一種利用礦渣或噴砂廢料作為微砂的絮凝沉淀水處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于采礦、固廢資源化和水處理交叉領(lǐng)域，具體涉及一種利用礦渣或噴砂 廢料作為微砂的絮凝沉淀水處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 礦渣是礦石經(jīng)過選礦或冶煉后的殘余物，礦渣排放在自然界中，會污染環(huán)境，使植 被不能生長，礦渣的粉塵會污染空氣，大量礦渣排放到自然水域，污染水源，阻塞河道。因此 礦渣的合理處置和資源化利用是環(huán)境領(lǐng)域關(guān)心的課題。
[0003] 噴砂是利用高速砂流的沖擊作用清理和粗化基體表面的過程。采用壓縮空氣為動 力，以形成高速噴射束將噴料（銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂等）高速噴射到需要處理的工 件表面，使工件表面的外表面的外表或形狀發(fā)生變化，由于磨料對工件表面的沖擊和切削 作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度，使工件表面的機(jī)械性能得到改善， 因此提高了工件的抗疲勞性，增加了它和涂層之間的附著力，延長了涂膜的耐久性，也有利 于涂料的流平和裝飾。
[0004] 常用的噴砂原料有石英砂、石榴石、碳化硅、銅礦渣等。其中石榴石具有硬度大 (6. 5°~7.5° )、熔點(diǎn)（1180°~1200° )高、比重大、角礫性較好和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特 點(diǎn)，有適度的自銳性和適中的韌性，具備了天然優(yōu)良磨料的特征，粗粒級石榴石可作為噴 砂，粗磨用，細(xì)（微）?？捎糜诠ぜ膾伖?。自上世紀(jì)七十年代以來，石榴石廣泛用于水力 射流切割砂料。
[0005] 石榴石主要產(chǎn)于榴輝巖中。榴輝巖除了包含石榴石以外，還包含綠輝石。綠輝石 屬于輝石的一個(gè)亞族，是透輝石-硬玉系列中間組分，成分中含有5-9 %的Al2O3和少量的 Na2O,還有一些Fe2O 3，密度為3. 29~3. 37g/cm3。在石榴石的分選過程中，除了產(chǎn)品石榴石， 通過磁選還會產(chǎn)生15~20%左右的綠輝石微粉，其直徑一般在80目左右。分選得到的綠 輝石也可用于噴砂除銹，但是由于綠輝石的硬度較低，因此所需噴砂量大于石榴石等磨料， 噴砂后綠輝石磨損速度較快。因此，綠輝石用于噴砂的量較小，目前尚無有效用途。造成資 源浪費(fèi)。本專利主要目的是解決綠輝石及其類似的水沖砂磨料的再利用問題。
[0006] 混凝沉淀是水處理的重要環(huán)節(jié)。作為過濾的預(yù)處理工藝，傳統(tǒng)的混凝沉淀工藝停 留時(shí)間長，表面負(fù)荷低，占地面積大，實(shí)現(xiàn)高效絮凝一直是現(xiàn)代水處理技術(shù)中極具價(jià)值的研 宄方向。在絮凝反應(yīng)中，脫穩(wěn)微粒間的凝聚結(jié)合成大顆粒絮凝體是一種結(jié)晶沉淀過程，絮凝 核心的形成是絮凝反應(yīng)的關(guān)鍵控制步驟。微砂沉淀是利用異相成核來強(qiáng)化絮凝過程一種高 效絮凝的新方法。其特點(diǎn)是：在水處理過程中投加一定粒度的微細(xì)砂粒，作為絮凝反應(yīng)中的 晶核，誘導(dǎo)絮凝體的形成，進(jìn)而使絮凝體顆粒迅速成長；同時(shí)大大增加了絮凝體的密度，其 結(jié)果必然是絮凝體顆粒密實(shí)、體積大且沉降速度快。傳統(tǒng)絮凝沉淀（斜管沉淀）用于初沉 時(shí)表面負(fù)荷在1. 5~3. 3m3/m2 ? h，而微砂絮凝沉淀（actiflo)可達(dá)31. 5~100m3/m2 ? h。 微砂沉淀對低溫低濁水、進(jìn)水水質(zhì)水量變化較大、高鹽度、含藻類的原水以及含高色度、重 金屬的工業(yè)廢水都具有很好的處理效果，能夠在IOmin內(nèi)完成絮凝，20min左右的沉淀就可 以獲得良好的處理水水質(zhì)，對于一些用地緊張的區(qū)域則更顯其優(yōu)越性。在微砂沉淀領(lǐng)域，已 有研宄主要集中在工藝條件優(yōu)化（加藥量、加砂量、攪拌轉(zhuǎn)速、反應(yīng)溫度）等，對于砂粒特性 對絮凝沉淀性能影響的研宄較少。微砂是Actiflo工藝的核心，通常要求微砂為圓形石英 砂，其硅含量>95%，均勻系數(shù)（d60/dl0)〈1.7。
