有色金属废水处理工艺流程：从源头控制到资源回收的全链条方案

废水来源与污染物特性分析

主要行业来源

采矿选矿：露天开采爆破废水、选矿药剂（黄药、黑药）废水，含悬浮物（SS＞5000mg/L）及重金属（Cu、Pb、Zn 等）。

冶炼加工：火法冶炼烟气洗涤水（酸性，pH 1-3，含 As、Cd、Hg）、湿法浸出液（含 Fe³⁺、Ni²⁺及游离酸）。

金属加工：表面处理废水（类似电镀，但可能含更多合金元素如 Sn、Sb）、切削液废水（含乳化油和 Zn²⁺）。

污染物特征

复合污染：常含多种重金属（如 Cu-Pb-Zn 共生）、酸 / 碱、悬浮物及有机药剂（如物、氟化物）。

浓度波动大：采矿废水重金属浓度可从 10mg/L 到 1000mg/L 不等，冶炼废水 pH 可低至 1 或高至 14。

预处理工艺：水质调节与杂质分离

固液分离

格栅 + 沉砂池：去除矿石碎屑、金属颗粒（粒径＞5mm），沉砂池停留时间≥30 分钟，SS 去除率达 60%-80%。

高效沉淀池：投加聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM），形成絮体沉淀，SS 可降至 50mg/L 以下，适用于高浊度废水（SS＞1000mg/L）。

酸碱中和

酸性废水（pH＜4）：投加石灰（CaO）或电石渣，调 pH 至 6-9，同时部分重金属生成氢氧化物沉淀；

碱性废水（pH＞10）：投加（H₂SO₄）或烟道气（CO₂）中和，降低处理成本。

核心处理工艺：重金属与有毒物质去除

（一）重金属去除技术体系

化学沉淀法（基础工艺）

氢氧化物沉淀：

控制 pH 至重金属沉淀区间（如 Cu²⁺在 pH 8-9，Zn²⁺在 pH 9-10），投加石灰或 NaOH，成本低但污泥量大（含水率≥95%）。

案例：某铜矿废水用石灰沉淀，Cu²⁺从 200mg/L 降至 5mg/L，但污泥产生量达 1.2t/1000m³ 废水。

硫化物沉淀（高浓度 / 络合态适用）：

投加 Na₂S 或 H₂S，生成 CuS（Ksp=6×10⁻³⁶）、PbS（Ksp=8×10⁻²⁸）等硫化物，去除率比氢氧化物法高 1-2 个数量级，适用于重金属浓度＞100mg/L 或含络合剂（如 CN⁻）的废水。

注意：需控制 S²⁻浓度＜1mg/L，避免 H₂S 气体逸出，可通过曝气氧化残留 S²⁻。

离子交换与吸附法（深度处理）

螯合树脂：选用氨基磷酸型树脂，对 Cu²⁺、Pb²⁺选择性吸附，出水重金属≤0.01mg/L，适用于废水回用（如选矿循环水）。

活性炭吸附：椰壳活性炭对低浓度重金属（＜10mg/L）和有机药剂（如黄药）去除效果显著，吸附容量为 5-15mg/g 活性炭。

膜分离技术（资源回收）

纳滤（NF）+ 反渗透（RO）：

NF 膜截留二价重金属离子（如 Cu²⁺、Zn²⁺），透过液经 RO 膜浓缩，产水可回用于工艺用水（电导率＜100μS/cm）；

浓缩液经蒸发结晶回收金属盐（如 CuSO₄・5H₂O），水回用率达 70%-85%。

（二）特殊污染物处理

物（CN⁻）去除

臭氧 - 生物联合法：

臭氧（O₃）先将 CN⁻氧化为 CNO⁻（投加量为 CN⁻的 3 倍），再通过生化池（缺氧 - 好氧工艺）降解 CNO⁻为 CO₂和 N₂，总去除率≥99%，适用于含氰选矿废水（CN⁻＜50mg/L）。

氟化物（F⁻）去除

钙盐 - 铝盐协同沉淀：

投加 CaCl₂（F⁻:Ca²⁺=1:2）生成 CaF₂沉淀，再投加 AlCl₃形成 AlF₆³⁻络合物，F⁻可从 50mg/L 降至 10mg/L 以下（GB 8978 要求≤10mg/L）。

深度处理与水资源循环利用

氧化技术（AOTs）

催化臭氧（O₃/UV/TiO₂）：降解残留有机物（如选矿药剂）和低价态重金属（如 As³⁺氧化为 As⁵⁺），COD 去除率达 40%-60%。

中水回用系统

多介质过滤 + UF+RO：

多介质滤池（石英砂 + 活性炭）去除悬浮物和胶体；

超滤（UF）截留大分子有机物；

反渗透（RO）脱盐，产水用于冶炼工艺补水，吨水成本约 2-3 元。

污泥处理与重金属资源化

分类脱水与稳定化

含重金属污泥：采用板框压滤机脱水（含水率≤60%），添加固化剂（如水泥 + 粉煤灰）稳定化，防止重金属溶出。

含氰污泥：需先高温灭活（≥121℃，30 分钟），再与其他污泥混合处理。

金属回收技术

湿法冶金：

含 Cu 污泥用浸出（固液比 1:5，pH 1-2，温度 60℃），浸出液经萃取（P204 萃取剂）- 反萃 - 电积，得到电解铜（纯度 99.95%）；

含 Zn 污泥通过氨浸 - 蒸氨 - 煅烧，生产 ZnO 粉体（纯度≥99%）。

典型工艺流程示例（以铜矿废水为例）

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原水（Cu²⁺=150mg/L，SS=3000mg/L，pH=2）  

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格栅+沉砂池（去除大颗粒杂质）  

调节池（停留时间12h，均质均量）  

一级中和（投加CaO，调pH至5，沉淀Fe³⁺）  

二级中和（投加NaOH，调pH至8.5，沉淀Cu²⁺）  

高效沉淀池（投加PAC+PAM，SS降至30mg/L）  

硫化物投加槽（投加Na₂S，Cu²⁺降至0.5mg/L）  

砂滤池（进一步去除悬浮物）  

UF膜（截留胶体态重金属）  

RO膜（产水回用，浓缩液进蒸发结晶）  

结晶盐（回收CuSO₄）  

工艺选择与成本控制要点

高浓度酸性废水：优先采用 “硫化物沉淀 + 中和”，比传统氢氧化物沉淀减少 30% 污泥量；

低浓度含重金属废水：选择 “离子交换 + 膜法”，虽投资高（约 1500-2000 元 / 吨水），但可回收金属抵消成本；

排放标准：若执行《污水综合排放标准》一级标准（重金属≤0.5mg/L），需在常规沉淀后增加膜分离或氧化工艺。

通过 “源头分类 - 过程减量 - 末端回用” 的全流程设计，有色金属废水处理已从单纯达标排放向 “重金属零排放 + 水资源循环” 升级，尤其适用于缺水地区和重金属资源紧缺场景。