Очистка сточных вод

28.11.2019

Сточные воды обогатительных фабрик, сбрасываемые вместе с хвостами в хвостохранилище, содержат в виде грубодисперсных примесей частицы различных минералов (пустая порода, пирит и пр.), различные соли в растворенном виде, применяющиеся в ходе технологического процесса реагенты, продукты взаимодействия реагентов между собой и с минералами, а также реагенты в виде эмульсий.

Характеристика сточных вод зависит от состава перерабатываемых руд и применяемой технологии обогащения. Общие стоки фабрик цветной металлургии, перерабатывающих соответственно тот или иной тип руд, содержат обычно 0,1-0,3 мг/л катионов меди, 0,2-0,4 мг/л катионов цинка, около 0,1 мг/л катионов свинца, 0,1-0,9 мг/л катионов никеля. Остаточная концентрация ксантогената находится в пределах 0,2—0,5 мг/л (иногда до 5 мг/л), аэрофлота — около 2 мг/л. При обогащении свинцово-цинковых и медно-свинцово-цинковых руд используются цианиды, концентрация которых в пульпе отвальных хвостов не превышает 3 мг/л, однако в сливе сгустителей при сгущении медного и свинцового концентратов она составляет 200— 400 мг/л. Аполярные масла (углеводороды), применяемые в практике флотации медных, молибденовых, медно-молибденовых и вольфрамо-молибденовых руд, содержатся в сточных водах фабрик в пределах 5—10 мг/л; иногда концентрация углеводородов (керосина) достигает 80 мг/л. В этом случае реагент находится в стоках в капельно-эмульсионном виде.

Грубодисперсных примесей в сточных водах фабрик содержится от 25 до 250 г/л. Сливы сгустителей концентратов содержат обычно не более 0,2 г/л твердых нерастворимых веществ, однако при сгущении пиритных концентратов слив часто содержит более 50 г/л грубодисперсных примесей.

Как уже было сказано, расстояние от места выпуска пульпы в хвостохранилище до сброса осветленной воды в водосбросный колодец должно быть достаточным для выпадения грубодисперсных примесей.

Осаждение грубодисперсных примесей при отстаивании хвостовой пульпы в хвостохранилище зависит от их дисперсности, pH среды и состава жидкой фазы. Так, в сильнощелочной известковой среде все грубодисперсные примеси хвостов в течение короткого времени оседают в хвостохранилище. В среде, близкой к нейтральной или в содовой среде, пульпа в хвостохранилище полностью не осветляется даже при длительном отстаивании и выходящая вода содержит до 1 г/л твердого. Применение в технологическом процессе жидкого стекла и других пептизаторов и подавителей породы приводит к образованию коллоидов, что также ухудшает осаждение твердой фазы в хвостохранилище.

Для ускорения осветления хвостовой пульпы и увеличения полноты осаждения грубодисперсных примесей применяются не органические и органические флокулянты — известь, железный купорос, сернокислый алюминий, полиакриламид и другие вещества, способствующие флокуляции частиц и хлопьовидных осадков. Иногда применяют сочетания реагентов-флокулянтов. Для лучшего контакта и перемешивания флокулянты обычно дозируют в начале магистрального хвостопровода, подающего пульпу от фабрики в хвостохранилище.

Осветленные в хвостохранилище сточные воды, как правило, не могут сбрасываться в открытые водоемы без предварительной очистки. Сброс неочищенных стоков представляет опасность для здоровья людей и приносит вред рыбному хозяйству.

Существуют санитарные нормы, устанавливающие минимально допустимые концентрации вредных веществ в воде водоемов санитарно-бытового водопользования.

Сточные воды, спускаемые в водоемы должны иметь pH 6.5—8,5.

Наиболее токсичными флотореагентами, загрязняющими сточные воды, являются цианиды, медный и цинковый купорос, которые часто применяются в комбинации друг с другом, образуя в пульпе комплексные цианиды меди и цинка. Токсичными являются фенолы, углеводороды, ксантогенаты, дитиофосфаты, а также ионы тяжелых металлов.

