铅锌采选废水处理工程化研究与应用

鲁春艳，胡卫文

(湖南水口山有色金属集团有限公司，湖南衡阳 421513)

铅锌采选废水处理工程化研究与应用

鲁春艳，胡卫文

(湖南水口山有色金属集团有限公司，湖南衡阳 421513)

采用生物制剂协同氧化工艺对湖南水口山有色金属集团有限公司康家湾矿铅锌选矿废水和矿井废水进行处理，通过研究得出最优工艺参数，并进行工程设计。工程实施后康家湾矿采选废水每年可少向环境排放COD约14.1 t、重金属3.3 t，其中减排Pb0.44 t、减排Zn1.77 t、Cd0.028 t、Cu0.72 t、As0.379 t。生物制剂协同氧化处理康家湾矿采选矿废水，工艺运行稳定，净化高效，能够消除选矿废水排放带来的环境污染风险。

铅锌选矿;废水处理;生物制剂;协同氧化

0 前言

铅锌矿山在生产过程中需要消耗大量的水，期间产生的废水含有大量的重金属离子、悬浮物、选矿药剂等，如果处理工艺选择不当，难以实现废水达标排放。如何合理处理采选废水，一直是国内铅锌矿山企业亟需解决的重要课题。

1 工艺选择

湖南水口山有色金属集团有限公司康家湾矿现有铅锌矿井和康家湾矿井两个采矿点，开采的矿石均送至康家湾选厂。原选厂主要生产排水分为三部分，即两个矿井的井下涌水、选矿中精矿浓缩产生的溢流水以及尾矿库排水。其中，井下涌水经简单沉淀后排至高位水池，用于选矿工艺，不足部分从康家溪引少量水作为补充;康家湾矿选厂采用硫酸回调pH、聚铁加3#絮凝剂混合沉降工艺，选矿过程中各精矿浓缩池的溢流水加药经浓密池沉淀后，废水难以稳定达标;尾矿库排水经废水处理后排放至康家溪。处理后的采选废水监测数据如表1所示。

表1 康家湾矿采选废水水质mg/L(pH除外)

从表1可以看出，康家湾矿采选废水主要污染物COD、悬浮物、重金属离子等均超标，不能实现达标排放。

铅锌采选废水需要分别去除COD和重金属离子。COD指标下降的同时选矿废水中残留的选矿药剂将减少，可大大降低后续选矿废水深度处理回用的难度。目前，COD污染物处理的方法主要有物理法、化学法、物理化学法、生物处理法、新型药剂絮凝法;重金属离子的处理方法有中和沉淀法、硫化物沉淀法、吸附法、铁氧体法、膜分离技术、人工湿地法;能同时实现COD、悬浮物、重金属离子脱除的方法有自然净化法、生物制剂协同氧化处理法。然而，康家湾选矿废水的水质复杂，水量波动大，自然净化法难以稳定地使废水中重金属离子和COD达到现行排放标准的要求。

为了实现康家湾矿废水达标排放，该公司经过考察比较，最终决定采用生物制剂协同氧化专利技术处理铅锌矿采选废水。此技术能够同时去除采选矿废水中残留的悬浮物、有机选矿药剂和重金属离子。其主要机理为:以铁细菌、硫杆菌为主的复合功能菌群代谢产物与其它化合物组成生物制剂，通过基团中的羟基、巯基、羧基、氨基等功能基团对重金属、COD等污染因子进行吸附去除。此方法解决了目前化学药剂难以同时深度净化多种金属离子的难题。

2 试验研究

该公司结合康家湾矿选矿废水排放现状，与相关单位合作，依托生物制剂协同氧化专利技术开发选矿废水处理新工艺，并进行了现场模拟试验，通过试验得出最优工艺参数。

2.1 矿井废水生物制剂处理研究

取一定体积的矿井废水，加入一定量的生物制剂，其与重金属离子形成生物配合体，配合反应15min后，加入液碱调节pH值进行水解反应，然后加入少量絮凝剂进行絮凝反应，过滤实现固液分离，完成重金属离子的脱除。过滤后取清液进行检测。

试验重点考察了生物制剂用量对上清液中重金属离子的脱除效果，具体指标如表2所示。

表2 矿井废水处理生物制剂用量及残余重金属离子浓度

从表2可以看出，影响药剂成本的主要因素有重金属离子的总含量，废水的pH值及处理的深度等，废水成分越复杂、药剂成本就会越高。当生物制剂为0.5mL/L时废水能够实现达标排放。

2.2 铅锌选矿废水生物制剂处理研究

取一定体积的铅锌选矿废水，加入一定量的生物制剂，其与重金属离子形成生物配合体，配合反应15min后，加入氧化剂进行氧化反应，再加入液碱调节pH值进行水解反应，然后加入少量絮凝剂进行絮凝反应，过滤实现固液分离，完成重金属离子的脱除。过滤后取清液进行重金属离子和COD的分析检测。

试验考察了生物制剂协同氧化处理工艺对废水中重金属离子的脱除效果，生物制剂加入量对残余金属含量的影响见图1～图4。

图2 生物制剂加入量对锌残余含量的影响

图3 生物制剂加入量对镉残余含量的影响

从图中可以看出，当生物制剂用量为0.5mL/L时，铅离子浓度降至0.5mg/L以下，锌离子浓度降至1.5mg/L以下，处理效果最佳。经过生物制剂处理以后，镉、砷离子浓度也进一步降低。表明生物制剂对重金属离子具有很好的去除效果。

图4 生物制剂加入量对砷残余含量的影响

图5～图11为药剂加入量对COD残余含量的影响。

图5 药剂加入量对COD残余含量的影响(生物制剂2mL/L、氧化剂1mL/L)

图6 药剂加入量对COD残余含量的影响(生物制剂2mL/L、氧化剂0.5mL/L)

图7 药剂加入量对COD残余含量的影响(生物制剂1mL/L、氧化剂0.5mL/L)

图8 药剂加入量对COD残余含量的影响(生物制剂0.5mL/L、氧化剂0.5mL/L)

图9 药剂加入量对COD残余含量的影响(生物制剂0.5mL/L、氧化剂0.3mL/L)

图10 药剂加入量对COD残余含量的影响(生物制剂0.5mL/L、氧化剂0.1mL/L)

图11 药剂加入量对COD残余含量的影响(生物制剂0mL/L、氧化剂0.3mL/L)

从图中可以看出，选矿废水COD浓度在100mg/L左右时，生物制剂的投加量为0.5mL/L、氧化剂投加量为0.3mL/L时能够确保COD降低到30mg/L以下。

3 工程设计

在试验研究的基础上，该公司将生物制剂协同氧化工艺投入工业化应用。

3.1 处理能力

根据实际情况，康家湾废水综合治理循环利用工程设计废水处理总量为5500m3/d，其中铅精矿溢流水水量500m3/d，采用单独系统处理，设计处理规模500m3/d;锌精矿、硫精矿等溢流水水量为3500m3/d，考虑后续生产能力扩大导致水量增加，新建废水处理站设计规模为5000m3/d。

3.2 废水处理工艺优化

为了实现废水中的COD和重金属同时高效深度脱除，并且考虑到以后的净化水回用对SS处理要求较高，在生物制剂协同氧化深度处理的基础上，增设“自动反洗表面过滤器”深度处理悬浮物，实现废水的深度净化。

4 工程运行效果

4.1 运行成本分析

康家湾废水综合治理循环利用工程于2014年11月竣工并投入运行，工程投入使用后，康家湾矿矿井废水、铅锌矿矿井废水直接进入浮选车间。选矿废水处理药剂成本统计如表3所示。

表3 选矿废水处理药剂成本统计

从表3可以看出，选矿废水处理药剂成本为1.04元/m3水。

4.2 外排废水水质

2015年1月21日衡阳市环境监测站对康家湾外排废水取样监测，监测结果详见表4。

监测结果显示:康家湾矿外排废水pH、化学需氧量、悬浮物、氨氮、总砷、总铅、总镉、总锌、总铜、总汞日均浓度均达到《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466—2010)的排放要求。

