4000m3每天铅锌选矿废水处理工艺设计大学本科毕业论文.doc

目 录1 绪论111选矿废水处理背景112金属矿山选矿废水的基本情况与危害1121选矿废水的来源1122 选矿废水中的污染物及其危害4213 金属矿山选矿废水净化与资源化利用现状3131 总体概况3132 国内金属矿山选矿废水净化与资源化利用现状4133 国外金属矿山选矿废水净化与资源化利用现状72 概况1021 工程概况1022 处理的污水量1023 污水水质1024 排放标准1025设计依据1026设计原则113 污水处理工艺流程选择1231工艺选择1232工艺流程1233工艺流程说明124 工艺设计计算1441调节池14411设计说明14412 设计参数14413 设计计算1442混凝池15421 设计说明15422设计参数15423 设计计算1643 沉淀池（平流沉淀池）19431 设计说明19432设计参数19433 设计计算1944 氧化塘（兼性氧化塘）24441 设计说明24442设计参数25443塘体设计计算2545 氧化池26451 设计说明26452 设计计算2646 清水池27461设计说明27462设计计算2747 污泥浓缩池28471设计说明28472池体设计计算2848污泥脱水间31481设计说明31482脱水机设计计算32483 污泥脱水间设计计算345 污水处理站总图布置3551 总体布置原则3552平面设计总图356 工程技术经济分析3661工程预算36611土建费（A）36612设备材料费（B）36613概算总表3762 运行成本分析38621 电费 (A)38622 人员费(B)38623 药剂费（C）3863项目经济性评价3964设备安装3965 管道安装及敷设40651管材的选用40652 管道接口40653 管道基础40654 管道防腐40655 管道试压要求40656 管道施工及验收应遵循以下规范40结 论41参考文献42致 谢43431 绪论11选矿废水处理背景我国是个矿山较多的国家，在利用矿产的过程中，特别是在选矿、冶矿过程中产生的废水废气废渣的处理已随着目前国家对矿山环保的日益重视, 如何合理地利用选矿废水, 成为国内矿山亟待解决的一个重要课题。选矿废水由于其排放量大, 水中重金属离子浓度、固体悬浮物浓度和化学需氧量等各项指标, 均大大超过国家排放标准, 容易对选矿厂周边环境造成巨大的影响1。也因此而被重视，从国内外选矿废水的净化与资源化利用现状来看, 单纯的对选矿废水进行处理使之达标排放, 不仅处理技术难度大, 而且处理成本非常高2。这就需要科学技术进一步地进行研究和实验探讨，这是一个相对而言较为严峻的课题。12金属矿山选矿废水的基本情况与危害一般来说, 有色金属选矿中, 处理1t 矿石浮选法用水47m3 , 重选用水2026m3 , 浮磁联选用水2327m3 , 重浮联选用水2030m3 , 除去循环使用的水量, 绝大部分消耗的水量伴随尾矿以尾矿浆的形式从选矿厂流出3。尤其在浮选过程中,为了有效地将有用组分选出来, 需要在不同的作业加入大量的浮选药剂, 主要有捕收剂、起泡剂、有机和无机的活化剂、抑制剂、分散剂等, 同时, 部分金属离子、悬浮物、有机和无机药剂的分解物质等, 都残存在选矿废弃溶液中, 形成含有大量有害物质的选矿废水。直接排放该选矿废水, 将对环境造成严重污染, 这使得我国矿山每年采矿与选矿排出的污水达1215 亿t , 占有色金属工业废水的30 %左右。