Следует отметить, что очистка сточных вод от токсичных флотореагентов осуществляется в хвостохранилищах. За счет химического окисления кислородом, действия углекислого газа, гидролиза в хвостохранилищах происходит естественное разрушение большинства реагентов и при прохождении сточных вод через хвостохранилище их состав изменяется. Так, почти все токсичные реагенты за 10—15 дней разрушаются, особенно в весенне-летний период. Поэтому хвостохранилище является одновременно и очистным сооружением. Так как при низких температурах процесс самоочищения сточных вод затормаживается пли прекращается совсем, в зимний период хвостохранилище должно работать как накопитель сточных вод с их последующим сбросом в паводок.

Если процесс самоочищения сточных вод в хвостохранилище протекает недостаточно эффективно, применяются специальные методы очистки — химические, механические, биохимические.

Наиболее распространена химическая очистка сточных вод.

Для комплексной очистки сточных вод от всех токсичных соединений, способных окисляться, используются окислительные методы. В качестве реагентов-окислителей применяют хлорную известь, гипохлорит кальция или натрия, реже — жидкий хлор. Окислительные методы применяют для очистки сточных вод от фенолов, ксантогенатов и дитиофосфатов, допустимая концентрация которых в воде водоемов санитарно-бытового водопользования не должна превышать 0,001 мг/л, а также от цианидов (допустимая концентрация не более 0,1 мг/л). Одновременно реагенты-окислители осаждают ионы тяжелых металлов в виде труднорастворимых соединений, обеспечивая их остаточную концентрацию в пределах допустимых норм для водоемов санитарно-бытоВого водопользования (ионов меди, никеля и свинца — не более 0,1 мг/л, ионов цинка — но более 1 г/л). Кроме того, для очистки от ионов тяжелых металлов сточные воды обрабатывают известковым молоком, приготовленным из извести третьего сорта, содержащей недожог (источник анионов OH- и одновременно СО3), и осаждают медь, никель и свинец в виде гидроокисей, например ионы меди осаждаются при pH 8—10 по реакциям:
Очистка сточных вод

Если для очистки сточных вод используют хлорную известь или гипохлорит, то дополнительные реагенты для осаждения ионов тяжелых металлов обычно не требуются. Хлорной извести на обезвреживание расходуют от 0,05 до 0,5 кг/м3 сточных вод (иногда выше). Дозировать раствор хлорной извести можно непосредственно в зумпф, куда поступает очищаемая сточная вода. Иногда сточные воды обрабатывают хлорной известью в специальной реакционной камере, снабженной мешалкой.

Трудно очищать сточные воды от фенола. При обесфеноливании сточных вод фабрик с помощью окислителей фенол или крезол переходят в безвредные нетоксичные соединения, в частности при полном окислении фенола образуются различные карбоновые кислоты. Скорость процесса окисления максимальна в слабощелочной среде (pH 7,2—8), а также при подогревании сточной воды до 40° С. Процесс окисления хлорной известью обычно длится 30—60 мин. Следует отметить, что токсичность фенолсодержащих реагентов вообще делает иногда невозможным их промышленное применение. В нашей стране уделяется огромное внимание охране водного бассейна, поэтому в ряде случаев, несмотря на хорошие технологические показатели, эти реагенты запрещается применять. Так, например, прекратилось промышленное применение ветлужского масла — эффективного собирателя при флотации железных руд, содержащего многоатомные фенолы. Взамен фенольных реагентов предложены и нашли применение менее токсичные и безвредные вещества.

При окислении хлорной известью ксантогенатов и дитиофосфатов сера, входящая в состав собирателей, полностью окисляется до сульфатов. Процесс окисления заканчивается через 5 мин.

