权利要求
1.一种选矿尾水分质处理与梯级回用的集成系统，其特征在于，包括强化预处理单元、核心生物单元、深度处理与脱盐单元和回用水分配单元，所述强化预处理单元、核心生物单元、深度处理与脱盐单元沿处理流程依次连通，所述回用水分配单元分别与各单元连通，所述各单元集成设置于至少一个标准集装箱内;
所述强化预处理单元设有第一出水口和第二出水口，其第一出水口与所述核心生物单元连通，第二出水口与所述回用水分配单元连通，以提供低标准回用水;
所述核心生物单元设有第一出水口和第二出水口，其第一出水口与所述深度处理与脱盐单元连通，第二出水口与所述回用水分配单元连通，以提供中标准回用水;
所述深度处理与脱盐单元设有出水口，该出水口与所述回用水分配单元连通，以提供高标准回用水;
所述回用水分配单元包括多通道自动分配阀和在线水质监测装置，用于根据在线监测的水质信号将不同进水口的水切换连通至对应的回用管路，实现低标准回用水、中标准回用水和高标准回用水的按质梯级分配。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述强化预处理单元包括可移动水罐式调节池和集成化CO2调酸系统;所述调节池的出水端设有流量调节阀;所述集成化CO2调酸系统包括CO2供给装置、微纳米曝气器和pH在线监测反馈控制装置，所述pH在线监测反馈控制装置与所述CO2供给装置电连接，用于根据调节池出水的实时pH值自动调节CO2供给量，使尾水中的钙离子以碳酸钙形式沉淀并同步将尾水pH调至预设范围。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述核心生物单元为周丛生物池，池内填充有附着菌藻共生体系的固定生物填料，用于降解残留
浮选药剂及有机物;所述填料选自聚乙烯、维尼纶或其组合，体积填充率为60%~70%;池底设有微孔曝气装置。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述深度处理与脱盐单元包括一体化混凝沉淀水罐、可移动多介质过滤罐和离子交换脱盐水罐，所述一体化混凝沉淀水罐的出水口与所述可移动多介质过滤罐的进水口连通，所述可移动多介质过滤罐的出水口与所述离子交换脱盐水罐的进水口连通。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述回用水分配单元还包括低标准水回用管路、中标准水回用管路和高标准水回用管路;所述多通道自动分配阀与所述在线水质监测装置电连接，用于根据水质信号将各进水口切换连通至对应的回用管路。
6. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，调节池停留时间0.5~2h，以微纳米气泡形式注入CO2调酸至pH 6.5~7.5;周丛生物池水力停留时间12-24h，温度15~35℃，采用间歇曝气，溶解氧在曝气阶段为2~4 mg/L、非曝气阶段低于0.5 mg/L;系统启动前进行挂膜培养，使载体表面形成周丛生物膜。
7. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，混凝沉淀水罐中，混凝剂为聚合氯化
铝或聚合硫酸铁，投加量10~50 mg/L;过滤速度5~15 m3/(m2·h);离子交换脱盐水罐采用交换容量≥1.8 mmol/mL的钠型强酸性阳离子交换树脂，工作流速8~40 BV/h。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于选矿废水处理技术领域，具体涉及一种选矿尾水分质处理与梯级回用的集成系统及方法，尤其适用于分散式矿山尾水的就地分级处理与梯级回用。
背景技术
[0002]选矿废水含有悬浮物、重金属离子及残留
浮选药剂，处理回用是实现清洁生产的迫切需求。现有处理方法中，
尾矿库自然沉降法出水水质难以稳定达标;芬顿氧化法需反复调节pH，药剂消耗大、成本高，且过量Fe2+易导致出水COD升高并产生色度;常规生物法成本高、规模受限。处理设施多为固定混凝土构筑物，建设周期长、占地大，难以满足分散矿山的快速部署需求。目前尚缺乏面向选矿尾水水质特征的可移动全流程集成系统。
[0003]在调酸技术方面，常规调酸使用硫酸或盐酸，虽能快速中和pH，但存在明显缺陷。引入SO42-或Cl-，这些离子会在生产系统中不断累积，当SO42-浓度过高时可能影响浮选效果，需额外排放部分废水以控制离子浓度;Cl-对设备有腐蚀性。