[0007] 微砂對沉淀效果的影響是多方面的。一般來說，微砂沉淀速度和粒徑、密度有關(guān)， 密度越大，粒徑越大，沉淀速度越快。但是，微砂沉淀雖然可以顯著加快沉淀過程，但是由于 砂粒與機(jī)械的摩擦作用導(dǎo)致機(jī)械較大的磨損，較大顆粒的微砂對機(jī)械磨損的程度更大。微 砂的硬度對設(shè)備磨損也有影響，較大的硬度容易導(dǎo)致設(shè)備磨損。此外微砂循環(huán)管理容易引 起微砂沉積，較大的顆粒更易沉積。因此微砂的粒徑在保證沉速的情況下應(yīng)當(dāng)盡可能小一 些。通常微砂粒徑范圍為40~100 y m。同時(shí)，微砂的球形度越好，有利于裹挾絮狀污泥，對 沉淀的效果越有利。
[0008] 綠輝石、石榴石、磁鐵礦、鈦鐵礦、銅礦渣、鋼渣等具有密度較大的特點(diǎn)，通常用 于金屬表面除銹的噴砂磨料。其中綠輝石的比重在3. 5左右，硬度5-6,石榴石的比重 3. 6-4. 2,硬度7-7. 5,磁鐵礦比重4. 9~5. 2,硬度5. 5~6. 5,鈦鐵礦硬度5~6. 5,比重 4. 0-5. 0,銅礦渣密度3. 6,硬度7 ;鋼渣比重約3. 1，硬度5-7。
[0009] 上述材料的密度均大于石英砂（比重2. 65)，而硬度多小于石英砂（硬度7)，因此 用于微砂沉淀可在更小的粒徑下具有良好的沉淀效果。同時(shí)由于其硬度普遍小于石英砂， 因此對設(shè)備和管道的磨損較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用礦渣或噴砂廢料作為微砂的絮凝沉 淀水處理方法，利用礦渣微粉或者噴砂廢料協(xié)同增強(qiáng)廢水絮凝沉淀的速度，增強(qiáng)絮凝沉淀 效果，同時(shí)可減小微砂對系統(tǒng)的磨損并預(yù)防管道堵塞。
[0011] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0012] 一種利用礦渣或噴砂廢料作為微砂的絮凝沉淀水處理方法，將礦渣粉碎成直徑為 15~150 ym的微砂或者以噴砂廢料直接作為微砂，成為絮凝污泥的加重劑，用于提高絮凝 沉淀中的沉淀速度，并減少微砂沉淀設(shè)備的磨損并提升設(shè)備使用壽命；
[0013] 其中，所述的微砂材質(zhì)為綠輝石、石榴石、磁鐵礦、鈦鐵礦、銅礦渣和鋼渣中的任意 一種或幾種的任意比例的混合物。
[0014] 其中，所述的噴砂廢料為金屬噴砂除銹處理后的廢砂，包括綠輝石、銅礦渣，以及 磁鐵礦、鈦鐵礦的尾礦砂等。經(jīng)過多次噴砂除銹后，該廢砂的直徑可達(dá)15~150 y m甚至更 低，因此無需額外的粉碎操作。優(yōu)選的，所述的噴砂廢料為以石榴石伴生礦綠輝石為噴砂磨 料經(jīng)過噴砂除銹處理后的小直徑廢砂。
[0015] 其中，所述的微砂優(yōu)選材質(zhì)為綠輝石。
[0016] 其中，微砂的直徑優(yōu)選為25~85 y m。
[0017] 綠輝石是榴輝巖礦物生產(chǎn)石榴石的副產(chǎn)品，一般作為尾礦處理。利用綠輝石可以 實(shí)現(xiàn)尾礦的再利用，石榴石和銅礦渣也作為噴砂用材料，是較為多見的磨料。
[0018] 有益效果：本發(fā)明將綠輝石、石榴石、磁鐵礦、鈦鐵礦、銅礦渣和鋼渣替換石英砂作 為微砂，用于高密度沉淀池的沉淀過程，可以提高微砂沉淀的處理效率并降低運(yùn)行費(fèi)用。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí) 施例所描述的內(nèi)容僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本 發(fā)明。
[0020] 實(shí)施例1 :
[0021] 采用石榴石采礦中副產(chǎn)綠輝石，石榴石生產(chǎn)過程采用機(jī)械破碎、搖床、磁選等工 藝。其中分選出的綠輝石，經(jīng)再次篩分、分選后，選取直徑120~350 ym的用于噴砂除銹 和磨砂處理和半導(dǎo)體切割等。粒徑小于120 ym的可用于加砂沉淀。其中優(yōu)選的，采用粒徑 40~80微米的微砂作為加砂沉淀劑，用于微砂絮凝沉淀工藝。