Обработка хлорной известью или гипохлоритом (при pH 9— 10) стоков фабрик, содержащих растворенные простые цианиды (KCN, NaCN) и комплексные цианиды меди и цинка типа [Cu(CN)3]2- и [Zn(CN)4]2-, приводит к окислению последних по реакциям:

Аналогично протекает очистка жидким хлором. Образующиеся во всех случаях цианат-ионы CNO- постепенно гидролизуются в воде с образованием ионов карбоната и аммония

Таким образом, в результате окисления цианиды полностью разрушаются до безвредных соединений, а ионы тяжелых металлов осаждаются в виде гидроокисей. Гарантией полного отсутствия в очищенной сточной воде токсичных цианидов является остаточная концентрация активного хлора несколько миллиграммов на литр. Реакция окисления в промышленных условиях обычно протекает не более 5 мин, время осаждения образующихся осадков гидроокиси меди и цинка не превышает 30 мин.

При обезвреживании сточных вод от цианидов активным хлором необходимо строго соблюдать правила техники безопасности. В случае недостатка активного хлора возможны различные побочные реакции с выделением раздражающих газов, поэтому должна быть обеспечена мощная приточно-вытяжная вентиляция.

Для очистки сточных вод от токсичных цианистых соединений разработана ионообменная технология. Она основана на избирательном поглощении анионитами цианидов и цианистых комплексов меди, цинка и золота. Извлечение цианистых соединений из сточной воды при ее фильтрации через ионообменный фильтр, загруженный высокоосновным анионитом, например смолой марки АВ-17, составляет примерно 95%. Ионит в дальнейшем подвергается регенерации. Новая технология позволяет, помимо обезвреживания сточных вод, попутно извлекать растворенные цветные и благородные металлы. Однако схема очистки сточных вод методом ионного обмена и последующей регенерации смолы довольно сложна, поэтому в каждом конкретном случае должна быть обоснована техническая целесообразность и экономическая эффективность ее применения.

Представляет интерес так называемый капельно-пленочный метод очистки циансодержащих растворов и сточных вод. Сущность метода заключается в том, что щелочные цианистые стоки не содержащие большого количества грубодисперсных примесей (например, слив хвостохранилищ), в виде тонкой водяной пленки или капель подаются на наклонный желоб. Стекая вниз и контактируя с воздухом (естественная аэрация), сточные воды очищаются от цианидов, главным образом за счет образования и улетучивания HCN. При соответствующей длине пути прохождения водяной пленки или капель очистка достигает 100%. Чем сильнее поток воздуха, направленный навстречу водяной пленке (по принципу противотока), тем меньше требуется путь для очистки водь от цианида (ионов CN-). Одновременно с очисткой от CN- снижается также величина pH. Механизм процесса капельно-пленочной очистки аналогичен самоочищению цианистых растворов при стоянии, протекающий только значительно медленнее. Образование HCN происходит в основном благодаря гидролизу цианистых солей, а также из-за вытеснения ее из солей более сильной H2CO3. Образовавшаяся HCN выделяется из раствора в окружающую среду вследствие низкой температуры кипения (25,7° С).

Поскольку улетучивающаяся HCN, устойчивость которой в воздухе составляет 5—10 мин, весьма токсична капельнопленочный метод применим там, где хвостохранилища размещены за пределами населенных пунктов. Капельно-пленочный метод успешно применяется в ЧССР на фабрике «Горный Бенешов» для обезвреживания слива хвостохранилища, содержащего 2—7 мг/л цианидов, путем пропускания воды через 9 каскадных водосливов.

Для очистки сточных вод от цианидов, а также от других окисляемых соединений предложен, но еще не нашел промышленного применения электрохимический метод. При электролизе циансодержащих растворов происходит анодное окисление циан-иона

Образующиеся цианаты подвергаются дальнейшему окислению до элементарного азота и двуокиси углерода

На аноде происходит также разрядка гидроксильных ионов, а на катоде — находящихся в растворе ионов металлов, в частности меди. В качестве анода рекомендуется использовать магнетит или графит, отличающиеся нерастворимостью в процессе окисления.

Электрохимический метод эффективен для очистки сливов сгустителей медных и медно-свинцовых концентратов с повышенной концентрацией цианидов и ионов меди. Катодом в этом случае может служить листовая медь. Расход электроэнергии на окисление 1 г цианидов (в пересчете на ион CN-) составляет около 0,01 кВт*ч.

