某有色金屬礦山酸性廢水處理工程設計

趙 璽，趙凌波，李緒忠

(長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南長沙 410001)

有色金屬礦山酸性廢水的形成主要是由于金屬硫化鐵礦的氧化形成硫酸、硫酸鐵，再進一步氧化礦石中的其他金屬形成含有多種金屬離子的酸性廢水[1]。

重金屬廢水的處理方法有化學沉淀法、離子交換樹脂法、吸附法、電解法、活性炭吸附法、反滲透法、電滲析法、蒸發濃縮法及生物法等，這些處理方法都是將廢水中的重金屬轉化成沉淀或是富集的形式，對這些物質最終的處置通常是進行回收或安全填埋。由于直接對重金屬回收的廢水進行處理，目前在經濟上大多無法承受，考慮企業承受能力、使廢水達到環境保護要求且便于運行操作，化學沉淀法是首選。

重金屬廢水化學沉淀法，按藥劑的不同主要有中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體法。中和沉淀法指向廢水中投加石灰等氫氧化物藥劑，使之與其中呈離子狀態的金屬離子化學反應，生成不溶于水的氫氧化物沉淀。硫化物沉淀法是指向廢水中投加可溶性硫化物藥劑，使之與其中呈離子狀態的金屬離子化學反應，生成不溶于水的金屬硫化物沉淀。該法能有效的處理重金屬廢水，特別是經氫氧化物沉淀仍不能達到排放標準的含汞、含鎘廢水。鐵氧體法處理重金屬廢水工藝是指向廢水中投加鐵鹽。通過工藝條件的控制，使廢水中的各種金屬離子形成不溶性的鐵氧體晶粒。再采用固液分離手段，達到去除重金屬離子目的。在鐵氧體法工藝過程中也往往伴隨著氧化還原反應。其工藝過程包括投加亞鐵鹽、調整pH值、充氧加熱、固液分離、沉渣處理等5個環節。

采用何種化學沉淀法，往往和沉淀物的可利用性、處理后水質等有關系。中和沉淀法在處理酸性重金屬廢水過程中，由于重金屬的硫化物較氫氧化鈉難沉降，石灰法可以通過pH值的反饋實現投藥的自動化控制，且項目所在地精石灰易于取用，成本較低，所以選用精石灰作為處理藥劑。

1 工程概況

現以江西某銅礦山為例，該礦山酸性廢水來源主要為礦坑涌水和廢石場廢水。污水處理站處理規模為8 000 m3/d，分2個系列并聯運行，每個系列處理能力4 000 m3/d。污水中主要是懸浮物、COD、Cu、Pb、Zn、Cd、Fe含量超標，其設計進出水水質情況詳見表1。

表1 污水處理站進、出水水質情況(ρ) mg/L

注：總鐵、六價鉻排放標準為《污水綜合排放標準》一級標準值。

2 工藝設計

酸性廢水在調節池調節均化水質后，經工程塑料臥式泵將污水揚送至一級反應槽，與回流的底泥及投加的石灰乳充分混合，調節污水pH值到9.0。同時鼓風曝氣使污水中的Cu、Pb、Zn、Cd等重金屬離子與石灰反應生成重金屬氫氧化物沉淀，出水進入二級反應槽。在二級反應槽中繼續曝氣將污水中的Fe2+氧化成Fe3+，經氧化的污水進入三級反應槽。為提高沉降速度，投加高分子聚丙烯酰胺絮凝劑(PAM)，污水經PAM絮凝后自流進入濃密池進行沉淀。濃密池的上清液自流進入回水池，在濃密池出液口處設置pH計來控制石灰乳的投加量。濃密池的底流渣漿泵輸送至一級反應槽進行底泥回流。剩余外排污泥經管道自流至選廠尾礦泵房。上清液自流進入回水池后再通過離心泵將一部分水揚送至選廠回水高位水池作為選廠生產用水；多余水達標排放。工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程

3 主要設備及構筑物

3.1 調節池

為了調節水量和水質的變化，保證出水水質的穩定，設置調節池1座。水力停留時間8 h，有效容積2 700 m3，規格22.0 m×22.0 m×6.0 m(鋼混結構，其中地下2.0 m，地上4.0 m)。設置提升泵2臺(1用1備)，超聲波液位計1臺。

3.2 一級反應槽

底流回流反應時間30 min，有效容積82.5 m3，規格5 m×5 m×3.6 m(鋼混結構，2座)。每個反應槽配XFJ-3000型混合反應攪拌機1臺，直徑3 000 mm，功率11 kW。

3.3 二級反應槽

石灰中和反應時間30 min，有效容積82.5 m3，規格5 m×5 m×3.6 m(鋼混結構，2座)。每個反應槽配XFJ-3000型混合反應攪拌機1臺，直徑3 000 mm，功率11 kW。