121选矿废水的来源4选矿厂碎矿和选矿过程中, 外排的废水通称为选矿废水, 所以选矿废水并非单指选矿工艺中排除的废水, 还包括一定的地面冲洗水、冷却水等等。选矿废水由于其排放源不同而分为两类: 一是浓缩精矿及中矿用的浓缩脱水设备的流, 其水量一般少于选厂总水流量的5 %; 二是浮选等选矿过程的水流(某些冲洗水也属于此类) , 其总量占总废水量的95 %以上。其主要来源有以下几处：1、 碎矿过程中湿法除尘的排水, 碎矿及筛分车间、皮带走廊和矿石转运站的地面冲洗水。这类水主要含原矿粉末状的悬浮物, 因此, 一般经沉淀后即可排放, 沉淀物可进入选矿系统回收其中的有用矿物。2、 选矿废水，含大量悬浮物、通常经沉淀后澄清水回用于洗矿, 沉淀物根据其成分进入选矿系统后排入尾矿系统。有时洗矿废水呈酸性并含有重金属离子, 则需作进一步处理, 其废水性质与矿山酸性废水相似, 因而处理方法也相同。3、 冷却水。碎、磨矿设备油冷却器的冷却水和真空泵排水, 这类废水仅水温较高, 往往被直接外排或直接回用于选矿。4、石灰乳及药剂制备车间冲洗地面和设备的废水。这类废水主要含石灰或选矿药剂, 应首先考虑回用于石灰乳或药剂制备, 或进入尾矿系统与尾矿水一并处理。5、 选矿废水, 包括选矿厂排出的尾矿液、精矿浓密地溢流水、精矿脱水车间过滤机的滤液、主厂房冲洗地面和设备的废水, 有时还有中矿浓密溢流水和选矿过程中脱药排水等。这是选厂废水的主要来源, 其有害成分基本相同, 尾矿液更含有大量的悬浮物。本文将主要探讨选矿废水的处理。122 选矿废水中的污染物及其危害4选矿废水中主要有害物质是重金属离子、矿石浮选时用的各种有机和无机浮选药剂, 包括剧毒的氰化物、氰铬合物等。废水中还含有各种不溶解的粗粒及细粒分散杂质。选矿废水中往往还含有钠、镁、钙等的硫酸盐、氯化物或氢氧化物。选厂废水中的酸主要是含硫矿物经空气氧化与水混合而形成的。选矿废水中的污染物及其含量, 取决于矿石性质、磨矿粒度、选矿方法和选矿过程中加入的药剂品种和数量。通常, 重选和磁选过程外排的废水主要污染是悬浮物, 浮选外排废水中则还含有选矿药剂和重金属离子等。选矿废水中的污染物主要有：悬浮物、酸碱、重金属和砷、氟、选矿药剂、化学耗氧物质以及其它的一些污染物如油类、酚、铵、磷等等。其主要危害如下：1、悬浮物。水中的悬浮物主要影响水生物生活条件, 如阻塞鱼鳃, 影响藻类的光合作用。过高的悬浮物可能使河道淤积, 引水渠道堵塞, 用之灌溉会使土壤板结。作为生活用水, 悬浮物从感观上使人生厌, 同时细菌、病毒必然附着在悬浮物上,对人体有害。当悬浮物中含重金属化合物时, 在一定条件下会转化成溶于水中的金属离子造成危害。2、黄药。学名黄原酸盐(RO CS SMe) ,淡黄色粉状物, 有刺激性臭味, 易分解, 嗅味阀为0.005mg/ L 。被黄药污染的水体, 其鱼虾等有难闻的黄药味。此外, 黄药在水中不稳定, 易溶于水,尤其是在酸性条件下易分解, 其分解物CS2 造成硫污染。我国地面水中丁基黄原酸盐的最高容许浓度为0.005mg/ L , 原苏联水体中极限丁基黄原酸钠的浓度0.001mg/ L 。3、 黑药。主要成分为二羟基二硫化磷酸盐,其杂质为甲酸、磷酸、硫甲酚和硫化氢等, 为黑褐色油状液体, 微溶于水, 有硫化氢臭味。它也是选矿废水中酚、磷等污染的来源。4、 松醇油（浮选油） 。主要成分为萜烯醇。