用于处理矿山排水的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于处理矿山排水的方法和系统
[000。 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。
[000引 背景 在工业过程中，产生大量的废水，如盐水溶液。一般来说，该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该些应用的选项。
[0003] 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 水平的巧和硫酸根，W及金属离子（如化、Mn、Al、Mg、化、Ni和/或化）。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， 和特别是含有为巧浓度两倍W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：巧、顿和餓的硫酸盐）。
[0004] 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、猛、铅、铜、铅和锋）。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。
[0005] 可采用多阶段反渗透处理该样的废水。在该样的系统中的水回收为约40-90%，取 决于进料水的盐度。在该样的系统中的水回收受难溶性盐在水中结垢的限制。
[0006] 由于硫酸巧的高结垢趋势，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。
[0007] 因此，迫切需要提供用于处理盐水废水的备选系统。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。该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。
[0011] 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、猛和铅的量可高 达几千ppm。总溶解固体可超过3000 ppm。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 所述碱可W是生石灰、熟石灰、石灰石或白云石，优选地W产生约50-约1000 ppm 碱的量加入。氧化剂可W是次氯酸轴，优选地W产生约50-约200 ppm次氯酸轴的量加入。
[0015] 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W是Metclear? 2450,优选地W产生约1-约5 ppm的Metclear? 2405的量加入。
[0016] 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 一部分铅、铁和猛离子。
[0017] 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H纯化阶 段是基于纳滤或者基于反渗透的纯化阶段； 化）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W降低经 过反渗透单元的进料流的抑，优选地至低于约抑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。
[0018] 如果硫酸根和巧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 废水的硫酸根多而巧少（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的巧和大于约2000 ppm的硫酸根），则期望除去硫酸根W减少在膜基 纯化单元中的结垢。
[0019] 脱盐系统的回收率取决于沉淀单元中的不溶性盐的去除，其进而取决于进料流的 离子平衡。例如，含有高硫酸根和低巧的流不能生成足够的要除去的硫酸巧盐。该导致总 系统的产物水回收率的减少。期望降低巧、硫酸根和/或金属离子的水平W保护膜基脱盐 设备例如纳滤和反渗透单元。
[0020] 处理膜基脱盐单元的进料流W除去巧、硫酸根和/或金属离子减少了通过膜基脱 盐单元处理的硫酸根离子的量，从而减少结垢和提高回收率。因此，在预处理单元下游的第 二纯化阶段和任选的第H纯化阶段包括纯化单元上游的沉淀单元。第二和第H纯化阶段配 置为加入碱至沉淀单元，或至经过沉淀单元的进料流中。加入碱例如熟石灰至沉淀单元有 助于金属和硫酸巧盐的沉淀。
[0021] 在由选项（a)定义的示例性系统中，基于纳滤的纯化阶段允许排斥超过90%的二 价离子，如巧、镇和硫酸根，并允许排斥少于50%的一价离子，如轴、氯和钟。该样的示例性 系统可具有超过99%的回收率，且脱盐系统可需要比包含多个反渗透纯化阶段的脱盐系统 更低的进料压力。在其中第H阶段是基于反渗透的纯化阶段的示例性系统中，与具有3个 纳滤阶段的示例性系统比较，总溶解固体可减少。
[0022] 在由选项化）定义的示例性系统中，用碱和氧化剂预处理废水除去至少一些来自 废水的硫酸根和/或金属离子。
[0023] 当输入流是酸性矿山排水时，用碱和氧化剂预处理输入流除去足够的硫酸根、巧、 猛、铅和铁离子，W使排放物可接受用于进料到反渗透单元。在排放物中剩余的金属通过降 低pH,优选地降低至低于约3. 0的抑来溶解。W该种方式处理输入流增加输入流中的金属 盐的溶解度和减少在第一反渗透纯化阶段中垢的形成。在低于约3. 0的抑下有效的阻垢 剂优选地与第一反渗透纯化装置一起使用。
[0024] 在由选项（C)定义的示例性系统中，第一基于纳滤的纯化阶段允许一价离子通过 膜，由此减少在随后阶段中总溶解固体的积聚。至少一部分盐-浓缩流出物从反渗透单元 至沉淀单元的优选再循环可增加脱盐系统的回收率。任选的第H反渗透纯化阶段可提高由 处理系统产生的脱盐产物的品质。
[00巧]本发明包含W下项目： 项目1. 一种脱盐系统，其包括： 任选预处理单元，配置为接收输入流、碱和氧化剂，和产生离子减少的流出物流和离子 浓缩的排放流； 并且还在所述任选预处理单元下游包括： (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H纯化阶 段是或者基于纳滤的或者基于反渗透的纯化阶段，所述第二和第H纯化阶段包括纯化单元 上游的沉淀单元，所述第二和第H纯化阶段配置为加入碱至所述沉淀单元，或至经过所述 沉淀单元的进料流中； 化）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W降低经 过所述反渗透单元的进料流的pH,第二和第H纯化阶段包括所述反渗透单元上游的沉淀单 元，所述第二和第H纯化阶段配置为加入碱至所述沉淀单元，或至经过所述沉淀单元的进 料流中；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，所述基于反渗 透的纯化阶段包括所述反渗透单元上游的沉淀单元，所述基于反渗透的纯化阶段配置为加 入碱至所述沉淀单元或至经过所述沉淀单元的进料流中，和配置为将来自所述反渗透单元 的一部分盐-浓缩流出物再循环到所述沉淀单元。
[0026] 项目2.依据项目1的脱盐系统，其中所述碱是生石灰、熟石灰、石灰石或白云石。
[0