[0004]在分质回用方面，中国专利申请CN121342250A公开的“
铅锌选矿废水分质处理及循环回用的方法”采用“芬顿氧化—混凝沉淀—絮凝沉降”工艺，存在以下明显缺陷：双氧水成本高;需反复加酸加碱调pH，药剂成本高昂;过量Fe2+引入导致出水COD升高并产生色度;产生的铁泥沉淀物为
危废，处置成本高。
[0005]在周丛生物应用方面，现有技术中周丛生物主要用于市政污水或农业面源污染中有机物的去除，并未涉及选矿尾水中黄药、黑药、松醇油等浮选药剂的降解。
[0006]因此，亟需开发一种低成本、短周期、可移动部署且能实现分质回用的集成选矿尾水处理系统及方法。
发明内容
[0007]本发明要解决的技术问题是：针对现有选矿尾水处理中药剂成本高、易二次污染、缺乏分质回用设计等问题，提供一种集装箱式集成、可移动部署的分质处理与梯级回用系统及方法。
技术方案
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种选矿尾水分质处理与梯级回用的集成系统，包括强化预处理单元、核心生物单元、深度处理与脱盐单元和回用水分配单元，所述强化预处理单元、核心生物单元、深度处理与脱盐单元沿处理流程依次连通，所述回用水分配单元分别与各单元连通，所述各单元集成设置于至少一个标准集装箱内;
所述强化预处理单元设有第一出水口和第二出水口，其第一出水口与所述核心生物单元连通，第二出水口与所述回用水分配单元连通，以提供低标准回用水;
所述核心生物单元设有第一出水口和第二出水口，其第一出水口与所述深度处理与脱盐单元连通，第二出水口与所述回用水分配单元连通，以提供中标准回用水;
所述深度处理与脱盐单元设有出水口，该出水口与所述回用水分配单元连通，以提供高标准回用水;
所述回用水分配单元包括多通道自动分配阀和在线水质监测装置，用于根据在线监测的水质信号将不同进水口的水切换连通至对应的回用管路，实现低标准回用水、中标准回用水和高标准回用水的按质梯级分配。
[0009]进一步地，所述强化预处理单元包括可移动水罐式调节池和集成化CO2调酸系统;所述调节池的出水端设有流量调节阀;所述集成化CO2调酸系统包括CO2供给装置、微纳米曝气器和pH在线监测反馈控制装置，所述pH在线监测反馈控制装置与所述CO2供给装置电连接，用于根据调节池出水的实时pH值自动调节CO2供给量，使尾水中的钙离子以碳酸钙形式沉淀并同步将尾水pH调至预设范围。
[0010]进一步地，所述核心生物单元为集装箱式周丛生物池，池内填充有附着菌藻共生体系的固定生物填料，用于降解残留浮选药剂及有机物;所述填料选自聚乙烯、维尼纶或其组合，体积填充率为60%~70%;池底设有微孔曝气装置。
[0011]进一步地，所述深度处理与脱盐单元包括一体化混凝沉淀水罐、可移动多介质过滤罐和离子交换脱盐水罐，所述一体化混凝沉淀水罐的出水口与所述可移动多介质过滤罐的进水口连通，所述可移动多介质过滤罐的出水口与所述离子交换脱盐水罐的进水口连通。
[0012]进一步地，所述回用水分配单元还包括低标准水回用管路、中标准水回用管路和高标准水回用管路;所述多通道自动分配阀与所述在线水质监测装置电连接，用于根据水质信号将各进水口切换连通至对应的回用管路。
[0013]进一步地，所述标准集装箱为经防腐处理并带有保温及通风装置的ISO标准碳钢集装箱。
[0014]进一步地，所述各水罐均为标准化不锈钢罐体，其底部设有叉车插口或吊装耳环，各水罐之间通过快装接头与软管连接。
[0015]本发明还提供一种利用上述系统进行选矿尾水分质处理与梯级回用的方法，包括：
S1、将尾水引入调节池进行均化，并通入CO2调酸以沉淀钙离子，所得处理后尾水按预设的低标准回用水量分配一部分作为低标准回用水，其余导入核心生物单元;
S2、在周丛生物池内，利用菌藻共生体系降解所述其余尾水中的残留浮选药剂及有机物，所得处理后出水按预设的中标准回用水量分配一部分作为中标准回用水，其余导入深度处理与脱盐单元;
S3、将所述其余出水依次经混凝沉淀、多介质过滤和离子交换脱盐处理，所得出水作为高标准回用水;
S4、通过在线监测装置实时监测所述低标准回用水、中标准回用水及高标准回用水的水质，并将监测信号反馈至多通道自动分配阀，根据各回用水水质与对应回用标准要求的符合程度实时调控所述低标准回用水量、中标准回用水量及高标准回用水量的分配比例，实现按质梯级回用。