黄棕色油状透明液体, 不溶于水, 属无毒选矿药剂, 但具有松香味, 因此能引起水体感观性能的变化。由于松醇油是一种起泡剂, 易使水面产生令人不快的泡沫。5、 氰化物。氰化物进入人体, 在胃酸的作用下水解成氢氰酸而被肠胃吸收, 再进入血液。血液中的氢氰酸能与细胞色素氧化酶的铁离子结合, 生成氧化高铁细胞色素酸化酶, 从而失去传递氧的能力, 使组织缺氧导致中毒。氰化物在水体中有自净作用, 因此, 常利用这一特性延长选矿废水在尾矿库中的停留时间, 使之达到排放标准。6、 硫化物。S2 - 、HS- 在水中将影响水体的卫生状况, 在酸性条件下生成硫化氢。当水中硫化氢含量超过0.5mg/ L , 对鱼类有毒害作用, 并可觉察其散发出的臭气; 大气中硫化氢嗅觉阀为10mg/ m3 。此外, 低浓度CS2 在水中易挥发, 通过呼吸和皮肤进入人体, 长期接触会引起中毒, 导致神经性疾病- 夏科氏(Char2Cote) 二硫化碳癔病。7、化学耗氧物。水中化学耗氧物的多少, 以化学需氧量作为指标。化学需氧量是指在一定条件下, 以一定的氧化剂氧化水中的卫生状况。13 金属矿山选矿废水净化与资源化利用现状131 总体概况在选矿过程中, 选矿用水的性质很重要。主要是由于水的性质对重选、浮选和球磨、浓缩及过滤都有重要的影响。而精矿水和尾矿水的性质与新鲜水又有所不同。尾矿水如果在尾矿库内存留时间充分, 则其中所含有机物通常会分解或吸附, 大部分重金属阳离子也将沉淀下来。当然, 这在很大程度上, 取决于尾矿水中的p H 值。然而, 持续使用循环水会导致离子聚合难以达到平衡, 也会对浮选造成一些问题。利用现代化的分析技术( GC2MS/ HPL S2MS) , 对尾矿水和精矿水的有机物成分进行定性及定量分析, 调查出主要有机物种类。通过对试验数据的分析调查, 发现这些水中含有一定量的浮选药剂, 加入到矿浆内的浮选药剂, 能与矿物发生物理化学反应的仅占35 %左右, 而剩下的65 %左右则存在于水中, 随精矿和尾矿一同排出。这部分浮选药剂, 虽在输送、存放过程中出现一定的损失, 但剩余部分可继续与矿物作用5。这对选矿废水循环回用提供了理论基础。对选矿废水的处理，国内常用自然降解、混凝沉淀、中和、吸附、氧化分解等方法处理, 废水回用率相对较低, 资源化利用程度不高,只有为数不多的几家选厂的回用率可达到95 %以上。如凡口铅锌矿、南京锌银矿、厂坝铅锌矿、寿王坟铜矿等。而国外常用沉淀、氧化及电渗析、离子交换、活性炭吸附、浮选等方法。处理后, 选矿废水循环回用率可保证在95 %以上, 从而实现选矿废水的“零排放”。132 国内金属矿山选矿废水净化与资源化利用现状由于国内在选矿废水净化与资源化利用方面的研究也不少, 所以在这里主要简单介绍一下研究的成果, 并介绍在选矿废水净化与资源化利用方面做的比较成功的几个选厂情况。1、混凝斜管沉淀法来自车间的废水, 首先通过沉砂池进行固液分离, 沉砂池沉砂通过卸砂门排入尾矿砂场。沉砂池溢流出的上清液, 通过投药混合后进入反应器充分混凝反应, 然后流入斜管沉淀器, 使细粒悬浮物、有害物进一步去除, 斜管沉淀器的沉泥, 通过阀门排至尾矿砂场。通过此工艺后, 废水即达国家允许排放标准。根据环保的要求, 斜管沉淀器出水进入清水池, 用清水泵打回车间回用, 节约用水, 并使废水闭路循环, 实现零排放。其工艺流程如图1.1混凝斜管沉淀法工艺流程图。