[发明专利]用于处理矿山排水的方法和系统

说明书

领域

本公开涉及使用脱盐装置用于优选从采矿、矿物加工或金属生产生成的废水回收产物水的脱盐系统和方法。

背景

在工业过程中，产生大量的废水，如盐水溶液。一般来说，这样的盐水溶液不适合于在家庭或工业应用中直接消费。鉴于有限的合格水源，水流例如废水、海水或苦咸水的去离子，通常称为脱盐，成为产生合格水用于这些应用的选项。

从采矿(例如酸性矿山排水)、矿物加工和金属生产工业生成的废水可含有升高水平的钙和硫酸根，以及金属离子(如Fe、Mn、Al、Mg、Cu、Ni和/或Zn)。高水平的硫酸根和金属也存在于工业流出物和世界许多地方的地下水中。含有升高水平的硫酸根的溶液，和特别是含有为钙浓度两倍以上的硫酸根浓度的溶液，其去离子常常受到难溶性盐在水中结垢的限制(例如：钙、钡和锶的硫酸盐)。

当岩石中的硫化物矿物暴露于空气和水时形成酸性矿山排水(AMD)，其通常是酸性的并含有升高水平的硫酸根和金属(通常是铁、锰、铝、铜、铅和锌)。更严格的环境法规规定，水在排放或再利用之前要经良好处理。处理设备面临的一个典型问题是产生的大体积液体盐水的处置。

可采用多阶段反渗透处理这样的废水。在这样的系统中的水回收为约40-90%，取决于进料水的盐度。在这样的系统中的水回收受难溶性盐在水中结垢的限制。

由于硫酸钙的高结垢趋势，基于反渗透的处理面临结垢问题，其降低总回收率。低回收率导致大的盐水体积和大的盐水处置成本和投资。

因此，迫切需要提供用于处理盐水废水的备选系统。

概述

本公开提供一种用于处理盐水废水，特别是从采矿生成的废水的方法和系统。

由于反渗透膜的可靠性和选择性，反渗透常常用于废水纯化，反渗透膜排斥处理流中的一价和二价离子。然而，当废水具有高水平的包括一价离子的总溶解固体时，在多阶段反渗透脱盐系统中处理废水受到该系统中一价离子浓度增加的阻碍。

本发明人认识到，允许一价离子通过纯化膜，同时在溶质中浓缩多价离子，使得一价离子流入产品流。这降低处理系统中一价离子的浓度并允许处理系统将较大部分溶质再循环回到脱盐系统。将盐水再循环回到脱盐系统与仅用反渗透纯化的处理系统比较，提高了回收率。

在来自采矿、矿物加工和金属生产工业的废水中，金属离子如铁、锰和铝的量可高达几千ppm。总溶解固体可超过3000 ppm。

本说明书描述了包括配置为接收进料流、碱和氧化剂的预处理单元的水处理系统。预处理单元产生离子减少的废水流和离子浓缩的排放流。

预处理单元可包括澄清器和过滤单元。过滤单元可将滤液流循环至澄清器。优选地，至少90%的滤液被再循环回到澄清器。

所述碱可以是生石灰、熟石灰、石灰石或白云石，优选地以产生约50-约1000 ppm碱的量加入。氧化剂可以是次氯酸钠，优选地以产生约50-约200 ppm次氯酸钠的量加入。

预处理单元也可配置为接收水溶性的、分支的、聚合的二硫代氨基甲酸盐。聚合的二硫代氨基甲酸盐可以是Metclear^TM 2450，优选地以产生约1-约5 ppm的Metclear^TM 2405的量加入。

用碱和氧化剂处理预处理单元中的输入流可有益地除去存在于进料流中的至少一部分铝、铁和锰离子。

水处理系统也在预处理单元的下游包括：

(a) 3个连续的纯化阶段，第一和第二纯化阶段是基于纳滤的纯化阶段，而第三纯化阶段是基于纳滤或者基于反渗透的纯化阶段；

(b) 3个连续的基于反渗透的纯化阶段，第一纯化阶段配置为加入足够的酸以降低经过反渗透单元的进料流的pH，优选地至低于约pH 3.0；或

(c) 基于纳滤的纯化阶段和1个或2个连续的基于反渗透的纯化阶段，基于反渗透的纯化阶段包括反渗透单元上游的沉淀单元，基于反渗透的纯化阶段优选地配置为将至少一部分来自反渗透单元的盐-浓缩流出物再循环至沉淀单元。

如果硫酸根和钙离子的浓度基本上不相等且它们没有从脱盐系统中去除，则任一种离子可结合为形成垢的盐。形成垢的盐的存在限制了脱盐过程的回收率。如果待处理的废水的硫酸根多而钙少(例如在从采矿、矿物加工或金属生产中产生的废水中，其可具有例如大于约500 ppm的钙和大于约2000 ppm的硫酸根)，则期望除去硫酸根以减少在膜基纯化单元中的结垢。