5.3　礦山廢水處理與回用技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

5.3.1　南山鐵礦酸性廢水處理回用應(yīng)用實(shí)例

（1）工程概況與廢水水質(zhì)

南山鐵礦現(xiàn)有兩個(gè)露天采場(chǎng)，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(chǎng)附近的排水場(chǎng)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(chǎng)的酸水庫(kù)中。廢水在水庫(kù)中進(jìn)行如下反應(yīng)：

該排土場(chǎng)總匯水面積約2.15km²，按所在地區(qū)平均年降水量960～1100mm計(jì)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(cè)結(jié)果是酸水的pH值在5.0以下，最低達(dá)到2.6，酸性較高，腐蝕性極強(qiáng)，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(jiàn)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(guò)20多年的不斷探索實(shí)踐才解決該廢水處理與回用問(wèn)題。

（2）廢水處理工藝

①一期廢水處理工藝　根據(jù)當(dāng)時(shí)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(xì)、消化制備成石灰乳，用壓縮空氣作攪拌動(dòng)力，進(jìn)行酸水的中和反應(yīng)。反應(yīng)后的中和液采用PE微孔過(guò)濾，實(shí)現(xiàn)泥水分離。但是由于南山礦處理的酸水量較大，微孔過(guò)濾滿(mǎn)足不了生產(chǎn)要求；同時(shí)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(dá)不到設(shè)計(jì)要求，設(shè)備作業(yè)率極低。

②二期廢水處理工藝　針對(duì)一期廢水處理工程未達(dá)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(diǎn)是解決處理以后的中和渣的處置問(wèn)題。該方案利用排土場(chǎng)近20×10⁴m³的凹地圍埂筑壩，作為中和渣的貯存庫(kù)，取消原有的微孔過(guò)濾系統(tǒng)。設(shè)計(jì)服務(wù)年限3～4年，工程總投資156萬(wàn)元，于1992年正式投入使用。實(shí)際上該中和渣貯存庫(kù)兼有澄清水質(zhì)和貯存底泥兩種功能，運(yùn)行時(shí)水的澄清過(guò)程緩慢，中和渣難以沉降，外排水渾濁，懸浮物超標(biāo)。僅運(yùn)行1年多時(shí)間，已難再用該庫(kù)。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(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出將酸性廢水經(jīng)中和后與東山選礦廠(chǎng)尾礦混合處理，澄清水用于東山選礦廠(chǎng)生產(chǎn)，底泥輸送至尾礦庫(kù)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(huì)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?yàn)橹泻鸵褐兴慕饘匐x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(shí)改善了尾礦庫(kù)的水質(zhì)。

實(shí)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(yuǎn)大于平均雨水匯入酸水庫(kù)的凈增值（約1.2×10⁶m³），故加快了酸水庫(kù)水位的下降，即使遇雨水較大的年份，酸水庫(kù)水位再?zèng)]達(dá)到過(guò)其安全警戒水位；b.確保了凹山采場(chǎng)東幫邊坡及酸水庫(kù)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(duì)周?chē)拥擂r(nóng)田的污染，創(chuàng)造了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益；d.實(shí)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(fèi)150萬(wàn)元左右；e.提高了東山選礦廠(chǎng)循環(huán)水水質(zhì)，增加了循環(huán)水量。按每噸0.2元計(jì)算，年節(jié)省水費(fèi)達(dá)42萬(wàn)余元。

5.3.2　硫化法處理某礦山廢水應(yīng)用實(shí)例

（1）廢水水質(zhì)與處理工藝

某礦山廢水主要來(lái)源于采礦場(chǎng)，其廢水水質(zhì)見(jiàn)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(jià)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(guò)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(dá)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(jiàn)表5-8。

5.3.3　置換中和法處理某礦山廢水應(yīng)用實(shí)例

（1）廢水來(lái)源與水質(zhì)及其處理工藝

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

根據(jù)廢水特點(diǎn)，采用鐵粉置換-石灰中和工藝，如圖5-10所示。

來(lái)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(dòng)力使鐵粉膨脹。鐵粉的流動(dòng)摩擦，使不斷有足夠的新鮮表面進(jìn)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(bǔ)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(dá)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(yùn)行效果

處理工藝參數(shù)與運(yùn)行效果：a.置換塔反應(yīng)時(shí)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(shí)間10～15min；d.一次中和槽pH值為5.5～6.5，反應(yīng)時(shí)間15min；e.二次中和槽pH值為7～8，反應(yīng)時(shí)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(dá)到國(guó)家外排標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行實(shí)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(shí)例

（1）工程概況與處理工藝流程

某廠(chǎng)選礦廢水是以磁、重選礦工藝為主的選礦廠(chǎng)的外排廢水，進(jìn)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(dá)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(dá)99.8％。從ф24m旋流絮凝沉淀池排水，進(jìn)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(duì)比試驗(yàn)　旋流絮凝器的作用是：當(dāng)選礦污水進(jìn)入旋流絮凝器的同時(shí)加入聚合硫酸鐵絮凝劑，利用水流的動(dòng)能使礦漿溶液與絮凝劑快速混合，經(jīng)旋流導(dǎo)板無(wú)級(jí)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(guò)渡。當(dāng)水流離開(kāi)旋流絮凝器后，繼續(xù)呈旋流狀態(tài)擴(kuò)散，生成的絮凝體逐漸長(zhǎng)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(jìn)一步對(duì)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(shí)捕集細(xì)微顆粒，改善了出水質(zhì)量。表5-11為進(jìn)水礦漿濃度為7000mg/L時(shí)，旋流沉淀池與普通沉淀池對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果。

在工業(yè)試驗(yàn)中，當(dāng)進(jìn)水懸浮物為2000mg/L時(shí)，旋流絮凝沉淀池的處理負(fù)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(diǎn)：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(dòng)力，無(wú)需外加機(jī)械攪拌，節(jié)省機(jī)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(gè)圓臺(tái)形反應(yīng)筒體，簡(jiǎn)便易行；c.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wú)機(jī)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(shí)，加入聚鐵量為20mg/L時(shí)，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(duì)選礦廢水治理的突出貢獻(xiàn)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(yàn)表明，對(duì)尾礦漿直接加入聚合硫酸鐵等無(wú)機(jī)絮凝劑絮凝沉淀，沒(méi)有明顯效果；對(duì)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(jiàn)表5-13。