CO2协同生物法处理铅锌选矿废水的应用

2022-08-31杨有才李绪忠

工业水处理 2022年8期

李星，杨有才，李绪忠，王杰

（1.长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410019；2.湖南中金岭南康盟环保科技有限公司，湖南长沙 410221）

统计数据显示，我国每年产生的有色金属采选废水高达1.2×109~1.5×109m3，占整个有色金属工业废水总量的30%左右，其排放总量约占全国工业废水总量的1/10〔1−2〕。为降低行业整体能耗，《铅锌行业规范条件》要求选矿废水的循环利用率应达到85%以上，选矿用新水单耗不高于1.5 m3/t。然而随着尾矿充填技术的不断发展，国家对尾矿库建设的批复日渐缩紧，现有选厂将选矿废水输送至尾矿库自然降解后回用的方法无法持续。经济高效地处理、资源化回用采选废水是有色金属采选企业亟待解决的重要课题。

选矿废水的处理目前多采用化学法，但各种化学药剂将影响处理后废水的回用，降低选矿回收率及品位。此外，化学法的处理成本较高，导致废水量极大的选矿厂无法承受。笔者对CO2协同生物法处理铅锌选矿废水进行介绍，整个处理过程不引入其他离子及药剂，处理后的水回用于选矿工艺而不影响选矿指标，可为选矿废水的生物处理及回用工程设计提供依据。

1 工程概况

南方某铅锌矿集采矿、选矿于一体，依托品位高、储量大的矿山资源，成为国内主要的铅锌矿种生产基地。该选矿厂产生的选矿废水水量约27 911 m3/d，包含铅精矿工段、混精矿工段、锌精矿工段、锌尾矿工段及地沟废水。

1.1 设计水量与水质

根据选矿厂的实际运行水量并考虑一定余量，工程设计规模为30 000 m3/d。该选矿废水为含重金属的难降解有机废水，主要重金属污染物为铅、锌，有机物主要为选矿过程添加的各种选矿药剂。自然状态下，该废水的可生化性较低（B/C 约0.20）。因铅锌选矿废水处理后回用指标尚无统一标准要求，根据前期试验结果结合生产实践，确定设计进、出水水质，如表1 所示。

表1 设计进、出水水质Table 1 Design inlet and outlet water quality

1.2 废水有机成分分析

该选矿废水主要含有的有机物包括：黄药、乙硫氮、二号浮选油、腐殖酸钠等〔3〕。其中，乙硫氮、黄药为小分子有机物，易生物降解，二号浮选油、腐殖酸钠为大分子有机物，难生物降解。此外，黄药、乙硫氮都是强碱条件下生产的药剂，在碱性条件下较稳定，在中性及酸性条件下自然分解，产生CO32−、HCO3−、HS−、CS3−等产物。鉴于选矿废水中存在大量有机物，选矿废水的生物处理成为可能。

2 工程设计

2.1 工艺流程

因场地紧张，且采用现有水池改造而成的均质调节池容积有限，为减少水质波动对生化系统的影响，该工程采用抗冲击负荷更强的DAT-IAT 生化反应池。该反应池容积利用率高，无需建设二沉池，且能在单格反应池连续进水，节省占地，同时提高了后续运行管理的便利性。系统产生的底泥以无机污泥为主，为降低前期工程投资，该工程暂不建设污泥处理系统，仅预留建设用地，前期底泥用选厂现有尾砂输送系统输送至尾矿库。

工艺流程见图1。

图1 工艺流程Fig.1 Technological process

2.2 主要建（构）筑物及工艺参数

（1）均质调节池。均质调节池为利旧水池，尺寸（L×B×H）为35 m×45 m×4.2 m，有效容积约6 200 m3，调节时间约5 h。配进水泵3 台，单泵性能：Q=625 m3/h，H=15 m，P=45 kW，n=1 450 r/min，2 用1 备，变频运行。

