CN110272147A

CN110272147A - 铜矿选矿废水处理回用装置及方法

Info

Publication number: CN110272147A
Application number: CN201910517266.6A
Authority: CN
Inventors: 张博; 戚可卓
Original assignee: Jiangsu Zhuo Bo Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Zhuo Bo Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2019-06-14
Publication date: 2019-09-24

Abstract

本发明提出的是一种铜矿选矿废水处理回用装置及方法，主要针对铜矿选矿生产过程中大量使用石灰、丁基黄药、2号油等浮选剂产生的大量高pH、高硬度、高悬浮物，含有大量Ca²⁺离子的铜矿选矿废水，长期直接澄清回用会堵塞管道的问题；首先通过投加二氧化碳，与水反应，生成碳酸根和氢离子，分别同铜矿选矿废水中的钙离子和氢氧根离子反应，生成碳酸钙和水，直接降低pH和硬度；其次通过投加絮凝剂、助凝剂，协助降低铜矿选矿废水中的pH，硬度、悬浮物；最后通过斜管沉淀池进行沉淀与污泥浓缩，使得出水指标达到回用水的要求：pH 7~8、硬度≤100mg/L、悬浮物≤30mg/L、浊度≤40NTU，解决废水堵管的问题，又达到节水减排的目的。

Description

铜矿选矿废水处理回用装置及方法

技术领域

本发明涉及的是铜矿选矿废水处理回用装置及方法，属于工业废水处理技术领域。

背景技术

我国有着较为丰富的铜矿产资源，铜金属广泛应用于电气、轻工、机械、建筑、国防工业等领域，在国民经济体系中具有重要作用，其消费量在中国有色金属材料中仅次于铝。铜的导电性仅次于银，因此在电力与电讯工业中应用最广。

通常铜矿选矿生产过程中需要添加大量的石灰、丁基黄药、2号油等浮选药剂，由此产生的铜矿选矿废水具有pH高、悬浮物多、硬度较高，含有大量的Ca²⁺的特点，直接排放会造成土壤和水源环境的严重污染，如果仅简单澄清处理回用，不仅会影响铜矿选矿的指标，长期运行过程中产生的大量硫酸钙垢还会严重堵塞工艺管道，影响铜矿选矿的正常生产。

目前传统的铜矿选矿废水处理回用方法主要有：硫酸调pH→混凝沉淀→出水回用方法，其回用水的硬度偏高，长期回用易堵塞管道，难于清洗；另外的方法还有：碳酸钠除钙→混凝沉淀→硫酸调pH→出水回用方法，然而利用碳酸钠降低硬度，运行成本太高，对于生产厂家而言难于承受。现有专利申请号为200910043609.6的发明专利公开了一种高海拔地区复杂铜铅锌多金属矿选矿废水治理及回用方法，提供了 “混凝沉淀→ClO₂氧化→曝气→调pH→沉淀”处理工艺，将出水回用于生产，但其技术方案未能达到有效的除钙效果，也未解决高硬度回用水堵管的问题。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有铜矿选矿废水处理方法存在的上述问题，提出一种铜矿选矿废水处理回用装置及方法，综合考虑降低pH、悬浮物和Ca²⁺离子，回用于铜矿浮选生产。依据铜矿选矿废水的高pH、悬浮物、高硬度的水质特点，通过投加LCO₂（液体二氧化碳）、混凝剂、助凝剂，进行空化、混凝、絮凝、沉淀，完成除钙、降pH，降COD、悬浮物、浊度的目的，并将出水回用到铜矿选矿生产过程中，有效提升利用率和节约成本。

本发明的技术解决方案：铜矿选矿废水处理回用装置，其结构包括管道混合器、第一反应池、第二反应池、絮凝池、沉淀池、自清洗过滤器、空化反应器、混凝剂投加装置、助凝剂投加装置、液体二氧化碳投加装置、铜矿选矿废水箱、回用水箱、二氧化碳空化水箱，以及源水泵、回用水泵、气液混合泵、污泥回流泵、排泥泵、过滤水泵；其中铜矿选矿废水箱的进水口接入铜矿选矿废水，铜矿选矿废水箱的出水口通过源水泵连接管道混合器的进水口，管道混合器的出水口连接第一反应池的进水口，混凝剂投加装置的出药口连接第一反应池的进药口，第一反应池的出水口连接第二反应池的进水口，助凝剂投加装置的出药口连接第二反应池的进药口，第二反应池的出水口连接絮凝池的进水口，絮凝池的出水口连接沉淀池的进水口，沉淀池的出泥口通过污泥回流泵连接第一反应池的污泥回流口，沉淀池的出泥口同时通过排泥泵送出污泥至尾矿浓密池；沉淀池的出水口连接回用水箱的进水口，回用水箱的第一出水口通过回用水泵送出回用水；回用水箱的第二出水口通过过滤水泵连接自清洗过滤器的进水口，自清洗过滤器的出水口连接二氧化碳空化水箱的进水口，二氧化碳空化水箱的出水口与液体二氧化碳投加装置的出药口通过气液混合泵连接空化反应器的进液口，空化反应器的出液口连接管道混合器的进药口。

铜矿选矿废水处理回用装置的主流程，具体包括：铜矿选矿废水CuTWW依次通过铜矿选矿废水箱T₁、源水泵P₁、管道混合器PM、第一反应池RT₁、第二反应池RT₂、絮凝池FT、沉淀池ST、回用水箱T₂、回用水泵P₂，利用在管道混合器PM中投加二氧化碳，在第一反应池RT₁中投加混凝剂，在第二反应池RT₂中投加助凝剂，针对铜矿选矿废水进行空化氧化分解有机污染物、二氧化碳除钙降pH、混凝、絮凝、沉淀，最终送出回用水RCW，将铜矿选矿废水的pH值从10～12.5降低到7～8，硬度从250mg/L～2000mg/L降低到小于100mg/L，悬浮物从70mg/L～200mg/L降低到小于30mg/L、浊度从50 NTU～150NTU降低到小于40NTU，解决了废水堵管的问题。

铜矿选矿废水处理回用装置的二氧化碳空化投加流程，具体包括：回用水箱T₂中的部分回用水依次通过过滤水泵P₆、自清洗过滤器AF、二氧化碳空化水箱T₃、气液混合泵P₃、空化反应器CR，首先利用过滤精度25μm～50μm的自清洗过滤器AF精滤部分回用水，再将液体二氧化碳投加到气液混合泵前，利用气液混合泵进行溶解，并通过空化反应器进行空化反应，最后投加到管道混合器，与铜矿选矿废水中的氢氧化钙进行充分反应，生成碳酸钙，达到同时除钙、降pH的作用，使得钙离子浓度小于40mg/L，pH 7～8；同时，利用空化反应生成的强氧化剂氧化废水中的有机污染物，将COD值降低到小于60mg/L。

铜矿选矿废水处理回用方法，包括如下步骤：

1）二氧化碳混合反应；

2）混凝反应；

3）絮凝反应；

4）絮凝池停留；

5）斜管沉淀，出水回用；

6）二氧化碳空化投加。

本发明的优点：通过投加二氧化碳，与水反应生成碳酸根和氢离子，分别同铜矿选矿废水中的钙离子和氢氧根离子反应，生成碳酸钙和水，直接降低pH和硬度；其次通过投加絮凝剂、助凝剂，协助降低铜矿选矿废水中的pH，硬度、悬浮物；最后通过斜管沉淀池进行沉淀与污泥浓缩，使得出水指标达到回用水的要求：pH 7~8、硬度≤100mg/L、悬浮物≤30mg/L、浊度≤40NTU；解决了废水堵管的问题，又达到了节水减排的目的。

附图说明

附图1是铜矿选矿废水处理回用装置的总体结构示意图。

附图2是铜矿选矿废水处理回用工艺流程图。

图中的CuTWW表示铜矿选矿废水、RCW表示回用水、SC表示污泥、T₁表示铜矿选矿废水箱、T₂表示回用水箱、T₃表示二氧化碳空化水箱，D₁表示混凝剂投加装置、D₂表示助凝剂投加装置、D₃表示液体二氧化碳投加装置、PM表示管道混合器、RT₁表示第一反应池、RT₂表示第二反应池、FT表示絮凝池、ST表示沉淀池、AF表示自清洗过滤器、CR表示空化反应器，P₁表示源水泵、P₂表示回用水泵、P₃表示气液混合泵、P₄表示污泥回流泵、P₅表示排泥泵、P₆表示过滤水泵。

具体实施方式

如图1所示的铜矿选矿废水处理回用装置，其结构包括管道混合器PM、第一反应池RT₁、第二反应池RT₂、絮凝池FT、沉淀池ST、自清洗过滤器AF、空化反应器CR、混凝剂投加装置D₁、助凝剂投加装置D₂、液体二氧化碳投加装置D₃、铜矿选矿废水箱T₁、回用水箱T₂、二氧化碳空化水箱T₃，以及源水泵P₁、回用水泵P₂、气液混合泵P₃、污泥回流泵P₄、排泥泵P₅、过滤水泵P₆；其中铜矿选矿废水CuTWW接入铜矿选矿废水箱T₁的进水口，铜矿选矿废水箱T₁的出水口通过源水泵P₁连接管道混合器PM的进水口，管道混合器PM的出水口连接第一反应池RT₁的进水口，混凝剂投加装置D₁的出药口连接第一反应池RT₁的进药口，第一反应池RT₁的出水口连接第二反应池RT₂的进水口，助凝剂投加装置D₂的出药口连接第二反应池RT₂的进药口，第二反应池RT₂的出水口连接絮凝池FT的进水口，絮凝池FT的出水口连接沉淀池ST的进水口，沉淀池ST的出泥口通过污泥回流泵P₄连接第一反应池RT₁的污泥回流口，沉淀池ST的出泥口也通过排泥泵P₅送出污泥SC（至尾矿浓密池）；沉淀池ST的出水口连接回用水箱T₂的进水口，回用水箱T₂的第一出水口通过回用水泵P₂送出回用水RCW；回用水箱T₂的第二出水口通过过滤水泵P₆连接自清洗过滤器AF的进水口，自清洗过滤器AF的出水口连接二氧化碳空化水箱T₃的进水口，二氧化碳空化水箱T₃的出水口与液体二氧化碳投加装置D₃出药口通过气液混合泵P₃连接空化反应器CR的进液口，空化反应器CR的出液口连接管道混合器PM的进药口。

主流程：铜矿选矿废水CuTWW依次通过铜矿选矿废水箱T₁、源水泵P₁、管道混合器PM、第一反应池RT₁、第二反应池RT₂、絮凝池FT、沉淀池ST、回用水箱T₂、回用水泵P₂，利用在管道混合器PM中投加二氧化碳，在第一反应池RT₁中投加混凝剂，在第二反应池RT₂中投加助凝剂，针对铜矿选矿废水进行空化氧化分解有机污染物、二氧化碳除钙降pH、混凝、絮凝、沉淀，最终送出回用水RCW，将铜矿选矿废水的pH值从10～12.5降低到7～8，硬度从250mg/L～2000mg/L降低到小于100mg/L，悬浮物从70mg/L～200mg/L降低到小于30mg/L、浊度从50NTU～150NTU降低到小于40NTU，解决了废水堵管的问题。

二氧化碳空化投加流程：回用水箱T₂中的部分回用水依次通过过滤水泵P₆、自清洗过滤器AF、二氧化碳空化水箱T₃、气液混合泵P₃、空化反应器CR，首先利用过滤精度25μm～50μm的自清洗过滤器AF精滤部分回用水，再将液体二氧化碳投加到气液混合泵前，利用气液混合泵进行溶解，并通过空化反应器进行空化反应，最后投加到管道混合器，与铜矿选矿废水中的氢氧化钙进行充分反应，生成碳酸钙，达到同时除钙、降pH的作用，使得钙离子浓度小于40mg/L，pH 7～8；同时，利用空化反应生成的强氧化剂氧化废水中的有机污染物，将COD值降低到小于60mg/L。

针对铜矿选矿废水具有高pH、高钙的特点，除钙、降pH最理想的方法是利用投加LCO₂（液体二氧化碳），与H₂O（水）反应，生成CO₃ ^2-（碳酸根离子）和H⁺（氢离子），同水中的OH^-（氢氧根离子）和Ca²⁺（钙离子）反应，生成CaCO₃（碳酸钙）和H₂O（水）。实现同时沉淀除Ca²⁺（钙离子）、降低pH，并降低TDS（总溶解固体）。而常规的除钙方法是利用投加Na₂CO₃（碳酸钠）与Ca²⁺（钙离子）反应，形成CaCO₃（碳酸钙）沉淀，因为碳酸钠较液体二氧化碳要贵，而且2个Na⁺（钠离子）比1个Ca²⁺（钙离子）更重，所以不仅运行费用高，而且增加水的TDS与pH值，造成降pH时，要投加更多的硫酸。

其主要化学反应方程式如下：

CO₂ + H₂O = CO₃ ^2- + 2H⁺ (1)

CO₃ ^2- + Ca²⁺ = CaCO₃↓ (2)

H⁺ + OH^- = H₂O (3)

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O (4)

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + 2NaOH (5)

针对铜矿选矿废水中含有较多的有机选矿药剂，具有高COD的特点，利用空化氧化有机污染物，降解COD。水力空化是指水流快速通过限流区产生压降，使得局部压力小于相应温度下饱和蒸汽压力，产生气泡的瞬间溃灭，从而在极小的空化范围中产生局部的高温和高压，水中的氢氧健断裂，形成·H（氢基）、·OH（羟自由基）等游离基，从而达到降低有机污染物的目的。

铜矿选矿废水处理回用方法，包括如下步骤：1）二氧化碳混合反应；2）混凝反应；3）絮凝反应；4）絮凝池停留；5）斜管沉淀，出水回用；6）二氧化碳空化投加。

所述的步骤1）通过二氧化碳混合反应，利用投加二氧化碳，与水反应，生成碳酸根和氢离子，分别同铜矿选矿废水中的钙离子和氢氧根离子反应，生成碳酸钙和水，将铜矿选矿废水的pH值从10～12.5降低到7～8，硬度从250mg/L～2000mg/L降低到小于100mg/L。

所述的步骤2）通过混凝反应，利用投加絮凝剂进行混凝反应，混凝反应时间1～5分钟。

所述的步骤3）通过絮凝反应，利用投加助凝剂进行絮凝反应，絮凝反应时间1～5分钟。

所述的步骤4）通过絮凝池，停留时间5～15分钟，生成较大絮体，以利于后续沉淀。

所述的步骤5）通过斜管沉淀，利用絮凝池生成的絮体与碳酸钙颗粒在斜管沉淀池进行沉淀，沉淀区表面负荷8～14m³/m²·h，利用污泥回流泵将废水流量5%～10%的回流污泥送回混凝反应池，以节约混凝剂与絮凝剂的投加，同时，当污泥浓度达到5%～10%时，利用排泥泵排出剩余污泥；从而利用斜管沉淀池进行沉淀与污泥浓缩，使得出水达到回用水的指标：pH 7～8、硬度≤100mg/L、悬浮物≤30mg/L、浊度≤40NTU。

所述的步骤6）通过二氧化碳空化投加，首先利用过滤精度25μm～50μm的自清洗过滤器精滤部分回用水，并将液体二氧化碳投加到气液混合泵前，利用气液混合泵进行溶解，并通过空化反应器进行空化反应，然后投加到管道混合器，与铜矿选矿废水中的氢氧化钙进行充分反应，生成碳酸钙，达到同时除钙、降pH的作用，使得钙离子浓度值降低到≤40mg/L，pH 7～8；同时，利用空化反应生成的强氧化剂氧化废水中的有机污染物，将COD值降低到≤60mg/L。

实施例

下面根据实施例进一步说明本发明的技术方案。

某铜业有限公司的铜矿选矿厂生产处理能力为7000吨/天，产生的铜矿选矿废水处理回用于选矿工艺。项目主要设计数据如下：

1.设计水质与水量

设计铜矿选矿废水处理水量：20000T/D（833T/H）。

铜矿选矿废水处理回用工艺采用软化澄清处理技术，使得处理后的选矿废水的各项指标满足《铜、钴、镍工业污染物排放标准》（GB25467-2010），同时，将处理后的废水达到更高的回用指标，而返回生产使用，保证铜矿选矿生产正常进行。设计进、出水水质指标如下：

2.铜矿选矿废水处理回用工艺流程

铜矿选矿废水处理回用工艺流程如图2所示。考虑到铜矿选矿生产过程中大量使用浮选剂，主要有石灰、丁基黄药、2号油，铜选矿废水pH、悬浮物、硬度较高，含有大量的Ca²⁺离子，长期直接澄清回用会堵塞管道。铜矿选矿废水处理回用综合考虑降低pH、悬浮物和Ca²⁺离子，回用于铜矿浮选生产。依据铜矿选矿废水的高pH、悬浮物、高硬度的水质特点，利用投加CO₂，与水（H₂O）反应，生成CO₃ ^2-和H⁺，同水中的Ca²⁺和OH^-反应，生成CaCO₃和H₂O，直接降低pH和硬度，同时降低废水的部分TDS，并通过投加絮凝剂（PFS）、助凝剂（PAM），协助降低铜矿选矿废水中的pH，硬度、悬浮物，通过高效反应沉淀池进行沉淀与污泥浓缩，使得回用水的指标达到pH 7~8、硬度≤100mg/L、悬浮物≤30mg/L、浊度≤40NTU。同时，通过设置两套高精度自清洗过滤器过滤部分水，并设置空化反应器用于CO₂的空化投加。