[0016]进一步地，步骤S1中，调节池停留时间0.5~2h，以微纳米气泡形式注入CO2调酸至pH 6.5~7.5;步骤S2中，周丛生物池水力停留时间12-24h，温度15~35℃，采用间歇曝气，溶解氧在曝气阶段为2~4 mg/L、非曝气阶段低于0.5 mg/L;系统启动前进行挂膜培养，使载体表面形成生物膜。
[0017]进一步地，步骤S3中，混凝剂为聚合氯化铝或聚合硫酸铁，投加量10~50 mg/L;过滤速度5~15 m3/(m2·h);离子交换采用交换容量≥1.8 mmol/mL的钠型强酸性阳离子交换树脂，工作流速8~40 BV/h。
[0018]与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
(1)协同增效：CO2调酸将pH从8~10降至6.5~7.5的周丛生物最佳生长区间，同时生成的CaCO3沉淀物可回收用于建材、土壤改良等;生物单元进一步降低COD，为后续脱盐工序降低负荷;多节点分流设计使各单元处理水量与其处理精度相匹配，实现“按需处理、分级回用”的整体最优。
[0019](2)精准调控：pH在线监测装置实时反馈至CO2供给电磁阀和微纳米曝气器，形成闭环控制回路，确保调酸精度达到±0.2 pH单位的同时实现CO2用量精准节约20%~30%;水质监测信号反馈至自动分配阀，实现分质回用的动态调控。
[0020](3)全流程无害化：以CO2替代硫酸、盐酸调酸，引入的碳酸根离子与钙离子形成碳酸钙沉淀后随污泥排出，体系不累积有害阴离子;以周丛生物法替代芬顿氧化降解有机物，降解产物主要为CO2和水，不产生铁泥等危废;工艺流程密闭运行，无VOCs和恶臭气体逸散。
[0021](4)可移动集成：每个单元设备均配置叉车插口或吊装耳环，罐体之间通过快装接头与软管连接，运抵现场后可在数小时内完成对接并投入运行。全系统集成于标准集装箱，可随矿山项目结束后整体吊装搬迁至新矿山复用，从根本上解决了“固定设施与流动矿山”的矛盾。
[0022](5)经济性显著：全流程无硫酸、液碱及芬顿药剂，药剂成本仅为传统芬顿法的20%~30%，运行成本大幅降低。
附图说明
[0023]图1为本发明中选矿尾水分质处理与梯级回用集成系统的工艺流程图。
[0024]附图说明：1、可移动水罐式调节池;2、集成化CO2调酸系统;2a、CO2气体供给装置;2b、微纳米曝气器;2c、pH在线监测与反馈控制装置;3、集装箱式周丛生物池;3a、载体填料框架;3b、微孔曝气装置;4、一体化混凝沉淀水罐;5、可移动多介质过滤罐;6、小型离子交换脱盐水罐;7、回用水分配单元;7a、多通道自动分配阀;7b、在线水质监测仪表;8、低标准水回用管路;9、中标准水回用管路;10、高标准水回用管路;11、第一分水节点;12、第二分水节点;L1、选矿尾水进水主管路。
具体实施方式
[0025]下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
[0026]以某
有色金属选矿厂尾水处理为例，设计规模200 m3/d，全部设备集成于一台经防腐保温处理的碳钢集装箱内。
[0027]系统构成：
强化预处理单元：可移动水罐式调节池(1)，有效容积10 m3，不锈钢立式罐体，内设折流挡板，出水端配流量调节阀。集成化CO2调酸系统(2)，含40L CO2钢瓶(2a)(配减压阀及流量计)、微纳米曝气器(2b)(气泡直径100~300 nm)、pH在线监测与反馈控制装置(2c)(工业级pH电极，PLC控制电磁阀启闭)。CO2供给装置的气源压力控制在0.4~0.8 MPa，微纳米曝气器前设减压阀和精密过滤器。
[0028]核心生物单元：周丛生物池(3)，有效容积40 m3，内设不锈钢填料框架，填充聚丙烯和维尼纶组合填料(3a)(填充率约65%)，底部设微孔曝气管(3b)，由电磁阀控制间歇曝气。
[0029]深度处理与脱盐单元：依次串联一体化混凝沉淀水罐(4)(有效容积5 m3，设混凝搅拌区和沉淀区)、可移动多介质过滤罐(5)(处理能力10 m3/h，无烟煤/石英砂双层滤料)、小型离子交换脱盐水罐(6)(处理能力5 m3/h，001×7钠型强酸性阳离子交换树脂，交换容量1.9 mmol/mL)。离子交换树脂运行150个床体积后用质量分数8%~10%的NaCl溶液再生。