图1.1 混凝斜管沉淀法工艺流程图2、 混凝沉淀活性炭吸附回用工艺1此法是目前国内选厂采用较多的选矿废水回用方法, 通过对不同矿山的选矿废水试验研究发现,对同一选矿废水投入不同药剂或同一药剂不同的量, 其结果也不一样。但其共同点如下： 凝剂效果比较试验: 分别采用聚合硫酸铁( PFS) 、混合氯化铝( PAC) 、明矾作混凝沉淀剂,结果表明, 采用明矾作为混凝剂较为经济合理, 其最佳用量一般可控制在30mg/ L 左右。 聚丙烯酰胺PAM 对混凝效果的影响:PAM 的加入, 进一步提高了废水的混凝处理效果, 但由于其是有机高分子, 导致水中COD 值上升. 在实践中, 将混凝处理效果的变化和COD 值的增加结合考虑, 一般采用PAM 的投入量0.2mg/ L 即可。 沉降时间对废水的影响: 确立混凝后的静置时间为30min 。 吸附试验: 粉末活性炭的用量比颗粒活性炭的用量少, 基本在其一半的情况下, 即可达到相同的效果。同时, 由于粉末活性炭易进入精矿, 不会在水循环中积累, 故选用其做为吸附剂。其最佳用量一般为50100mg/ L 。 浮选试验: 废水经混凝沉淀、活性炭吸附后, 可全部回用, 且对选矿指标无任何影响。经过明矾( 30mg/ L ) 、PAM ( 0.2mg/ L ) 混凝沉淀, 然后用粉末活性炭(50100mg/ L) 工艺净化后, 出水水质不但达到国家矿山废水排放标准, 而且回用结果表明, 经该工艺处理后的废水,不仅可以全部回用, 不影响选矿指标, 在选矿过程中还减少了浮选药剂用量, 给企业带来了相当的经济效益。同时, 由于废水的回用, 使每天的新鲜水用量减少, 这对于水资源短缺的我国来说, 更具有减少污染、净化环境的社会意义。该法流程简单,效果好, 具有广泛的工业应用前景。3、用石灰- 絮凝沉降法处理选矿废水6 用石灰- 絮凝沉降法处理，主要是结合平江黄金洞矿业有限责任公司实例进行的，它是一家采选冶联合企业,公司的主要生产废水为选矿废水,日排放量约1 000 t 。根据试验结果,结合企业实际情况,设计方案如下：（1） 废水处理工程位于现尾砂输送二级泵房左侧。考虑到企业规模扩张,设计废水处理能力1 500m3/ d。（2） 尾砂库溢流水通过管道输送至折流隔板反应池入口,同时加石灰乳并控制pH 值11. 0。然后加入絮凝剂PAC ,加入量20 mg/ L 。在隔板反应池中进行絮凝反应后通过配水孔自流入斜板沉淀池进行固液分离。（3）斜板沉淀池设计表面负荷q = 1. 54 m3/ m2h ,废水停留时间为2 h。上清液经溢流水堰自流至清水池外排(调pH 值 9) 或回用至烟气脱硫系统作补充水。（4）斜板底流通过排泥沟收集后自流入泥浆池,然后通过现有尾砂输送泵输送到现有尾砂库沉淀。根据试验及实地试用的结果得知：用石灰- 絮凝沉降法处理低含砷量、悬浮物不易沉降的选矿废水具有工程投资省、处理效果稳定可靠、运行费用低、可操作性强等特点。既可达标排放,又可以处理后净化水回用。目前,在平江附近的地区还有一些类似的选矿企业,其废水都未得到有效的治理,该方法具有较好的推广应用价值和社会环境效益。4、应用旋流絮凝法处理选矿废水7 将9.0m选用石家庄水泵厂产的PWF型耐腐蚀污水泵12。