表4 康家湾废水处理设施进出口水质监测结果 mg/L(pH除外)

5 结论

康家湾废水综合治理循环利用工程的实施运行结果:

(1)生物制剂协同氧化处理采选废水，药剂成本约为1.04元/m3水。

(2)生物制剂协同氧化处理采选废水，处理后的废水中，主要污染物COD、SS、重金属离子等含量符合相关要求，能够实现达标排放。

(3)采用生物制剂协同氧化处理工艺后，每年可减少对环境中排放COD约14.1 t，重金属离子3.3 t，其中减排Pb0.44 t、Zn1.77 t、Cd0.028 t、Cu0.72 t、As0.379 t。

(4)本工艺技术经济可行，实现了矿井涌水、选矿废水串级循环，废水回用率高于75%，有着显著的环境效益和经济效益。

［1］黄益宗，王毅力.选矿废水的污染治理及其循环利用对策［J］.科技创新导报，2008，(4):183-183.

［2］赵永斌，袁增伟，戴文灿，等.混凝吸附处理选矿废水的研究［J］.广东工业大学学报，2001，18(4):94-97.

［3］洪建军，罗建中，陈敏，等.清洁生产技术在选矿废水净化处理中的应用［J］.矿业安全与环保，2004，31(2):33-35.

［4］宋宝旭，刘四清.国内选矿厂废水处理现状与研究进展［J］.矿冶工程，2012，21(6):97-103.

中国铅基堆冷却剂技术取得重大突破

中科院核能安全技术研究所先进核能研究团队(FDS团队)牵头的“麒麟一号”中国铅基快中子反应堆研发工作取得重大突破，权威专家组一致认为:铅基堆冷却剂技术综合实验回路的实验能力和运行参数处于国际领先水平，突破了氧测量与控制等多项关键技术，打破了国际垄断，实现了核心技术自主化，对促进我国第四代核能铅基反应堆的工程化具有重要意义。

铅基堆被“第四代核能系统国际论坛”组织评定为有望首个实现工业示范和商业应用的第四代核裂变反应堆。得益于铅基材料优良的中子物理和热物理特性以及稳定的化学性质，铅基堆在产能安全性和经济性方面具有突出优势，还具有良好的核废料“焚烧”处理能力和核燃料增殖能力，是一种能够实现多种应用和可持续发展的先进核能系统。西方多个国家目前正积极推动铅基堆工程化应用，有的国家计划本世纪20年代实现商业示范。

冷却剂作为热量转换与传输载体，是核反应堆的“血液”，掌握相关技术是反应堆工程实施的前提和基础。在国家“863”和“973”计划、中科院战略性先导专项等长期支持下，位于合肥的中科院核能安全技术研究所经过20多年的技术攻关，已经在铅基堆创新设计理论与方法体系、关键设备研制与工程验证、安全与许可证技术以及小型铅基堆产业化等方面实现了突破，为我国铅基堆商业化示范应用奠定了坚实的科学和技术基础。

Research and application of Pb-Znmining and beneficiation wastewater treatment

LU Chun-yan，HU Wei-wen

In this study，biological agents and co-oxidation process were used to treat the Pb-Znmining and beneficiation wastewater of Kangjiawanmine in Hunan Shuikoushan Nonferrous Metals Co.，Ltd.Then the optimum technological parameters were obtained by the study and engineering project was designed.In this project，the annual total reduced discharge of COD and heavy metals were about14.1 t/a and3.3 t/a respectively，including0.44 t/a Pb，1.77 t/a Zn，0.028 t/a Cd，0.72 t/a Cu and0.379 t/a As.The biological agents and co-oxidation process are stable and efficient for treating the Pb-Zn beneficiation wastewater.And the risk of environmental pollution caused bymining and benefication wastewater can be eliminated.

Pb-Zn beneficiation;waste water treatment;biological agents;co-oxidation

X751.03

B

1672-6103(2016)06-0058-05

鲁春艳(1978—)，女，湖北公安人，硕士，工程师，从事环保技术管理工作。

2016-10-13