CN101948200A - 一种处理矿山含重金属酸性废水的微电解絮凝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理矿山含重金属酸性废水的微电解絮凝方法，其处理步骤为废水预处理-铁碳微电解-絮凝沉淀：废水经过预处理后通入铁碳质量装填比为1～5的铁碳床反应器，反应停留5分钟～6小时，通过微电解反应，去除并回收废水中大部分重金属污染物；出水调节pH6.5～10进行絮凝沉淀，进一步去除杂质离子，可视水质情况加入新的絮凝剂强化对废水的净化效果；固液分离后，废水出水可达标回用或排放。本发明具有处理成本低，占地面积小，废水中的重金属回收率高等优点，在矿山废水处理领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护技术及水处理技术领域，特别涉及处理重金属矿山酸性废水的方法。
背景技术
大部分黑色金属矿和有色金属矿等矿石中含有一定量的硫或共生硫化物，硫化矿物在自然界中经氧化、风化、分解及水-气-酸-矿物反应的综合作用下，形成矿山所特有的酸性废水。酸性废水的成因是由于硫化矿物在坑内涌水和大气降水的溶蚀下氧化而产生的，这一氧化过程主要是在矿床中的硫化矿细菌参与下完成的，生成硫酸、硫酸亚铁和硫酸铁，这些生成物进一步与其他金属硫化物作用，生成硫酸盐溶于水中，便形成含重金属离子的酸性废水。
目前国内外含铜酸性废水处理采用的工艺主要为中和沉淀法、硫化物沉淀法等，这两种方法具有工艺简单，成本低的优点，但存在无法回收利用金属资源，含重金属沉淀污泥量大，结垢严重，易堵塞管道，而且处理后的水体随着水体酸、碱度和盐溶液浓度等条件的变化，沉淀物容易溶解，造成二次污染。因此寻求工艺简捷、投资费用较低、操作管理简单的方法来解决矿山酸性废水污染问题，同时尽量避免重金属造成的二次污染就是本发明所要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种方法简单、处理效果好、费用低和易于操作的方法来解决矿山酸性废水污染问题。处理步骤为废水预处理-铁碳微电解-絮凝沉淀，原理如下：
废水经过前期预处理后，通入铁碳床反应器中，当铁和碳浸没在废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。其中电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，发生电化学反应，其反应过程为：
阳极(Fe)：Fe-2e→Fe2+，
阴极(C)：2H++2e→2[H]→H2，
重金属离子+ne→重金属单质。
曝气情况下，还可以发生如下反应：
O2+4H++4e→2H2O；
O2+2H2O+4e→40H-；
2Fe2++O2+4H+→2H2O+Fe3+。
从反应中看出，产生的初生态的Fe2+和原子H，它们具有高化学活性，能改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用。反应中铁耗H+以及微电解反应生成的OH-能使出水pH值提高。
人为调pH 6.5～10，能加快Fe2+氧化生成Fe3+，Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝物，其水解产物对水中颗粒或胶体污染物进行电中和脱稳、吸附架桥或粘附卷扫而生成粗粒絮凝体再加以分离去除，从而加强了对废水的净化效果，以达到回用或排放标准。根据出水水质情况可加入新絮凝剂来强化对废水的净化效果。
本发明方法的特征是：处理步骤为废水预处理-铁碳微电解-絮凝沉淀：废水经过预处理后通入铁碳质量装填比为1～5的铁碳床反应器，反应停留5分钟～6小时，通过微电解反应，去除并回收废水中绝大部分重金属污染物；出水调节pH6.5～10絮凝沉淀，进一步去除杂质离子，还可视水质情况加入新的絮凝剂强化对废水的净化效果；固液分离后，废水出水可达标回用或排放。
本发明所述的预处理方法为调pH到2～5、预沉淀、加絮凝剂进行絮凝预处理沉淀、预曝气中的1种或多种方法的组合；
本发明所述的铁碳床，是铁碳固定床、铁碳流化床和曝气铁碳床中的任意一种；
本发明所选用铁屑可以使铸铁屑，也可以是海绵铁、钢铁、以及含铁重量百分比≥70％的铁基合金屑中的任意一种，或是它们的多种组合，组合物各组元之间的比例是任意的；所用活性炭也可以是焦炭、煤、粉煤灰、电石渣中的任意一种，或是它们的多种组合；且它们的多种组合时，组合物各组元之间的比例是任意的。
本发明处理过程曝气量为0～3m3气/m3水min，可以在铁碳床中也可以在铁碳床完后再曝气；出水调pH后，可加新的絮凝剂也可以不加，加入的絮凝剂可以是无机絮凝剂也可以是有机絮凝剂。
本发明可用于处理矿山含重金属废水的pH为0～6。
