某有色金属矿山酸性废水处理工程设计

赵 玺，赵凌波，李绪忠

(长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410001)

有色金属矿山酸性废水的形成主要是由于金属硫化铁矿的氧化形成硫酸、硫酸铁，再进一步氧化矿石中的其他金属形成含有多种金属离子的酸性废水[1]。

重金属废水的处理方法有化学沉淀法、离子交换树脂法、吸附法、电解法、活性炭吸附法、反渗透法、电渗析法、蒸发浓缩法及生物法等，这些处理方法都是将废水中的重金属转化成沉淀或是富集的形式，对这些物质最终的处置通常是进行回收或安全填埋。由于直接对重金属回收的废水进行处理，目前在经济上大多无法承受，考虑企业承受能力、使废水达到环境保护要求且便于运行操作，化学沉淀法是首选。

重金属废水化学沉淀法，按药剂的不同主要有中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体法。中和沉淀法指向废水中投加石灰等氢氧化物药剂，使之与其中呈离子状态的金属离子化学反应，生成不溶于水的氢氧化物沉淀。硫化物沉淀法是指向废水中投加可溶性硫化物药剂，使之与其中呈离子状态的金属离子化学反应，生成不溶于水的金属硫化物沉淀。该法能有效的处理重金属废水，特别是经氢氧化物沉淀仍不能达到排放标准的含汞、含镉废水。铁氧体法处理重金属废水工艺是指向废水中投加铁盐。通过工艺条件的控制，使废水中的各种金属离子形成不溶性的铁氧体晶粒。再采用固液分离手段，达到去除重金属离子目的。在铁氧体法工艺过程中也往往伴随着氧化还原反应。其工艺过程包括投加亚铁盐、调整pH值、充氧加热、固液分离、沉渣处理等5个环节。

采用何种化学沉淀法，往往和沉淀物的可利用性、处理后水质等有关系。中和沉淀法在处理酸性重金属废水过程中，由于重金属的硫化物较氢氧化钠难沉降，石灰法可以通过pH值的反馈实现投药的自动化控制，且项目所在地精石灰易于取用，成本较低，所以选用精石灰作为处理药剂。

1 工程概况

现以江西某铜矿山为例，该矿山酸性废水来源主要为矿坑涌水和废石场废水。污水处理站处理规模为8 000 m3/d，分2个系列并联运行，每个系列处理能力4 000 m3/d。污水中主要是悬浮物、COD、Cu、Pb、Zn、Cd、Fe含量超标，其设计进出水水质情况详见表1。

表1 污水处理站进、出水水质情况(ρ) mg/L

注：总铁、六价铬排放标准为《污水综合排放标准》一级标准值。

2 工艺设计

酸性废水在调节池调节均化水质后，经工程塑料卧式泵将污水扬送至一级反应槽，与回流的底泥及投加的石灰乳充分混合，调节污水pH值到9.0。同时鼓风曝气使污水中的Cu、Pb、Zn、Cd等重金属离子与石灰反应生成重金属氢氧化物沉淀，出水进入二级反应槽。在二级反应槽中继续曝气将污水中的Fe2+氧化成Fe3+，经氧化的污水进入三级反应槽。为提高沉降速度，投加高分子聚丙烯酰胺絮凝剂(PAM)，污水经PAM絮凝后自流进入浓密池进行沉淀。浓密池的上清液自流进入回水池，在浓密池出液口处设置pH计来控制石灰乳的投加量。浓密池的底流渣浆泵输送至一级反应槽进行底泥回流。剩余外排污泥经管道自流至选厂尾矿泵房。上清液自流进入回水池后再通过离心泵将一部分水扬送至选厂回水高位水池作为选厂生产用水；多余水达标排放。工艺流程如图1所示。

图1 污水处理工艺流程

3 主要设备及构筑物

3.1 调节池

为了调节水量和水质的变化，保证出水水质的稳定，设置调节池1座。水力停留时间8 h，有效容积2 700 m3，规格22.0 m×22.0 m×6.0 m(钢混结构，其中地下2.0 m，地上4.0 m)。设置提升泵2台(1用1备)，超声波液位计1台。

3.2 一级反应槽

底流回流反应时间30 min，有效容积82.5 m3，规格5 m×5 m×3.6 m(钢混结构，2座)。每个反应槽配XFJ-3000型混合反应搅拌机1台，直径3 000 mm，功率11 kW。

3.3 二级反应槽

石灰中和反应时间30 min，有效容积82.5 m3，规格5 m×5 m×3.6 m(钢混结构，2座)。每个反应槽配XFJ-3000型混合反应搅拌机1台，直径3 000 mm，功率11 kW。

