康家湾矿矿井水再生处理试验研究

黄安平，付高明，唐志波，阳自霖，李 懋

（湖南水口山有色金属集团有限公司，湖南 衡阳 421513）

我国有色金属矿以井下开采为主，为了保障井下安全生产，必须排除大量的矿井水。有色金属矿矿井水中含有一定量的重金属，若直接排放不仅会对当地的地表水源造成污染，还造成了水资源的浪费［1］。将有色金属矿矿井水处理后回用于有色金属冶炼企业，对保护矿区环境和缓解冶炼企业对新水的使用量具有重要的意义［2-3］。

为确保矿井水通过再生处理后能够满足冶炼企业用水水质要求，针对康家湾矿矿井水开展了再生处理试验研究。本文将论述相关试验研究情况。

1 试验水质情况

为充分掌握康家湾矿矿井水水质情况，进行了12 d的取样检测，详细水质成分分析见表1，悬浮物、铁、锰执行《再生水水质标准》（SL 368-2006）表4.0.2再生水利用于工业用水控制项目和指标限值。其他指标执行《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）表1地表水环境质量标准基本项目标准限值中Ⅲ类水标准。检测结果小于检出限报最低检出限值加L。

表1 康家湾矿矿井水水质情况 mg／L

（续表1）

从表1水质分析结果可以看出，康家湾矿矿井水水质情况存在波动，主要是铁、锰、镍、悬浮物超标，偶尔存在铅、锌、镉、铊、氨氮元素指标超标情况。

2 试验方案及流程

由于重金属的氢氧化物大都是难溶的，因此矿井水中的重金属铅、锌、镉、镍、铊可以通过水解沉淀法除去。常用的碱性药剂有石灰、氢氧化钠等。

铁、锰的去除一般是将Fe2＋、Mn2＋氧化为Fe3＋、Mn4＋后再转化为Fe（OH）3和MnO2沉淀从溶液中去除［4］。

从反应式（3）中可知，在中性条件下，Mn2＋氧化电位高达1.224 V，难以被溶解氧氧化为MnO2沉淀。因此采用强氧化剂或提高pH来加快Mn2＋氧化速率的方法来除铁锰。常用于除锰的氧化剂有高锰酸盐、高铁酸盐、臭氧、氯氧化剂和过氧化氢等［5］。

低含量氨氮的去除一般采用折点加氯法，药剂用量少，去除率高。常用的氯氧化剂有次氯酸钠、漂白粉、氯气等［6-7］。

所以，氧化剂选择氯氧化剂，常用的次氯酸钠和漂白粉有效氯含量低，本试验选择二氯异氰尿酸钠（C3Cl2N3NaO3，理论有效氯含量为64.5%）作为氯氧化剂。二氯异氰尿酸钠在水中会水解释放出次氯酸，次氯酸可以同时氧化铁、锰和氨氮［8］。通过分析，采用“氧化—水解—混凝—沉淀—过滤”流程。

设计试验流程如图1所示。

图1 康家湾矿矿井水再生处理流程图

流程说明：取适量矿井水于烧杯中，先加入二氯异氰尿酸钠进行氧化反应，使铁、锰、氨氮快速氧化，生成氢氧化铁和二氧化锰沉淀脱除；再加入液碱调节pH，使重金属离子水解沉淀；再加入聚合硫酸铁溶液进行混凝，调节溶液pH值在6～9范围内；最后加入适量PAM，形成大颗粒沉淀，再使用过滤装置进行固液分离。对清液进行化验分析，考察各超标元素的去除效果。

3 试验结果及分析

试验方法：以12组水样中相对较差的8＃水样作为试验水样，主要考察二氯异氰尿酸钠用量和水解pH值对各超标元素的去除效果。

3.1 二氯异氰尿酸钠用量对超标元素去除效果的影响

按照试验流程，不加入二氯异氰尿酸钠，直接用石灰调节溶液pH＝9、10、11、12左右，搅拌反应10 min后再用聚合硫酸铁溶液调节pH＝8左右，搅拌反应10 min后最后加入适量PAM，进行固液分离后对清液化验分析。试验结果见表2。

从表2可以看出，不加二氯异氰尿酸钠的情况下，通过提高pH值，溶液中的部分超标元素可以通过水解—混凝—沉淀达到去除的目的，但是仍有部分元素如Mn无法达到标准，Ni需要在较高pH值条件下才能达到标准。

表2 不加二氯异氰尿酸钠时pH值对超标元素去除效果的影响 mg／L

按照试验流程开展二氯异氰尿酸钠用量试验，先分别加入二氯异氰尿酸钠0.05、0.1、0.2 g／L，搅拌反应10 min后再用石灰调节溶液pH＝11左右，搅拌反应10 min后再用聚合硫酸铁溶液调节pH＝8左右，搅拌反应10 min后最后加入适量PAM，进行固液分离后对清液化验分析。试验结果见表3。

表3 二氯异氰尿酸钠用量对超标元素去除效果的影响 mg／L

从表3分析结果可以看出，只需要添加少量的二氯异氰尿酸钠，再调节溶液pH到11时，各重金属元素都可以降到标准以下，特别是对Mn、Fe的去除效果明显，而且氨氮的值也有所下降。为增强工艺的抗冲击能力，综合考虑确定二氯异氰尿酸钠用量为0.1 g／L。

3.2 pH值对超标元素去除效果的影响

按照试验流程，先加入二氯异氰尿酸钠0.1 g／L，再用石灰调节溶液pH＝9、10、11、12左右，搅拌反应10 min后再用聚合硫酸铁溶液调节pH＝8左右，搅拌反应10 min后最后加入适量PAM，进行固液分离后对清液化验分析。试验结果见表4。

表4 pH值对超标元素去除效果的影响 mg／L

从表4分析结果可以看出，在添加0.1 g／L的二氯异氰尿酸钠后，只需调节溶液pH到9左右时，各重金属元素都可以降到标准以下。为增强工艺的抗冲击能力，综合考虑确定pH值控制在10～11。

3.3 12组水样验证处理效果

条件试验确定的工艺参数为：二氯异氰尿酸钠用量0.1 g／L，加石灰调节pH在10～11范围，聚合硫酸铁溶液调节pH＝8左右。

根据确定的工艺参数对12组水样全部进行了验证，12组水样处理效果见表5。

表5 12组水样验证试验处理结果 mg／L

从表5的分析数据可以看出，该工艺对矿井水处理效果较好，12组矿井水样经处理后各指标可稳定达到相关水质要求。

试验产生水解渣量按污染物浓度相对较高的8＃水样统计干渣量约为0.21 g／L，湿渣量按水量5 000 m3／d、含水率70%测算约为3.5 t／d。

4 药剂成本核算

本再生处理试验过程中用到的药剂包括二氯异氰尿酸钠、石灰、聚合硫酸铁、PAM，系统药剂成本计算见表6。

表6 康家湾矿矿井水再生处理试验药剂成本

5 结论

1.康家湾矿矿井水采用“氧化—水解—混凝—沉淀—过滤”工艺处理效果良好，出水可稳定达到地表Ⅲ类水质和再生水水质标准相关要求，工艺抗冲击性能好。

2.二氯异氰尿酸钠预氧化除铁锰效果良好，还可以降低重金属水解沉淀的pH值。

3.该工艺药剂用量为二氯异氰尿酸钠0.1 kg／m3，石灰用量0.2 kg／m3，聚合硫酸铁0.2 kg／m3，PAM0.000 5 kg／m3，综合药剂成本为1.049元／m3，经济可接受性好。