某金矿外排水悬浮物治理达标排放研究与应用
2019-10-28牛桂强
牛桂强
(山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿， 山东 莱州 261441)
1 前言
某金矿地处山东省胶东地区，属中温热液蚀变花岗岩金矿床。该金矿采用中央竖井和两翼风井的开拓方式，采矿方法主要采用充填采矿法，选矿采用三段一闭路破碎和磨矿分级浮选工艺。由于胶东地区地下水资源较为丰富，该金矿在矿石开采过程中会产生大量井下水。为保证采矿作业正常推进，该部分井下水需进一步外排处理。根据统计，该金矿采矿作业中，井下水产量约为12 000m3/d。
该金矿选矿生产用水主要来自于尾矿浓密机溢流水和尾矿库回水，选矿用水80%以上实现闭路回用，井下水补充量较少，所以该矿需外排的井下水量长期保持在10 000m3/d以上。由于该金矿距离莱州湾海域仅5km，生产过程中，该矿井排水通过井下水泵输送至地表水池，经水池缓冲通过管路自流输送至莱州湾某村海域外排。
2 存在问题
莱州湾某村海域属于地表水环境质量标准(GB 3838—2002)中的Ⅲ类水域(水产养殖区等渔业水域)和海水水质标准(GB 3097—1997)中的Ⅱ类水域(海水浴场及风景游览区)。根据该金矿建设项目环境影响评价报告等相关文件规定，排至该海域废水执行《山东半岛
流域水污染综合排放标准》(DB 37/676—2007)中的一级标准，废水中悬浮物含量需控制在50mg/L以下[1]。该金矿生产过程中，由于井下地质条件、矿石开采等原因，井下水中悬浮物含量一直保持在20～40mg/L，满足当时环保要求。
为加强环保治理，山东省环保厅于2011年8月发布了《山东半岛流域水污染综合排放标准》修改意见，要求2013年1月1日起进入上述海域外排水悬浮物含量需控制在20mg/L以下[2]。针对上述情况，该金矿必须对井下外排水进行综合治理，有效降低水体中的悬浮物含量，以满足环保政策要求。
3 实验研究
为探索经济高效的外排水悬浮物处理方式，该金矿开展了一系列实验研究，具体如下。
3.1 吸附试验
1) 试验水样
本次试验水样为试验人员在该金矿井下水地表缓冲水池处连续一周采取的综合水样。
2) 试验目的
本次试验目的主要考察采用物理吸附方式对外排水中的悬浮物进行处理的效果程度。吸附介质采用细砂(平均粒径0.2mm)、活性炭。
3) 试验步骤
本次试验步骤：①检测原水样中悬浮物含量；②取塑料瓶4个，分别标注为1#～4#，其中1#、2#分别放入瓶体1/4高度的细砂和活性炭，3#、4#分别放入瓶体3/4高度的细砂和活性炭；③将塑料瓶注入所取水样并倒立，待吸附介质全部沉至瓶底部后，在瓶盖处开孔；④将塑料瓶放入支架台，下部分别用烧杯接取净化后水样；⑤分别检测四组试验净化后水样中悬浮物含量。
4) 试验结果
吸附试验结果见表1。
表1 吸附试验数据
5) 结果分析
(1) 活性炭与细砂均能降低水体中悬浮物含量，从净化效果看活性炭要好于细砂，但是从经济效益以及反应时间来看细砂要好于活性炭。
(2) 吸附介质的增加并不能有效降低水质中悬浮物的含量，并且吸附介质的增加能大幅延长处理时间，降低系统处理能力。
(3) 虽然吸附剂的使用能减少水质中悬浮物的含量，但是仍达不到外排水环保要求，还需进一步开展试验研究，探索其他有效治理方法。
3.2 沉降试验
1) 试验水样
本次试验水样与吸附试验所用为同一水样。
2) 试验目的
本次试验目的主要考察采用化学沉降方式对外排水中的悬浮物进行处理的效果程度。采用药剂为石灰、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺，其中聚合氯化铝属于一种新型净水材料，具有水解速度快、吸附能力强、悬浮物沉淀快、出水浊度低等优点。
3) 试验步骤
本次试验步骤：①取1 000mL量筒3个，标注为1#～3#，内部注满试验用水样；②向量筒内加入药剂，其中1#量筒添加石灰，添加量15g/t；2#量筒添加聚合氯化铝，添加量40g/t；3#量筒添加聚合氯化铝+聚丙烯酰胺，添加量40+0.2g/t；③搅拌均匀，静置90min；④取量筒中上清液，分别化验悬浮物含量。
4) 试验结果
沉降试验数据见表2。
表2 沉降试验数据
5) 结果分析
(1) 采用化学沉降的方式对外排水中悬浮物进行处理，效果明显好于采用物理吸附方式。