3.4 三级反应槽

絮凝反应时间30 min，有效容积82.5 m3，规格5 m×5 m×3.6 m(钢混结构，2座)。每个反应槽配XFJ-3000型混合反应搅拌机1台，直径3 000 mm，功率11 kW。

3.5 浓密池

浓密池采用1座高效污水处理浓密机，壳体为钢筋混凝土高架式弹性结构，采用深锥大坡度钢筋混凝土自防水结构。浓密池直径24 m。选用CG-24型中心传动刮泥机，可对重金属沉淀进行高效浓缩和沉降。浓密池底部布置2台渣浆泵(正常工作1用1备，最大处理量时并联使用)，用于将浓密池锥底高浓度的底泥抽送一级反应槽进行底泥回流。渣浆泵单台性能为Q=27 m3/h，H=12.5 m，P=4 kW。剩余外排污泥经管道自流至选厂尾矿泵房。

3.6 回水池

水力停留时间1 h；回水池建在浓密池底部，形状为扇形，深3.5 m，其中地上2.5 m，地下1 m(钢混结构，1座)。回水泵选用IS125-100-315型单级单吸离心泵Q=100 m3/h，H=32 m，P=15 kW，n=1 450 r/min，1用1备。回水泵将回水池部分水扬送至选厂回水高位水池。多余的水溢流至选厂标准排放口。回水池水位通过超声波液位控制器控制，最低水位时为防止水泵空转，停止回用水泵。回水池设在线COD监测仪。

3.7 石灰乳制备系统

采用精石灰粉制备石灰乳，精石灰耗量为7 t/d，设75 m3精石灰料仓1座，石灰乳搅拌槽2个，规格为φ1 600 mm×1 800 mm。每个搅拌槽配置1台搅拌机，搅拌机功率P=2.0 kW。

3.8 辅助车间

设置1座21 m×9 m×6 m砖混结构的辅助车间，内设PAM制备系统、鼓风系统、配电室及值班控制室。PAM药剂投加量为3 mg/L，纯药剂耗量24 kg/d，药剂质量浓度0.1%，药剂量约为24 m3/d。选择XJ-Ⅰ-16-2.2型溶药搅拌设备，每套设备配φ1.6 m×2.0 m溶药槽1个，有效容积4 m3。 每个溶药槽配1台搅拌机，P=2.2 kW。加药计量泵2台，1用1备，单泵流量0～1 500 L/h。鼓风系统选择G10-1.5型罗茨鼓风机2台(正常水量时1用1备，最大处理量时并联使用)，风量10 m3/h，风压50 kPa，功率15 kW，转速4 400 r/min。

4 结语

该工程总投资为2 071.55万元，其中项目建设投资为2 040.29万元，流动资金31.26万元，废水处理成本费用为1.88元/m3。

设计上具有以下特点：

1) 三级反应槽均设计成方形，通过池壁孔洞联通，解决了采用管道联通方式管道结垢的问题。

2) 采用高密度泥浆法将浓密池沉淀污泥进行回流，回流底泥中含有部分有效钙，可以减少石灰消耗量约5%～10%。底泥回流使沉淀底泥晶体化、粗颗粒化，加快了污泥沉降和分离的速度，沉淀底泥非常容易和带负电位的硫酸钙接近和附着，形成晶核并不断扩大，从而使得浓密池的表面负荷增大，提高了出水水质[2]。处理后的出水中钙离子浓度明显降低，有效延缓了设备及管道结垢，设备清理只需每年1次或2次。

3) 考虑到污水处理站的占地面积受限，回水池设置在浓密池底部，节约了用地。

4) 石灰乳制备采用精石灰粉，环境卫生条件较好，同时采用循环投加的方式，有效的防止了石灰乳管道阻塞[3]。

5) 浓密池多余的底泥自流排至尾矿输送泵房矿浆池，经尾矿输送系统提升至尾矿库，可以提高尾矿水pH值，降低尾矿水中重金属浓度，对水质有一定的改善作用，同时可以增大尾矿的渗透系数，对尾矿渗透性有积极的影响[4]。

[1] 陈谦，杨晓松,吴义千,等.有色金属矿山酸性废水成因及系统控制技术[J].矿冶，2005(4)：71-74.

[2] 杨晓松,邵立南,刘峰彪,等.高浓度泥浆法处理矿山酸性废水机理[J].中国有色金属学报，2012(4)：1177-1183.

[3] 肖卫，唐锦涛.矿山井下酸性废水处理设计[J].湖南有色金属，2003(3)：35-37.

[4] 金尚勇，许永，刘峰彪.高浓度泥浆法底泥排入尾矿库的可行性研究[J].矿冶，2014(5)：92-94.