和现有技术相比，本发明有以下优点或积极效果：
1、铁屑来源广泛，价格低廉，处理成本低。
2、微电解法占地面积小，整个装置易于制造。
3、投资少，见效快，效果好，易于推广。
4、废水中的金属回收率高，经济效益好。
5、废水处理后能够达到回用或排放标准。
具体实施方式
下面结合工程实例对本发明做进一步的分析说明。
实施例1
某矿山废水，铜离子浓度81.5mg/L，及微量的其它重金属，pH为4.5。将该废水通过预沉淀后通入内置铸铁屑、活性炭比为1∶1的铁碳固定床处理该废水，处理30min后，处理过程不曝气；出水后调pH6.5，固液分离后，出水pH为7.1，可达到回用或排放标准，金属回收率达99.6％。
实施例2
某矿山采矿废水，其浓度为铅离子92.2mg/L，锌离子25.5mg/L及微量的其它重金属，pH 3.0。将该废水通过预沉淀、预曝气后通入铁碳曝气床，曝气床内置2.5∶1的铁碳，铁用海绵铁和钢铁的组合，比例为1∶1，碳选用焦炭和粉煤灰的组合，比例为1∶1，曝气量为1m3气/m3水.min，停留2h；出水后调pH7.2，固液分离后，出水铅离子浓度0.55mg/L，锌离子浓度1.33mg/L，pH为7.8，出水可达到回用或排放标准，金属回收率达99.9％。
本发明所选用铁屑可以使铸铁屑，也可以是海绵铁、钢铁、以及含铁重量百分比≥70％的铁基合金屑中的任意一种，或是它们的多种组合；所用活性炭也可以是焦炭、煤、粉煤灰、电石渣中的任意一种，或是它们的多种组合；且它们的多种组合时，组合物各组元之间的比例是任意的。
实施例3
某矿山废水，其离子浓度分别为铅63.5mg/L，钴13.5mg/L，镍16.3mg/L，及微量的其它重金属，pH 1.0。将该废水调pH至2.0，经过预沉淀、预曝气处理后通入铁碳流化床，流化床内置4∶1的铁碳，铁用铸铁屑、海绵铁和钢铁的组合，比例为2∶1∶1，碳选用焦炭、煤和电石渣的组合，比例为3∶1∶1，停留3h，出水后曝气，曝气量为2m3气/m3水.min；出水后调pH8.0，并加入无机絮凝剂聚合氯化铝(PAC)10mg/L，固液分离，出水铅离子浓度0.53mg/L，钴离子浓度0.15mg/L，镍离子浓度0.21mg/L，pH为8.5，出水可达到回用或排放标准，金属回收率达99.9％。
实施例4
某多金属矿山酸性废水，其中含铜离子浓度101.5mg/L、铅离子浓度16.9mg/L、镍离子浓度18.6mg/L，锌离子浓度20.8mg/L，及微量的其它重金属，pH为1.2。将该废水调pH至5.0，经过预沉淀、加絮凝剂进行絮凝预处理沉淀和预曝气处理后通入内置阳阴极比为5∶1的铁碳流化床，阳极是铁-铝合金，其成分为：含铁重量百分比为80％，含铝重量百分比20％；阴极是焦炭、煤、电石渣与粉煤灰的组合，比例为2∶1∶1∶1，停留时间为6h，出水后曝气，曝气量为2m3气/m3水min；出水后调pH9.0，并加入有机絮凝剂聚丙烯酰胺6mg/L，固液分离后，出水铜离子浓度0.56mg/L，铅离子浓度0.25mg/L，镍离子浓度0.26mg/L，锌离子浓度1.8mg/L，pH为9.2，出水可达到回用或排放标准，金属回收率达99.9％。
Claims (6)
1.一种处理矿山含重金属酸性废水的方法，其特征在于：废水预处理-铁碳微电解-絮凝沉淀，具体处理步骤为：废水经过预处理后通入铁碳质量装填比为1～5的铁碳床反应器，反应停留5分钟～6小时；出水调节pH6.5～10絮凝沉淀，加入新的絮凝剂或者不加入；固液分离。
2.根据权利要求1所述的处理矿山含重金属酸性废水的方法，其特征是所述的废水经过预处理是：调pH到2～5、预沉淀、加絮凝剂进行絮凝预处理沉淀和预曝气或不预曝气。
3.根据权利要求1所述的处理矿山含重金属酸性废水的方法，其特征是所述通入铁碳中的铁可以是铸铁屑，也可以是海绵铁、钢铁、以及含铁重量百分比≥70％的铁基合金屑中的任意一种，或是它们的多种组合，组合物各组元之间的比例是任意的；所述通入铁碳中的碳为活性炭，可以是焦炭、煤、粉煤灰、电石渣中的任意一种，或是它们的多种组合；且它们的多种组合时，组合物各组元之间的比例是任意的。
4.根据权利要求1所述的处理矿山含重金属酸性废水的方法，其特征是所述处理矿山含重金属废水的pH为0～6，所述加入新的的絮凝剂是无机絮凝剂或有机絮凝剂。
5.根据权利要求1所述的处理矿山含重金属酸性废水的方法，其特征是所述的铁碳床是铁碳固定床、铁碳流化床和曝气铁碳床中的任意一种。
6.根据权利要求1的处理矿山含重金属酸性废水的方法，其特征在于本发明处理过程曝气量为0～3m3气/m3水min，可以在铁碳床中也可以在铁碳床处理完后再对废水进行曝气。
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