5.3　礦山廢水處理與回用技術(shù)應(yīng)用實例

5.3.1　南山鐵礦酸性廢水處理回用應(yīng)用實例

（1）工程概況與廢水水質(zhì)

南山鐵礦現(xiàn)有兩個露天采場，年產(chǎn)能力為采剝總量1.3×10⁷t，鐵礦石6.5×10⁶t，鐵精礦粉2.2×10⁶t。該礦區(qū)為火山巖成礦地帶，礦物組成復(fù)雜，鐵礦床和圍巖中含有黃鐵礦為主的各種硫化礦物，其含硫量平均為2％～3％。按目前的采礦規(guī)模，南山鐵礦每年約（7.0～8.0）×10⁶t剝落物堆放在采礦場附近的排水場內(nèi)。這些廢含硫土石在露天自然條件下逐漸發(fā)生風(fēng)化、浸溶、氧化、水解等一系列化學(xué)反應(yīng)，與天然降水和地下水結(jié)合，逐步變?yōu)楹辛蛩岬乃嵝詮U水，匯集到排水場的酸水庫中。廢水在水庫中進行如下反應(yīng)：

該排土場總匯水面積約2.15km²，按所在地區(qū)平均年降水量960～1100mm計算，匯水區(qū)域所形成的酸水量每年約2.0×10⁶t以上。多年監(jiān)測結(jié)果是酸水的pH值在5.0以下，最低達到2.6，酸性較高，腐蝕性極強，酸水中還含有多種重金屬離子，如Cu、Ni、Pb等。具體的水質(zhì)見表5-6。^［42］

由于該廢水處理難度大，主要是中和處理后石灰渣量大，又難脫水，因此前后經(jīng)過20多年的不斷探索實踐才解決該廢水處理與回用問題。

（2）廢水處理工藝

①一期廢水處理工藝　根據(jù)當(dāng)時水質(zhì)情況，一期廢水處理工藝采用石灰乳中和工藝如圖5-6所示。

石灰經(jīng)粉碎、磨細、消化制備成石灰乳，用壓縮空氣作攪拌動力，進行酸水的中和反應(yīng)。反應(yīng)后的中和液采用PE微孔過濾，實現(xiàn)泥水分離。但是由于南山礦處理的酸水量較大，微孔過濾滿足不了生產(chǎn)要求；同時微孔極易結(jié)垢堵塞，微孔管更換頻繁，生產(chǎn)成本較高。因此該工藝達不到設(shè)計要求，設(shè)備作業(yè)率極低。

②二期廢水處理工藝　針對一期廢水處理工程未達到預(yù)期的治理效果，南山礦決定改建酸水處理設(shè)施，重點是解決處理以后的中和渣的處置問題。該方案利用排土場近20×10⁴m³的凹地圍埂筑壩，作為中和渣的貯存庫，取消原有的微孔過濾系統(tǒng)。設(shè)計服務(wù)年限3～4年，工程總投資156萬元，于1992年正式投入使用。實際上該中和渣貯存庫兼有澄清水質(zhì)和貯存底泥兩種功能，運行時水的澄清過程緩慢，中和渣難以沉降，外排水渾濁，懸浮物超標(biāo)。僅運行1年多時間，已難再用該庫。二期廢水處理工藝流程如圖5-7所示。

③三期廢水處理工藝　在總結(jié)一期、二期實踐的基礎(chǔ)上，提出將酸性廢水經(jīng)中和后與東山選礦廠尾礦混合處理，澄清水用于東山選礦廠生產(chǎn)，底泥輸送至尾礦庫的處理方案。其工藝流程如圖5-8所示。^［43］

中和液按照一定比例加入到尾礦中，不僅不會減緩尾礦中固體顆粒物的沉降速度，反而能加快尾礦礦漿中懸浮物的沉降速度。這是因為中和液中所含的金屬離子和非金屬離子具有一定的吸附力，能被尾礦中的固體顆粒物吸附，增大顆粒的體積和質(zhì)量而加速顆粒物的沉降，同時改善了尾礦庫的水質(zhì)。