3.4 三級反應槽

絮凝反應時間30 min，有效容積82.5 m3，規格5 m×5 m×3.6 m(鋼混結構，2座)。每個反應槽配XFJ-3000型混合反應攪拌機1臺，直徑3 000 mm，功率11 kW。

3.5 濃密池

濃密池采用1座高效污水處理濃密機，殼體為鋼筋混凝土高架式彈性結構，采用深錐大坡度鋼筋混凝土自防水結構。濃密池直徑24 m。選用CG-24型中心傳動刮泥機，可對重金屬沉淀進行高效濃縮和沉降。濃密池底部布置2臺渣漿泵(正常工作1用1備，最大處理量時并聯使用)，用于將濃密池錐底高濃度的底泥抽送一級反應槽進行底泥回流。渣漿泵單臺性能為Q=27 m3/h，H=12.5 m，P=4 kW。剩余外排污泥經管道自流至選廠尾礦泵房。

3.6 回水池

水力停留時間1 h；回水池建在濃密池底部，形狀為扇形，深3.5 m，其中地上2.5 m，地下1 m(鋼混結構，1座)。回水泵選用IS125-100-315型單級單吸離心泵Q=100 m3/h，H=32 m，P=15 kW，n=1 450 r/min，1用1備。回水泵將回水池部分水揚送至選廠回水高位水池。多余的水溢流至選廠標準排放口。回水池水位通過超聲波液位控制器控制，最低水位時為防止水泵空轉，停止回用水泵。回水池設在線COD監測儀。

3.7 石灰乳制備系統

采用精石灰粉制備石灰乳，精石灰耗量為7 t/d，設75 m3精石灰料倉1座，石灰乳攪拌槽2個，規格為φ1 600 mm×1 800 mm。每個攪拌槽配置1臺攪拌機，攪拌機功率P=2.0 kW。

3.8 輔助車間

設置1座21 m×9 m×6 m磚混結構的輔助車間，內設PAM制備系統、鼓風系統、配電室及值班控制室。PAM藥劑投加量為3 mg/L，純藥劑耗量24 kg/d，藥劑質量濃度0.1%，藥劑量約為24 m3/d。選擇XJ-Ⅰ-16-2.2型溶藥攪拌設備，每套設備配φ1.6 m×2.0 m溶藥槽1個，有效容積4 m3。 每個溶藥槽配1臺攪拌機，P=2.2 kW。加藥計量泵2臺，1用1備，單泵流量0～1 500 L/h。鼓風系統選擇G10-1.5型羅茨鼓風機2臺(正常水量時1用1備，最大處理量時并聯使用)，風量10 m3/h，風壓50 kPa，功率15 kW，轉速4 400 r/min。

4 結語

該工程總投資為2 071.55萬元，其中項目建設投資為2 040.29萬元，流動資金31.26萬元，廢水處理成本費用為1.88元/m3。

設計上具有以下特點：

1) 三級反應槽均設計成方形，通過池壁孔洞聯通，解決了采用管道聯通方式管道結垢的問題。

2) 采用高密度泥漿法將濃密池沉淀污泥進行回流，回流底泥中含有部分有效鈣，可以減少石灰消耗量約5%～10%。底泥回流使沉淀底泥晶體化、粗顆粒化，加快了污泥沉降和分離的速度，沉淀底泥非常容易和帶負電位的硫酸鈣接近和附著，形成晶核并不斷擴大，從而使得濃密池的表面負荷增大，提高了出水水質[2]。處理后的出水中鈣離子濃度明顯降低，有效延緩了設備及管道結垢，設備清理只需每年1次或2次。

3) 考慮到污水處理站的占地面積受限，回水池設置在濃密池底部，節約了用地。

4) 石灰乳制備采用精石灰粉，環境衛生條件較好，同時采用循環投加的方式，有效的防止了石灰乳管道阻塞[3]。

5) 濃密池多余的底泥自流排至尾礦輸送泵房礦漿池，經尾礦輸送系統提升至尾礦庫，可以提高尾礦水pH值，降低尾礦水中重金屬濃度，對水質有一定的改善作用，同時可以增大尾礦的滲透系數，對尾礦滲透性有積極的影響[4]。

[1] 陳謙，楊曉松,吳義千,等.有色金屬礦山酸性廢水成因及系統控制技術[J].礦冶，2005(4)：71-74.

[2] 楊曉松,邵立南,劉峰彪,等.高濃度泥漿法處理礦山酸性廢水機理[J].中國有色金屬學報，2012(4)：1177-1183.

[3] 肖衛，唐錦濤.礦山井下酸性廢水處理設計[J].湖南有色金屬，2003(3)：35-37.

[4] 金尚勇，許永，劉峰彪.高濃度泥漿法底泥排入尾礦庫的可行性研究[J].礦冶，2014(5)：92-94.