型号80PWF，其流量是56m3/h，扬程为13.5m，转速1440r/min，允许吸上真空高度5.5m，叶轮直径230mm42混凝池421 设计说明 水质的混凝处理是向水中投加混凝剂，通过混凝剂水解产物来压缩胶体颗粒的扩散层，达到胶粒脱稳而相互聚结的目的，所以混凝效果即混凝池的设计比较重要， 混凝剂与废水在此充分混合， 混凝剂的投加是把混凝剂水溶后采用重力投加，而混凝剂与应处理废水的混合方式采用机械搅拌。搅拌的速度是逐渐缓慢，此处采用水平轴式机械反应池。422设计参数1、 反应池的池数一般不少于2个。2、 搅拌器排数一般为34排（不应少于3排）。水平搅拌轴应设于池中水深处，垂直搅拌轴则设于池中间。3、 叶轮浆板中心处的线速度，第一排采用0.40.5m/s，最后一排采用0.2m/s，各排线速度应逐渐减小。4、 水平轴式反应池每只叶轮的浆板数目一般为46块，浆板长度不大于叶轮直径的75。5、 同一搅拌器两相邻叶轮应相互垂直设置。6、 每根搅拌轴上桨板总面积宜为水流截面积的1020%，不宜超过25%，每块桨板的宽度为桨板长的，一般采用1030cm。7、 反应池深度按照整个系统布置确定，一般为34m。423 设计计算 设计采用流量Q4000m3/d，反应时间T20min图4.2 水平轴式机械反应池组图1、反应的有效容积WW =55.56 ( m3 )式中：Q设计水量（m3/d）； T反应时间，一般为1520min；2、水平轴式池子长度LLZH =1.133.09.9(m)式中：系数，一般采用1.01.5 Z搅拌轴排数（34排） H平均水深（m）3、水平轴式池子宽度B B =1.87(m)4、搅拌器转数n0 n0= = =7.08 7.1(r/min)水平轴式桨叶直径比水深小0.3m，则： D=3.00.3=2.7(m)因此叶轮浆板中心点旋转直径为D/2即：D02.7/21.35(m)5、搅拌器旋转角速度 0.1n00.71(rad/s)6、每个叶轮旋转时克服水的阻力所消耗的功率N0 N0= 其中浆板长度ll=2.00.2=1.8(m)则：=0.111根据表4.1阻力系数得知取用1.10表4.1 阻力系数小于1122.544.51010.518大于181.101.151.191.291.402.00系数k= = =56.12为水的容量1000kg/m3 r2为叶轮半径2.721.35(m)；r1为叶轮半径与浆板宽度之差1.35（40.2）0.55(m)则：N0= 1.61（kw）7、转动每个叶轮所需电动机功率NN= 3.07 (kw)同理可以得到其余两个池中的搅拌器旋转角速度和相关功率即：第二个池子v选用0.3m/s则n0=4.25 r/min搅拌器旋转角速度0.42 rad/s每个叶轮旋转时克服水的阻力所消耗的功率N0=0.56 kw第三个池子v选用0.2m/s则n0=2.83 r/min搅拌器旋转角速度0.28 rad/s每个叶轮旋转时克服水的阻力所消耗的功率N0=0.25 kw43 沉淀池（平流沉淀池）431 设计说明采用平流式：沉淀效果好，耐冲击负荷与温度变化，施工简单，造价较低。但配水不易均匀，采用多个泥斗排泥时每个泥斗需单独设排泥管，操作量大；采用链式刮泥设备，因长期浸泡水中而生锈。平流式沉淀池分流入区、流出区、沉淀区和底部的污泥区构造组成：进水、沉淀、缓冲、污泥、出水五区以及排泥装置432设计参数1、 在混凝沉淀池中长宽比要在4：16：1之间；对大型沉淀池宜设导流墙；长深比要在8：112：1之间，L一般3050m。2、 采用机械排泥时，池宽应根据排泥设备确定，此时底坡一般0.010.02；刮泥机行进速度1.2m/min，一般0.60.9 m/min。