實踐證明該工程處理酸性污水的效果十分顯著：a.由于中和液年輸送量遠大于平均雨水匯入酸水庫的凈增值（約1.2×10⁶m³），故加快了酸水庫水位的下降，即使遇雨水較大的年份，酸水庫水位再沒達到過其安全警戒水位；b.確保了凹山采場東幫邊坡及酸水庫壩體的安全穩(wěn)固；c.消除了酸性污水及中和液底泥外溢對周圍河道農(nóng)田的污染，創(chuàng)造了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益；d.實現(xiàn)了酸性污水在礦內(nèi)的循環(huán)，并將沉降后的底泥輸送至尾礦壩，徹底解決了中和液底泥形成的二次污染，年節(jié)省污染賠償費150萬元左右；e.提高了東山選礦廠循環(huán)水水質(zhì)，增加了循環(huán)水量。按每噸0.2元計算，年節(jié)省水費達42萬余元。

5.3.2　硫化法處理某礦山廢水應(yīng)用實例

（1）廢水水質(zhì)與處理工藝

某礦山廢水主要來源于采礦場，其廢水水質(zhì)見表5-7。

由表5-7可知，廢水中Cu、Fe、濃度較高，適用于硫化法處理，并有回收價值。處理工藝如圖5-9所示。

首先，加入石灰調(diào)整pH=4.0，使Fe³⁺沉淀，由于廢水中Fe³⁺居優(yōu)，所以未設(shè)的氧化過程；然后，把Na₂S溶液投入污水中，使銅呈CuS沉淀，銅渣品位高，可回收；最后加入石灰提高pH值，使沉銅后的溢流酸度下降，以達到排放或回用要求。

（2）處理結(jié)果

經(jīng)處理后水質(zhì)比較穩(wěn)定，處理后水質(zhì)指標(biāo)見表5-8。

5.3.3　置換中和法處理某礦山廢水應(yīng)用實例

（1）廢水來源與水質(zhì)及其處理工藝

某礦山廢水主要來自礦坑和廢石堆場，水量約3000m³/d；其水質(zhì)見表5-9。處理后水質(zhì)見表5-10。

根據(jù)廢水特點，采用鐵粉置換-石灰中和工藝，如圖5-10所示。

來自礦井和廢石堆的廢水用泵加壓后送入裝有鑄鐵粉的流態(tài)化置換塔，利用水流的動力使鐵粉膨脹。鐵粉的流動摩擦，使不斷有足夠的新鮮表面進行置換反應(yīng)。置換的結(jié)果是形成海綿銅，海綿銅定期從塔底放出，消耗的鐵粉可從塔頂補加。置換后的出水采用石灰中和處理。出水經(jīng)一、二段石灰中和后，再到投加有高分子絮凝劑聚丙烯酰胺的反應(yīng)槽，然后經(jīng)沉淀池最后澄清。澄清水達到排放標(biāo)準(zhǔn)。沉淀泥渣部分回流至堿化槽，經(jīng)投加的石灰乳堿化后再入一次中和槽。泥渣回流的目的是減少石灰用量、縮小泥渣體積和改善污泥脫水性能。

（2）處理工藝參數(shù)與運行效果

處理工藝參數(shù)與運行效果：a.置換塔反應(yīng)時間2～3.5min，銅置換率90％～96％，海綿銅品位大于60％；b.污泥回流比（1:3）～（1:4）；c.堿化槽pH值大于10，反應(yīng)時間10～15min；d.一次中和槽pH值為5.5～6.5，反應(yīng)時間15min；e.二次中和槽pH值為7～8，反應(yīng)時間2min；f.石灰耗量為理論耗量的1.07～1.44倍，鐵粉耗量為理論量的1.1倍。