(2) 根据试验数据，聚合氯化铝对水体中悬浮物处理效果明显好于石灰，但由于该金矿井下水中悬浮物粒度细、质量轻，不易形成大粒聚团并沉降，所以添加少量聚丙烯酰胺对悬浮颗粒进行二次处理效果更佳。
(3) 采用聚合氯化铝+聚丙烯酰胺组合药剂可以将外排水中悬浮物含量降至20mg/L以下，满足试验预期要求。
3.3 药剂用量试验
1) 试验水样
本次试验水样与前2个试验所用为同一水样。
2) 试验目的
本次试验目的主要考察针对该金矿井下水中悬浮物治理，采用聚合氯化铝+聚丙烯酰胺组合药剂的最佳用量。
3) 试验步骤
第一组试验。聚合氯化铝用量试验：①取1 000mL量筒4个，标注为1#～4#，内部注满试验用水样；②向量筒内加入聚合氯化铝+聚丙烯酰胺组合药剂，其中聚丙烯酰胺添加量恒定为0.2g/t，聚合氯化铝添加量依次为25g/t、30g/t、35g/t、40g/t；③搅拌均匀，静置90min；④取量筒中上清液，分别化验悬浮物含量。
第二组试验。聚丙烯酰胺用量试验：①取1 000mL量筒4个，标注为1#～4#，内部注满试验用水样；②向量筒内加入聚合氯化铝+聚丙烯酰胺组合药剂，其中聚合氯化铝添加量恒定为第一组试验最佳用量，聚丙烯酰胺添加量依次为0.1g/t、0.2g/t、0.3g/t、0.4g/t；③搅拌均匀，静置90min；④取量筒中上清液，分别化验悬浮物含量。
4) 试验结果
药剂用量试验结果见表3。
表3 药剂用量试验数据
5)结果分析
根据试验数据，从治理效果和运行成本等方面考虑，针对该金矿井下水聚合氯化铝+聚丙烯酰胺组合药剂最佳用量为30+0.3g/t。
4 现场改造
该金矿选矿厂有一座闲置的53m普通浓密机，原用于尾矿浓缩，后由于生产规模扩大而弃用。本次外排水悬浮物治理项目，通过将该浓密机进行恢复改造，在实现治理目标的前提下，可大幅降低改造成本。具体改造内容如下：
(1)对闲置53m浓密机进行改造，增设溢流排水口(DN500mm)，并将排水口连接至井下水外排管路。同时，对底流渣浆泵进行恢复，用于后期淤泥清理。
(2)对该金矿井下水来水管路进行改造，使其全部进入选矿厂53m浓密机给矿槽，管路改造距离约1 500m。
(3)在53m浓密机进、出水口处增设悬浮物自动监测仪。
(4)在53m浓密机西侧新建药剂制备厂房一座。
(5)在药剂制备厂房内设置两套药剂添加系统，包括干粉仓、螺旋给料器、混合装置、添加泵等，分别用于添加聚合氯化铝、聚丙烯酰胺。
5 生产应用
5.1 治理工艺
该金矿外排水悬浮物治理改造于2012年12月底完成并投入应用。生产中，该矿井下水首先泵送至选矿厂53m浓密机给矿槽，同时聚合氯化铝溶液配制完成后，经添加泵给入给矿槽与井下水进行混合。药剂与井下水混合均匀后，经溢流管自流至浓密机中心筒，该处加入聚丙烯酰胺药剂溶液，悬浮物颗粒在浓密机内缓冲沉降。
井下水净化达标后，上层清液通过溢流口汇入排海管路外排至莱州湾海域。悬浮物沉降后进入浓密机锥底形成泥层，现场人员三天启动一次底流泵将淤泥给入选矿厂尾矿搅拌桶，并最终经油隔离泥浆泵排入尾矿库。
根据实验确定数据，生产过程中聚合氯化铝单位用量为30g/t，每天需添加约300kg；聚丙烯酰胺单位用量为0.3g/t，每天需添加约3kg。
5.2 应用数据
该金矿质检部门每天对53m浓密机给水和外排水中悬浮物含量进行自动检测。项目改造后，2013年每月外排水悬浮物含量检测平均数据见表4。
表4 外排水悬浮物监测数据
根据表4中数据可知，该金矿外排水悬浮物综合治理系统投用后，水体中悬浮物含量可由40mg/L左右下降至20mg/L以下，完全满足《山东半岛流域水污染综合排放标准》修改单等环保政策要求。
6 结论
(1)某金矿针对外排水中悬浮物含量过高问题，通过一系列试验研究，确定了采用聚合氯化铝+聚丙烯酰胺组合药剂对悬浮颗粒进行治理的方法，最佳用量聚合氯化铝30g/t，聚丙烯酰胺0.3g/t。
(2)该金矿对闲置的浓密设备进行改造恢复，利用聚合氯化铝+聚丙烯酰胺组合药剂对外排水中悬浮物进行絮凝沉降，实现了悬浮物含量低于20mg/L的治理目标，达到了国家环保政策要求，避免了企业对周围环境的影响。
(3)随着国家对环保越来越重视，废水综合治理达标排放已成为各矿山企业普遍面临问题。该金矿在对外排水中悬浮物治理方面所取得的部分研究经验对其他矿山具有较大借鉴意义。
