先通入工艺产水箱8，再通入选矿循环水收集池16。

步骤E、将反渗透装置5产生的浓水，通过第三提升泵701通入纳滤装置7，所得淡水可以直接排到选矿循环水收集池16，也可以先通入工艺产水箱8，再通入选矿循环水收集池16；所得浓水排入污水处理系统；

步骤F、将所述工艺产水箱8中的淡水引入选矿循环水收集池16，选矿循环水收集池16中的水体用于铝土矿浮选。

本发明实施例中，选择纳滤处理反渗透的浓水，减少外排水量，提高整个处理系统的回水利用率。

作为本发明实施例一种可选的实施方式，微滤膜过滤器4的具体步序为：

进液：将混凝反应所得出水，引入微滤膜过滤器4中；

过滤：水体经微滤膜过滤器4中的微滤膜组件406过滤；

反冲：微滤膜过滤器4的恒压反冲洗装置403开启，产水区407的产水从微滤膜组件406内部向外部流出，对微滤膜组件406进行反冲；恒压反冲洗装置403不需额外能耗；

排渣：储渣区409沉积的滤饼或反应悬浮物，以含固率大于10％的固液形式通过排渣口405排出。

本发明实施例提供的一种铝土矿选矿废水的回用方法，通过膜化学反应器对铝土矿选矿废水进行过滤，产水水质稳定，满足后续反渗透工艺的进水要求，并且，通过反渗透装置和纳滤装置所得工艺产水，可以再回用到铝土矿选矿循环水中，一方面提高铝土矿选矿废水的再利用率，另一方面，可以提高铝土矿的选矿指标。

某铝土矿选矿企业，铝土矿选矿循环水指标为：pH：8.7～9.1，TDS：4～5×10³mg/L，化学需氧量：330～740mg/L，重碳酸盐碱度：23～25mmol/L。

经本发明实施例的基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统处理后，水质得到明显改善，各段工艺水质指标如表1所示：

表1某铝土矿选矿企业选矿废水中各污染物指标及处理结果

需要说明的是，在本发明的基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统中，在装置的各部分之间输送流体，例如液体，如废水、淡水、各种浓液等，或固体，如沉淀及各种药剂等，除另有说明，一般均可以通过管路输送；另外，当在输送过程中需要额外的传输动力的时候，可以在需要的管路上加设合适的泵、风机等动力设备。进一步地，还可以在需要时，在管路上增加合适的阀门，以控制流体的流向等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，诸如术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统，其特征在于，包括：

气浮装置(1)、膜化学反应器(2)、反渗透-纳滤处理系统(10)；

所述气浮装置(1)包括：溶气装置(101)和气浮加药装置(102)；

所述膜化学反应器(2)包括：混凝反应装置(3)和微滤膜过滤器(4)；所述混凝反应装置(3)的出水端与所述微滤膜过滤器(4)的进水端连接；所述混凝反应装置(3)的进水端安装有混凝反应加药装置(301)；

所述微滤膜过滤器(4)包括：产水区(407)、过滤区(408)、布水区(410)、储渣区(409)以及恒压反冲洗装置(403)；所述过滤区(408)中设置有微滤膜组件(406)；所述微滤膜过滤器(4)的进水管路上安装有第一提升泵(401)；

所述反渗透-纳滤处理系统(10)包括：反渗透装置(5)和纳滤装置(7)；所述反渗透装置(5)的进水端与所述膜化学反应器(2)的出水端连接；所述反渗透装置(5)的浓水出水端与所述纳滤装置(7)的进水端连接。

2.根据权利要求1所述的基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统，其特征在于，所述产水区(407)设置于所述微滤膜过滤器(4)的上部；所述储渣区(409)设置于所述微滤膜过滤器(4)的底部。

3.根据权利要求1所述的基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统，其特征在于，所述微滤膜过滤器(4)为浸没式过滤器；所述微滤膜组件(406)的孔径为0.1～0.4μm；所述微滤膜组件(406)采用管袋式、管式或者中空纤维微滤膜；所述微滤膜组件(406)的材质包括：聚四氟乙烯、乙烯三氟氯乙烯共聚物、全氟乙烯丙烯共聚物、全氟丙基全氟乙烯基醚聚四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯的至少一种。

4.根据权利要求1所述的基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统，其特征在于，所述混凝反应装置(3)中还设置有搅拌器(302)。

5.根据权利要求1所述的基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统，其特征在于，所述反渗透装置(5)的产水出水端以及所述纳滤装置(7)的淡水出水端，均连接有工艺产水箱(8)。

6.根据权利要求1所述的基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统，其特征在于，所述反渗透装置(5)进水端的管路上依次连接有第二提升泵(501)、第一保安过滤器(502)及增压泵(503)；所述纳滤装置(7)进水端的管路上依次连接有第三提升泵(701)以及第二保安过滤器(702)；所述反渗透装置(5)的浓水出水端还安装有浓水箱(6)，所述浓水箱(6)的出水端与所述第三提升泵(701)连通。

7.一种铝土矿选矿废水的回用方法，其特征在于，应用于权利要求1-6所述的基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统，所述方法包括：

步骤A、将铝土矿选矿废水引入气浮装置(1)，通过气浮加药装置(102)，在所述气浮装置(1)中同时加入聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，通过溶气装置(101)向所述气浮装置(1)通入气体，对铝土矿选矿废水进行处理；

步骤B、将经所述气浮装置(1)处理后的气浮产水通入混凝反应装置(3)中，通过混凝反应加药装置(301)向所述混凝反应装置(3)加入氢氧化钠和石灰，并通过搅拌器(302)搅拌，混凝反应时间30～60min；

步骤C，将混凝反应所得出水通过第一提升泵(401)通入微滤膜过滤器(4)中，经过滤后，所得产水流入MCR产水箱(402)，所得固体渣排出；

步骤D、将微滤膜过滤器(4)所得产水依次通过第二提升泵(501)及增压泵(503)通入反渗透装置(5)，所得淡水引入工艺产水箱(8)；

步骤E、将所述反渗透装置(5)产生的浓水，通过第三提升泵(701)通入纳滤装置(7)，所得淡水再引入所述工艺产水箱(8)；所得浓水排入污水处理系统；

步骤F、将所述工艺产水箱(8)中的淡水引入选矿循环水收集池，所述选矿循环水收集池中的水体用于铝土矿浮选。

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