[0030]回用水分配单元(7)：设有低(8)、中(9)、高标准水(10)三条回用管路，配置在线水质监测仪表(7b)(监测COD、pH、Ca2+等)及PLC多通道自动分配阀(7a)。
[0031]处理方法：
S1、强化预处理：尾水(pH 7.5~8.5，COD 100~120 mg/L，Ca2+ 150~200 mg/L，SS 20~40 mg/L)以8.3 m3/h进入调节池，停留1.2 h。出水经微纳米曝气器注入CO2(2~4 L/min)，pH在线控制在6.8~7.3，CO2与Ca2+反应生成碳酸钙沉淀，每8 h排泥。出水COD 60~80 mg/L，Ca2+ 100~120 mg/L，于第一分水节点分流：约80%进入周丛生物池，20%作为低标准回用水。
[0032]S2、核心生物处理：周丛生物池预先挂膜(25±3℃，光照12 h/黑暗12 h，HRT 12h，连续进水18天至填料表面形成绿色生物膜)。正常运行HRT 6 h，间歇曝气(每3 h曝气20min，曝气阶段DO 2~4 mg/L，停曝阶段DO 0.5~1.0 mg/L)。出水COD 30~40 mg/L，SS 10~20mg/L，于第二分水节点分流：约60%进入深度处理单元，40%作为中标准回用水。
[0033]S3、深度处理与脱盐：出水进入混凝沉淀水罐，投加PAC 20~30 mg/L，快搅150rpm/2 min，慢搅40 rpm/10 min，沉淀2 h，上清液COD 10~20 mg/L，SS 5~10 mg/L。以10m3/(m2·h)滤速通过多介质过滤罐，出水SS<5 mg/L。再以8 BV/h通过离子交换罐，出水Ca2+≤10 mg/L，COD 10~15 mg/L，SS≤5 mg/L，作为高标准回用水。
[0034]S4、梯级分配：在线监测仪表实时采集各节点水质，PLC控制多通道自动分配阀按用水需求调配。
[0035]运行效果：
低标准回用水约36 m3/d(COD≤80mg/L，SS≤30 mg/L，pH 6.5~8.5)，用于磨矿、筛分、分级、湿式除尘、车间冲洗等;中标准回用水约78.4 m3/d(COD≤40mg/L，SS≤20 mg/L，Ca2+≤80 mg/L，pH 7.0~8.5)，用于浮选、配药等关键选别作业;高标准回用水约58.8 m3/d(COD≤15 mg/L，SS≤5 mg/L，Ca2+≤10 mg/L，pH 7.0~8.5)，用于设备冷却、锅炉补给、配药等。全流程无硫酸、液碱及芬顿药剂，药剂成本仅为传统芬顿法的20%~30%。
[0036]连续运行180天的监测数据显示：预处理单元出水pH稳定在6.8~7.3范围内，周丛生物池COD去除率维持在58%~75%之间，离子交换出水Ca2+始终≤10 mg/L，系统运行稳定，出水水质达标率100%。
[0037]启动与维护说明：
预处理单元初次启动时，应先通入清水确认管路无泄漏后再通入尾水;CO2调酸系统运行初期应人工测量pH值与在线监测数据进行比对校准，确保反馈控制精度;周丛生物池首次启动挂膜周期约15~25天;离子交换树脂运行100~200个床体积后需用NaCl溶液再生;CO2供给装置的气源压力应控制在0.4~0.8 MPa，微纳米曝气器前宜增设减压阀和精密过滤器，避免CO2供应波动导致的pH剧烈波动以及管路中的杂质堵塞曝气器微孔。
实施例2
[0038]采用相同尾水水源，设置对比组：传统工艺(硫酸调酸至pH 6.5~7.0+芬顿氧化+混凝沉淀)与本发明工艺进行平行运行30天的对比。结果表明：本发明工艺平均药剂成本为0.68元/m3水，传统工艺为2.85元/m3水;本发明工艺未产生铁泥等危废，传统工艺每日产生铁泥约8.5 kg(干重);本发明工艺高标准回用水COD平均值为12.4 mg/L，传统工艺为34.7mg/L。本发明工艺在成本控制、二次污染防止和出水水质方面均显著优于传统工艺。
[0039]最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
说明书附图(1)
声明：
“选矿尾水分质处理与梯级回用的集成系统及方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：南京集萃周丛科技有限公司
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