礦山廢水經(jīng)置換中和工藝處理后，廢水水質(zhì)達到國家外排標(biāo)準(zhǔn)。運行實踐證明，用置換中和工藝處理該礦廢水是成功的。

5.3.4　姑山鐵礦選礦廢水混凝沉淀法處理回用應(yīng)用實例

（1）工程概況與處理工藝流程

某廠選礦廢水是以磁、重選礦工藝為主的選礦廠的外排廢水，進水量為1500m/h，礦漿濃度為5％左右，其處理工藝流程如圖5-11所示。處理工藝的技術(shù)核心是將普通濃縮池改為旋流絮凝沉淀池，并采用聚合硫酸鐵作為絮凝劑，極大地提高了經(jīng)旋流絮凝沉淀池出水的水質(zhì)。

從ф45m大井溢流水量為1000～1100m³/h，底部排渣水為400～500m³/h。溢流水中懸浮物高達2000mg/L，經(jīng)ф24m旋流沉淀池處理后的出水中懸浮物降至100mg/L以下，固體物去除率可達99.8％。從ф24m旋流絮凝沉淀池排水，進入回水泵房循環(huán)使用。

（2）處理情況與效果

①旋流絮凝沉淀池與普通沉淀池處理效果對比試驗　旋流絮凝器的作用是：當(dāng)選礦污水進入旋流絮凝器的同時加入聚合硫酸鐵絮凝劑，利用水流的動能使礦漿溶液與絮凝劑快速混合，經(jīng)旋流導(dǎo)板無級變速后水流速度逐漸減緩，溶液與藥劑由混合作用向混凝反應(yīng)過渡。當(dāng)水流離開旋流絮凝器后，繼續(xù)呈旋流狀態(tài)擴散，生成的絮凝體逐漸長大。旋流絮凝器的下口位于沉淀池的底部泥漿懸浮層中，泥漿懸浮層進一步對生成的絮凝體形成捕集作用，促使絮凝體繼續(xù)增大，加速沉淀，同時捕集細微顆粒，改善了出水質(zhì)量。表5-11為進水礦漿濃度為7000mg/L時，旋流沉淀池與普通沉淀池對比試驗結(jié)果。

在工業(yè)試驗中，當(dāng)進水懸浮物為2000mg/L時，旋流絮凝沉淀池的處理負荷在2m³/（m²·h）以上，出水懸浮物可控制在100mg/L以下。

旋流絮凝沉淀池有如下特點：a.選礦污水與絮凝藥劑的反應(yīng)，完全依靠水力旋流作為動力，無需外加機械攪拌，節(jié)省機械和能量；b.改建普通沉淀池為旋流絮凝沉淀池，不破壞原有的池子結(jié)構(gòu)，在中心支柱和耙架之間安裝一個圓臺形反應(yīng)筒體，簡便易行；c.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，便于維修。

②聚合硫酸鐵處理選礦廢水的效果　聚合硫酸鐵是一種無機高分子絮凝劑，特征主要是：絮凝作用顯著，絮體大，沉降速度較快，出水水質(zhì)較好。表5-12為原廢水中SS為2000mg/L時，加入聚鐵量為20mg/L時，選礦廢水前后水質(zhì)分析。

（3）處理效果與處理前后供排水變化情況

該處理工藝對選礦廢水治理的突出貢獻在于一次自然沉淀雖然可去除96％的固體物質(zhì)，但出水水質(zhì)不穩(wěn)定，固體物含量仍高到2000mg/L，若經(jīng)二次絮凝沉淀便可獲得良好穩(wěn)定的水質(zhì)。

試驗表明，對尾礦漿直接加入聚合硫酸鐵等無機絮凝劑絮凝沉淀，沒有明顯效果；對一次沉淀溢流再加藥絮凝沉淀則效果顯著，并且耗藥量較少。

由于采用了混凝閉路循環(huán)處理系統(tǒng)，該礦年用水量及排水量有了很大變化，取得顯著效益，年節(jié)約新水240×10⁴m³，節(jié)電7×10⁴kW，詳見表5-13。