[0022] 微砂沉淀工藝中，原水依次進(jìn)入混凝池、注射池和熟化池和斜板沉淀池。前三池均 設(shè)有攪拌器。源水首先進(jìn)入混凝池，混凝劑（通常是鋁鹽或鐵鹽）投加在混凝池入口或進(jìn) 水管路上。在攪拌器的作用下混合均勻，隨后進(jìn)入加有綠輝石微砂和高分子絮凝劑的注射 池。在攪拌器的動態(tài)混合提高了混凝固體、高分子聚合物和微砂之間相互接觸的可能性。絮 凝后水進(jìn)入熟化池，在該池的入口處也設(shè)有高分子絮凝劑的投加管路。熟化池中緩慢的混 合過程促使絮體的熟化并使微砂成為新形成的絮體的核心，經(jīng)過微砂加重絮凝后的絮體直 徑可達(dá)150 ym以上。隨后，含砂的絮體進(jìn)入斜板沉淀池。斜板沉淀池包括斜板區(qū)、沉淀區(qū) 和出水收集區(qū)等。處理水在斜板澄清部分實(shí)現(xiàn)了高速沉淀，澄清水被集水槽收集，含有微砂 的污泥沉淀于池底，由沉淀池內(nèi)置刮泥機(jī)收集至沉淀池底部中央的區(qū)域，被微砂循環(huán)泵按 一定比例抽出，經(jīng)循環(huán)管路至水力旋流器。由于微砂與污泥的比重差異在水力旋流器內(nèi)離 心力的作用下，污泥與微砂分離。由于水力旋流器設(shè)置于注射池的頂部，下溢的微砂可以直 接回用于注射池，而輕的污泥和大部分水一起向上移動以溢流形式排出水力旋流器外。具 體操作可以參考【李天琪.ActifloR 0微砂加重絮凝高效沉淀工藝設(shè)計(jì)介紹.給水排水[J] 第35卷第4期，第11~13頁】。
[0023] 采用本砂沉淀工藝處理飲用水水源水，和傳統(tǒng)石英砂處理效果對比，其效果見表 Io
[0024] 表 1
[0025]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用礦渣或噴砂廢料作為微砂的絮凝沉淀水處理方法，其特征在于，將礦渣粉 碎成直徑為15~150 y m的微砂或者以噴砂廢料直接作為微砂，成為絮凝污泥的加重劑，用 于提高絮凝沉淀中的沉淀速度，并減少微砂沉淀設(shè)備的磨損并提升設(shè)備使用壽命； 其中，所述的微砂材質(zhì)為綠輝石、石榴石、磁鐵礦、鈦鐵礦、銅礦渣和鋼渣中的任意一種 或幾種的任意比例的混合物。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用礦渣或噴砂廢料作為微砂的絮凝沉淀水處理方法，其特 征在于，所述的噴砂廢料為金屬噴砂除銹處理后的廢砂。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用礦渣或噴砂廢料作為微砂的絮凝沉淀水處理方法，其 特征在于，所述的噴砂廢料為以石榴石伴生礦綠輝石為噴砂磨料經(jīng)過噴砂除銹處理后的廢 料。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用礦渣或噴砂廢料作為微砂的絮凝沉淀水處理方法，其特 征在于，所述的微砂材質(zhì)為綠輝石。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用礦渣或噴砂廢料作為微砂的絮凝沉淀水處理方法，其特 征在于，微砂的直徑為25~85 y m。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用礦渣或噴砂廢料作為微砂的絮凝沉淀水處理方法，將礦渣粉碎成直徑為15～150μm的微砂或者以噴砂廢料直接作為微砂，成為絮凝污泥的加重劑，用于提高絮凝沉淀中的沉淀速度，并減少微砂沉淀設(shè)備的磨損并提升設(shè)備使用壽命；其中，所述的微砂材質(zhì)為綠輝石、石榴石、磁鐵礦、鈦鐵礦、銅礦渣和鋼渣中的任意一種或幾種的任意比例的混合物。本發(fā)明將綠輝石、石榴石、磁鐵礦、鈦鐵礦、銅礦渣和鋼渣替換石英砂作為微砂，用于高密度沉淀池的沉淀過程，可以提高微砂沉淀的處理效率并降低運(yùn)行費(fèi)用。
【IPC分類】C02F1/52
【公開號】CN104944552
【申請?zhí)枴緾N201510388946
【發(fā)明人】陸繼來, 涂勇, 王彧, 唐敏, 楊振亞
【申請人】江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年7月3日