用于處理礦山排水的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于處理礦山排水的方法和系統(tǒng)
[000。 領(lǐng)域 本公開涉及使用脫鹽裝置用于優(yōu)選從采礦、礦物加工或金屬生產(chǎn)生成的廢水回收產(chǎn)物 水的脫鹽系統(tǒng)和方法。
[000引 背景 在工業(yè)過程中，產(chǎn)生大量的廢水，如鹽水溶液。一般來說，該樣的鹽水溶液不適合于在 家庭或工業(yè)應(yīng)用中直接消費(fèi)。鑒于有限的合格水源，水流例如廢水、海水或苦咸水的去離 子，通常稱為脫鹽，成為產(chǎn)生合格水用于該些應(yīng)用的選項(xiàng)。
[0003] 從采礦（例如酸性礦山排水）、礦物加工和金屬生產(chǎn)工業(yè)生成的廢水可含有升高 水平的巧和硫酸根，W及金屬離子（如化、Mn、Al、Mg、化、Ni和/或化）。高水平的硫酸根 和金屬也存在于工業(yè)流出物和世界許多地方的地下水中。含有升高水平的硫酸根的溶液， 和特別是含有為巧濃度兩倍W上的硫酸根濃度的溶液，其去離子常常受到難溶性鹽在水中 結(jié)垢的限制（例如：巧、頓和餓的硫酸鹽）。
[0004] 當(dāng)巖石中的硫化物礦物暴露于空氣和水時(shí)形成酸性礦山排水（AMD)，其通常是酸 性的并含有升高水平的硫酸根和金屬（通常是鐵、猛、鉛、銅、鉛和鋒）。更嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī) 規(guī)定，水在排放或再利用之前要經(jīng)良好處理。處理設(shè)備面臨的一個(gè)典型問題是產(chǎn)生的大體 積液體鹽水的處置。
[0005] 可采用多階段反滲透處理該樣的廢水。在該樣的系統(tǒng)中的水回收為約40-90%，取 決于進(jìn)料水的鹽度。在該樣的系統(tǒng)中的水回收受難溶性鹽在水中結(jié)垢的限制。
[0006] 由于硫酸巧的高結(jié)垢趨勢，基于反滲透的處理面臨結(jié)垢問題，其降低總回收率。低 回收率導(dǎo)致大的鹽水體積和大的鹽水處置成本和投資。
[0007] 因此，迫切需要提供用于處理鹽水廢水的備選系統(tǒng)。
[0008] 概述 本公開提供一種用于處理鹽水廢水，特別是從采礦生成的廢水的方法和系統(tǒng)。
[0009] 由于反滲透膜的可靠性和選擇性，反滲透常常用于廢水純化，反滲透膜排斥處理 流中的一價(jià)和二價(jià)離子。然而，當(dāng)廢水具有高水平的包括一價(jià)離子的總?cè)芙夤腆w時(shí)，在多階 段反滲透脫鹽系統(tǒng)中處理廢水受到該系統(tǒng)中一價(jià)離子濃度增加的阻礙。
[0010] 本發(fā)明人認(rèn)識到，允許一價(jià)離子通過純化膜，同時(shí)在溶質(zhì)中濃縮多價(jià)離子，使得一 價(jià)離子流入產(chǎn)品流。該降低處理系統(tǒng)中一價(jià)離子的濃度并允許處理系統(tǒng)將較大部分溶質(zhì)再 循環(huán)回到脫鹽系統(tǒng)。將鹽水再循環(huán)回到脫鹽系統(tǒng)與僅用反滲透純化的處理系統(tǒng)比較，提高 了回收率。
[0011] 在來自采礦、礦物加工和金屬生產(chǎn)工業(yè)的廢水中，金屬離子如鐵、猛和鉛的量可高 達(dá)幾千ppm?？?cè)芙夤腆w可超過3000 ppm。
[0012] 本說明書描述了包括配置為接收進(jìn)料流、堿和氧化劑的預(yù)處理單元的水處理系 統(tǒng)。預(yù)處理單元產(chǎn)生離子減少的廢水流和離子濃縮的排放流。
[0013] 預(yù)處理單元可包括澄清器和過濾單元。過濾單元可將濾液流循環(huán)至澄清器。優(yōu)選 地，至少90%的濾液被再循環(huán)回到澄清器。
[0014] 所述堿可W是生石灰、熟石灰、石灰石或白云石，優(yōu)選地W產(chǎn)生約50-約1000 ppm 堿的量加入。氧化劑可W是次氯酸軸，優(yōu)選地W產(chǎn)生約50-約200 ppm次氯酸軸的量加入。
[0015] 預(yù)處理單元也可配置為接收水溶性的、分支的、聚合的二硫代氨基甲酸鹽。聚合 的二硫代氨基甲酸鹽可W是Metclear? 2450,優(yōu)選地W產(chǎn)生約1-約5 ppm的Metclear? 2405的量加入。
[0016] 用堿和氧化劑處理預(yù)處理單元中的輸入流可有益地除去存在于進(jìn)料流中的至少 一部分鉛、鐵和猛離子。
[0017] 水處理系統(tǒng)也在預(yù)處理單元的下游包括： (a) 3個(gè)連續(xù)的純化階段，第一和第二純化階段是基于納濾的純化階段，而第H純化階 段是基于納濾或者基于反滲透的純化階段； 化）3個(gè)連續(xù)的基于反滲透的純化階段，第一純化階段配置為加入足夠的酸W降低經(jīng) 過反滲透單元的進(jìn)料流的抑，優(yōu)選地至低于約抑3. 0 ;或 (C)基于納濾的純化階段和1個(gè)或2個(gè)連續(xù)的基于反滲透的純化階段，基于反滲透的 純化階段包括反滲透單元上游的沉淀單元，基于反滲透的純化階段優(yōu)選地配置為將至少一 部分來自反滲透單元的鹽-濃縮流出物再循環(huán)至沉淀單元。