铜矿选矿废水处理回用系统主要设计参数

（1）土建工程：

注：废水处理车间中设置的设备包括：反应池、絮凝池、沉淀池、加药装置、CO₂空化水箱、回用水箱等，以及配电与控制室。

（2）主要设备

Claims

1.铜矿选矿废水处理回用装置，其特征是包括管道混合器、第一反应池、第二反应池、絮凝池、沉淀池、自清洗过滤器、空化反应器、混凝剂投加装置、助凝剂投加装置、液体二氧化碳投加装置、铜矿选矿废水箱、回用水箱、二氧化碳空化水箱，以及源水泵、回用水泵、气液混合泵、污泥回流泵、排泥泵、过滤水泵；

其中铜矿选矿废水箱的进水口接入铜矿选矿废水，铜矿选矿废水箱的出水口通过源水泵连接管道混合器的进水口，管道混合器的出水口连接第一反应池的进水口，混凝剂投加装置的出药口连接第一反应池的进药口，第一反应池的出水口连接第二反应池的进水口，助凝剂投加装置的出药口连接第二反应池的进药口，第二反应池的出水口连接絮凝池的进水口，絮凝池的出水口连接沉淀池的进水口，沉淀池的出泥口通过污泥回流泵连接第一反应池的污泥回流口，沉淀池的出泥口同时通过排泥泵送出污泥至尾矿浓密池；

沉淀池的出水口连接回用水箱的进水口，回用水箱的第一出水口通过回用水泵送出回用水；回用水箱的第二出水口通过过滤水泵连接自清洗过滤器的进水口，自清洗过滤器的出水口连接二氧化碳空化水箱的进水口，二氧化碳空化水箱的出水口与液体二氧化碳投加装置的出药口通过气液混合泵连接空化反应器的进液口，空化反应器的出液口连接管道混合器的进药口。

2.利用如权利要求1所述的铜矿选矿废水处理回用装置的铜矿选矿废水处理回用方法，其特征是该方法包括如下步骤：

1）二氧化碳混合反应；

2）混凝反应；

3）絮凝反应；

4）絮凝池停留；

5）斜管沉淀，出水回用；

6）二氧化碳空化投加。

3.根据权利要求2所述的铜矿选矿废水处理回用方法，其特征是所述步骤1）具体包括：通过二氧化碳与水混合反应，生成碳酸根和氢离子，分别同铜矿选矿废水中的钙离子和氢氧根离子反应，生成碳酸钙和水，将铜矿选矿废水的pH值从10～12.5降低到7～8，硬度从250mg/L～2000mg/L降低到小于100mg/L。

4.根据权利要求2所述的铜矿选矿废水处理回用方法，其特征是所述步骤2）具体包括：利用投加絮凝剂进行混凝反应，混凝反应时间1～5分钟。

5.根据权利要求2所述的铜矿选矿废水处理回用方法，其特征是所述步骤3）具体包括：利用投加助凝剂进行絮凝反应，絮凝反应时间1～5分钟。

6.根据权利要求2所述的铜矿选矿废水处理回用方法，其特征是所述步骤4）具体包括：废水在絮凝池停留时间为5～15分钟，生成较大絮体。

7.根据权利要求2所述的铜矿选矿废水处理回用方法，其特征是所述步骤5）具体包括：利用絮凝池生成的絮体与碳酸钙颗粒在斜管沉淀池进行沉淀，沉淀区表面负荷8～14m³/m²·h，利用污泥回流泵将废水流量5% ～10%的回流污泥送回混凝反应池，以节约混凝剂与絮凝剂的投加；同时，当污泥浓度达到5%～10%时，利用排泥泵排出剩余污泥；从而利用斜管沉淀池进行沉淀与污泥浓缩，使得出水达到回用水的指标：pH 7～8、硬度≤100mg/L、悬浮物≤30mg/L、浊度≤40NTU。

8.根据权利要求2所述的铜矿选矿废水处理回用方法，其特征是所述步骤6）具体包括：首先利用过滤精度25μm～50μm的自清洗过滤器精滤部分回用水，并将液体二氧化碳投加到气液混合泵前，利用气液混合泵进行溶解，并通过空化反应器进行空化反应，然后投加到管道混合器，与铜矿选矿废水中的氢氧化钙进行充分反应，生成碳酸钙，使得钙离子浓度值降低到≤40mg/L，pH 7～8；同时，利用空化反应生成的强氧化剂氧化废水中的有机污染物，将COD值降低到≤60mg/L。