（2）pH 调节槽。pH 调节槽作为DAT−IAT 池进水的预处理系统，是关键处理单元之一，其处理效果直接影响后续DAT-IAT 池的运行情况。项目设计废水进水pH 为10~12，含有一定量的铅、锌离子，用CO2调节废水pH 至9，使铅、锌离子进入最佳沉淀pH 进而生成碳酸铅、氢氧化铅、氢氧化锌等沉淀；同时，黄药、乙硫氮自然分解，废水的可生化性得以提高。

pH 调节槽分2 组并联运行，单组调节槽由2 个D8 000 mm×10 000 mm 钢衬FRP 搅拌槽串联而成，调节槽底部设CO2通气管，进出水均设置pH 监测计，通过pH 调节CO2通气量，控制调节槽出水pH 为9。调节槽设搅拌系统，单槽搅拌功率30 kW。调节槽配套设置液态CO2储罐2 个，单罐D3 300 mm×15 000 mm，有效容积70 m3。

（3）斜板沉淀池。废水调节pH 后会产生碳酸铅、氢氧化锌等沉淀，此外还有随废水一同进入处理系统的矿渣，采用沉淀池进行渣水分离。因处理出水需回用去选矿，添加絮凝剂将影响选矿指标，故沉淀阶段不添加絮凝剂，通过降低沉淀池的负荷保证出水效果。斜板沉淀池分2 组并联运行，单池尺寸（L×B×H）42 m×12 m×4.5 m，表面负荷1.60 m3/（m2·h）。沉淀池配刮吸泥机，跨度12 m，行驶速度1.12 m/min，用于排除池底沉淀。

（4）DAT-IAT 池。DAT-IAT 池是整个工艺的主体和核心，由连续曝气池（DAT 池）和间歇曝气池（IAT 池）串连而成。DAT 池保持连续进水，并在整个反应周期连续曝气，其出水连续流入IAT 池，IAT池在1 个运行周期内分别完成曝气反应、沉淀、出水等工序。DAT 池是生物反应系统的主反应池，绝大部分有机物在DAT 池中被降解，池中水流呈完全混合态。IAT 池连续进水，间断排水，且在反应工序进行曝气，强化处理效果。系统处理后出水和剩余活性污泥均由IAT 池排出，从而保证稳定的处理效果。根据项目前期试验结果，预处理后废水总曝气时长≥8 h 时，出水CODCr能稳定<40 mg/L。

设DAT-IAT 池1 座，分4 格运行，尺寸（L×B×H）为50 m×48 m×6.5 m。单格DAT 池有效容积1 875 m3，单格IAT 池有效容积1 580 m3，总水力停留时间11.5 h。IAT 池运行周期为曝气1.5 h、沉淀1 h、滗水1.5 h。池底设管式微孔曝气器进行充氧曝气，平均供气量8 036 m3/h。IAT 设污泥回流泵，污泥回流比100%。

2.3 工程投资及运行成本

该工程总投资5 130.07 万元，其中建设工程费用4 859.58 万元。污水处理运行成本包含药剂费、电费、人工费及活性污泥送检费用。此外，为保证生化反应系统的污泥活性，每月需定期补充活性污泥。药剂费主要包括CO2（0.70 元/t）和石灰（0.09 元/t），处理吨水电费为0.72 元，人工费折合为0.29 元/t，日常送检费折合为0.22 元/t，活性污泥补充成本约0.48 元/t，吨水处理总运行成本为2.50 元。

3 运行效果及对比

3.1 运行效果

该工程于2020 年9 月清水试车，2021 年1 月同选厂同步联调，出水基本稳定达标。水处理系统2021 年1—8 月的进出水数据如图2 所示。

由图2 可见，出水CODCr基本稳定在20 mg/L，SS为18 mg/L，Pb2+为0.05 mg/L，Zn2+为0.47 mg/L，出水水质可满足原设计出水要求。处理后的出水回用于选厂选矿，能满足选矿浮选要求。

图2 水处理系统的进出水情况Fig.2 Inlet and outlet water of treatment system

3.2 同类项目对比

将该工程的进出水水质均值与某采用混凝沉淀+活性炭吸附法处理铅锌选矿废水工程的年进出水水质均值进行对比，如图3 所示。

由图3 可知，该工程对CODCr、Pb2+、Zn2+的处理效果均优于采用普通物化法的对比工程。对比工程投加了絮凝剂且工艺后段用活性炭进行过滤，因此出水SS 较优。鉴于SS 并非影响处理后回用的关键因素，2 种处理方法均能满足回用要求。对比工程采用活性炭吸附，运行过程有大量活性炭需要再生，处理成本高且不适于大规模水处理系统。