[0018] 如果硫酸根和巧離子的濃度基本上不相等且它們沒有從脫鹽系統(tǒng)中去除，則任一 種離子可結(jié)合為形成垢的鹽。形成垢的鹽的存在限制了脫鹽過程的回收率。如果待處理的 廢水的硫酸根多而巧少（例如在從采礦、礦物加工或金屬生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水中，其可具有 例如大于約500 ppm的巧和大于約2000 ppm的硫酸根），則期望除去硫酸根W減少在膜基 純化單元中的結(jié)垢。
[0019] 脫鹽系統(tǒng)的回收率取決于沉淀單元中的不溶性鹽的去除，其進(jìn)而取決于進(jìn)料流的 離子平衡。例如，含有高硫酸根和低巧的流不能生成足夠的要除去的硫酸巧鹽。該導(dǎo)致總 系統(tǒng)的產(chǎn)物水回收率的減少。期望降低巧、硫酸根和/或金屬離子的水平W保護(hù)膜基脫鹽 設(shè)備例如納濾和反滲透單元。
[0020] 處理膜基脫鹽單元的進(jìn)料流W除去巧、硫酸根和/或金屬離子減少了通過膜基脫 鹽單元處理的硫酸根離子的量，從而減少結(jié)垢和提高回收率。因此，在預(yù)處理單元下游的第 二純化階段和任選的第H純化階段包括純化單元上游的沉淀單元。第二和第H純化階段配 置為加入堿至沉淀單元，或至經(jīng)過沉淀單元的進(jìn)料流中。加入堿例如熟石灰至沉淀單元有 助于金屬和硫酸巧鹽的沉淀。
[0021] 在由選項(xiàng)（a)定義的示例性系統(tǒng)中，基于納濾的純化階段允許排斥超過90%的二 價(jià)離子，如巧、鎮(zhèn)和硫酸根，并允許排斥少于50%的一價(jià)離子，如軸、氯和鐘。該樣的示例性 系統(tǒng)可具有超過99%的回收率，且脫鹽系統(tǒng)可需要比包含多個(gè)反滲透純化階段的脫鹽系統(tǒng) 更低的進(jìn)料壓力。在其中第H階段是基于反滲透的純化階段的示例性系統(tǒng)中，與具有3個(gè) 納濾階段的示例性系統(tǒng)比較，總?cè)芙夤腆w可減少。
[0022] 在由選項(xiàng)化）定義的示例性系統(tǒng)中，用堿和氧化劑預(yù)處理廢水除去至少一些來自 廢水的硫酸根和/或金屬離子。
[0023] 當(dāng)輸入流是酸性礦山排水時(shí)，用堿和氧化劑預(yù)處理輸入流除去足夠的硫酸根、巧、 猛、鉛和鐵離子，W使排放物可接受用于進(jìn)料到反滲透單元。在排放物中剩余的金屬通過降 低pH,優(yōu)選地降低至低于約3. 0的抑來溶解。W該種方式處理輸入流增加輸入流中的金屬 鹽的溶解度和減少在第一反滲透純化階段中垢的形成。在低于約3. 0的抑下有效的阻垢 劑優(yōu)選地與第一反滲透純化裝置一起使用。
[0024] 在由選項(xiàng)（C)定義的示例性系統(tǒng)中，第一基于納濾的純化階段允許一價(jià)離子通過 膜，由此減少在隨后階段中總?cè)芙夤腆w的積聚。至少一部分鹽-濃縮流出物從反滲透單元 至沉淀單元的優(yōu)選再循環(huán)可增加脫鹽系統(tǒng)的回收率。任選的第H反滲透純化階段可提高由 處理系統(tǒng)產(chǎn)生的脫鹽產(chǎn)物的品質(zhì)。
[00巧]本發(fā)明包含W下項(xiàng)目： 項(xiàng)目1. 一種脫鹽系統(tǒng)，其包括： 任選預(yù)處理單元，配置為接收輸入流、堿和氧化劑，和產(chǎn)生離子減少的流出物流和離子 濃縮的排放流； 并且還在所述任選預(yù)處理單元下游包括： (a) 3個(gè)連續(xù)的純化階段，第一和第二純化階段是基于納濾的純化階段，而第H純化階 段是或者基于納濾的或者基于反滲透的純化階段，所述第二和第H純化階段包括純化單元 上游的沉淀單元，所述第二和第H純化階段配置為加入堿至所述沉淀單元，或至經(jīng)過所述 沉淀單元的進(jìn)料流中； 化）3個(gè)連續(xù)的基于反滲透的純化階段，第一純化階段配置為加入足夠的酸W降低經(jīng) 過所述反滲透單元的進(jìn)料流的pH,第二和第H純化階段包括所述反滲透單元上游的沉淀單 元，所述第二和第H純化階段配置為加入堿至所述沉淀單元，或至經(jīng)過所述沉淀單元的進(jìn) 料流中；或 (C)基于納濾的純化階段和1個(gè)或2個(gè)連續(xù)的基于反滲透的純化階段，所述基于反滲 透的純化階段包括所述反滲透單元上游的沉淀單元，所述基于反滲透的純化階段配置為加 入堿至所述沉淀單元或至經(jīng)過所述沉淀單元的進(jìn)料流中，和配置為將來自所述反滲透單元 的一部分鹽-濃縮流出物再循環(huán)到所述沉淀單元。
[0026] 項(xiàng)目2.依據(jù)項(xiàng)目1的脫鹽系統(tǒng)，其中所述堿是生石灰、熟石灰、石灰石或白云石。
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