3、 表面负荷：混凝沉淀池的水平流速一般为5mm/s20mm/s。4、 设计的沉淀时间在1.0h2.0h之间433 设计计算设计参数，沉淀时间t=1.2h，表面水力负荷q取2.5m3/ (m2h) 池内平均水平流速v=4.8m/s平流沉淀池计算组图如图4.3所示：图4.3平流沉淀池组图1、沉淀池的总表面积AA=80.0( m2 )其中Kz是安全系数取1.22、沉淀池有效水深h2h2=qt=2.51.2=3.0(m)3、沉淀区有效容积V1 (除了漏斗部分)V1= Ah=80.03.0=240 (m3 ) 4、沉淀池池长L设计中v为最大设计流量时的水平流速，取5.0mm/sL=3.6vt=3.65.01.2=21.6 (m)取24m5、沉淀池的总宽度BB= =3.33 (m) 取4.0m6、校核池子尺寸比例(1)沉淀池表面积：A=BL=4.024=96 (m2)表面水力负荷q= =2.08 (m3/ (m2h)因为1.52.083 符合设计要求沉淀时间：t= =1.44(h)因为11.4464.0 所以可以采用该设计12、沉淀池的总高度取池子保护高度为：h1=0.3m采用行车式刮泥机，所以缓冲层高度：h30.5m(含刮板)总高度HH= h1+ h2+ h3+ h4 =0.3+3.0+0.5+3.73 =7.53m取用7.50m式中：h1超高 m) h2有效水深 (m) h3缓冲层高度 (m) h4污泥斗高度 (m)13、进口处设置挡板，挡板高出水面0.15m，挡板淹没水深0.75m，距离进口0.5m处14、出口处设置挡板，挡板高出水面0.15m，挡板淹没在水面下0.35m，距离出口0.3m处设计出水堰长度如图4.4水堰计算图所示 图4.4水堰计算图每池出水堰长度为4.0+6.0+6.0+6.022.0(m)出水堰负荷为0.051000/412.5 L/s12.5/22.0=0.57 L/(sm)2.9 (符合设计的要求)44 氧化塘（兼性氧化塘）441 设计说明氧化塘是最古老的污水处理之一。最早的氧化塘只不过是城镇周围接纳人类生活和从事生产劳动产生的污水的坑、洼、沟、塘等，污水在塘内经过稀释沉淀、微生物降解和藻类的光合作用而获得净化。从20世纪20年代起，在德国、苏联、美国等地修建了较多的好气型的氧化塘。随着研究的深入，发现这种塘形成了所谓的“藻菌共生系统”，这种系统不但能够去除BOD，还能够脱氮除磷。而氧化塘又有三种类型：好氧塘、兼性塘（兼有好氧和厌氧）、厌氧塘。13本次设计采用兼性氧化塘。其优点是：1、基建投资和运行维护费用低；2、管理方便；3、较耐受冲击负荷。适用于：1、处理城市污水与工业废水；2、为处理小城镇污水最常采用的处理系统；3、通常用于处理矿山废水。设计时应注意：1、湖塘的分格数应不少于2格，且大多数都是设计成串联方式进行；2、串联湖塘的级数，多采用35级，每级的面积根据计算来确定；3、湖塘的平面形状可因地制宜，可以采用长方形、圆形，但是一般采用矩形，其长宽比在3：14：1之间；4、兼性塘的深度在12.0m之间；5、湖塘的保护高度不小于0.9m。442设计参数 污水BOD浓度L04500.4180 mg/L；20时氧化速率常数K0.10d-1 在亚热带冬季塘的水温t10 ；要求出水20时BOD浓度Le不大于30mg/L；湖塘的深度因考虑到本地是亚热带气候的理想条件下，可沉降固体不太多时，塘深一般采用1.25