Глубокая очистка сточных вод до санитарных норм (0,1 мг/л) от нефтепродуктов типа углеводородных (аполярных) масел пока еще не разработана. Для очистки стоков от масел, находящихся в капельно-эмульсионном виде, применяют механические методы — фильтрование через кварцевые фильтры, отстаивание в специальных ловушках и т. п. При относительно низкой концентрации масел (10—20 мг/л) применяют физико-химические методы, основанные на коагулировании сточных вод сернокислым алюминием, железным купоросом, известью или комбинацией этих реагентов. Аполярные масла сорбируются на поверхности образующихся хлопьев и отстаиванием (или флотацией) отделяются от сточных вод вместе с твердой фазой.

На адсорбции масел на пузырьках воздуха основана очистка сточных вод с помощью глубинноадгезионной сепарации. Подлежащую очистке воду на глубине 5 м подвергают компрессии при давлении до 10 кгс/см2. Насыщенная воздухом вода поднимается наверх, причем выделяющиеся из воды пузырьки воздуха выносят на своей поверхности аполярные масла. Последние выводятся из аппарата специальным устройством.

Все перечисленные способы не позволяют снизить остаточную концентрацию углеводородов в очищенной воде менее 3 мг/л, поэтому вопрос об эффективном удалении нефтепродуктов из стоков пока не решен.

Наиболее радикальным решением проблемы сточных вод является их повторное использование в технологическом процессе наряду с минимальным расходом флотореагентов. Организация оборотного водоснабжения, без сбрасывания стоков в водоем, и снижение удельного расхода флотореагентов улучшает одновременно экономику передела. В свою очередь, оборотное водоснабжение обычно способствует снижению расхода реагентов в технологическом процессе.

В настоящее время использование на фабриках свежей воды на производственные нужды допускается только в том случае, когда невозможно оборотное водоснабжение. В районах с недостатком воды оборотное водоснабжение становится совершенно необходимым.

Возможность организации оборотного водоснабжения устанавливают опытным путем с учетом специфических особенностей руды и технологии обогащения.

Осложняет применение оборотных вод присутствие в них реагентов-депрессоров тех или иных флотируемых минералов. Оборотную воду следует подавать в те операции флотации, где отрицательное действие депрессоров не сказывается, например в соответствующий цикл селекции, но не в коллективную флотацию, где флотируются все компоненты. Иногдa целесообразно сточные воды, полученные после сгущения тех или иных продуктов (например, после сгущения коллективного концентрата), направлять непосредственно в голову той операции, в которой эти продукты получены (в частности, в голову процесса).

Перед возвращением сточных вод на фабрику может потребоваться их предварительная обработка (подкисление для снижения pH, удаление ионов тяжелых металлов и т. п.). Реагентный режим для ускорения осветления и очистки сточных вод следует принимать с учетом использования водооборота. Например, если при флотации нежелательно присутствие в воде ионов кальция, то для ускорения осветления в качестве реагентов-флокулянтов следует использовать сульфат алюминия, а не известь.

В России оборотные воды используют многие обогатительные фабрики. Практически полный оборот воды осуществлен на Джезказганской, Гайской, Учалинской, Кировградской, Ждановской и других фабриках.

Необходимо отметить, что перевод фабрики на водооборот, особенно полный, может потребовать совершенствования технологии. Примером может служить Гайская фабрика, где эффективное применение оборотной воды оказалось возможным только после изменения схемы и режима коллективной медно-цинковой флотации. Подача оборотной воды в процесс при работе по обычной схеме (основная, контрольная и три перечистных флотации) привело к резкому снижению извлечения в коллективный концентрат цинка вследствие присутствия в оборотной воде тиосульфатных и сульфатных анионов, снижающих скорость флотации сфалерита. Последний стал накапливаться в промпродуктах и при их возврате в голову процесса переходил в хвосты. Проблема была решена, когда в перечистные флотации дополнительно дозировали собиратель и активатор (медный купорос), а промпродукты (хвосты I перечистной и концентрат контрольной флотаций) вывели в отдельный цикл с достаточным фронтом флотации.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна