某退役铀矿山酸性渗出水治理技术及工程研究

张志和，杨智兴，刘峙嵘

(1.核工业江西矿冶局，江西 南昌 330000；2.江西核工业经济技术开发有限公司，江西 南昌 330000；3.东华理工大学，江西 南昌 330013)

矿山酸性渗出水具有渗出水量大、pH低，以及重金属离子种类多、含量高、持续性强、不易控制和难治理等特点，会对矿区周围环境产生不良影响[1-3]。矿山酸性渗出水带来的污染是采矿工业面临的具有挑战性的环境问题。

随着国家对生态文明建设和环境保护工作的高度重视，生态环保问责机制不断完善。因此，对铀矿山酸性渗出水开展治理技术研究，并依托实例工程的实施，使酸性渗出水处理后达标排放，防止其对周围水体和农田等环境造成污染，改善退役铀矿山周边的生态环境，对铀矿山退役治理具有重要意义。

1 酸性渗出水的来源和特征

某退役铀矿山于1985年正式投产，1994年关停。在开采过程中，共剥离废石198万t，剥离的废石堆放在采场四周的山坡上或山谷中，形成了7个废石场及2个露天采场废墟和1个堆浸地。铀矿山退役治理工程于2007年10月开工建设，主要实施废石回填露天采场废墟、集中废石场的废石、回填黄土分层压实覆盖、植被等工程措施；至2010年完工，整体上达到了退役治理的目标，并于2011年通过了验收。

2018年在对该铀矿退役工程的监护检查中发现排水沟呈铁锈色，通过溯源发现这是由退役工程渗出水所致。现场初步调查发现，渗出水位置主要在南部露天采场出口、北部露天采场及1#废石场坡脚。根据矿床地质资料，该矿床及周边地区岩体中含有黄铁矿等含硫矿物；南、北露天采场裸露边坡及废石堆含有黄铁矿，废石中平均含硫2.14%。经降雨入渗及空气进入废石堆进一步作用后，随着南、北采场地下水位的上升，黄铁矿中的S2-被氧化产生硫酸亚铁和硫酸，硫酸亚铁进一步被氧化为硫酸铁；在中性或弱酸性溶液中高价铁的硫酸盐将发生水解作用，最终转变成氢氧化铁。

废石场渗出水pH为3.98～5.75，超过了《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)[4]中表4一级标准的相关要求，会对水质、土质和人类健康产生影响。排水沟红色污染主要由黄铁矿等硫化物的氧化作用所致，渗出的酸性水持续污染周围水体和农田等环境，危及公众健康和安全。

为此，对酸性渗出水的成因和影响范围等方面开展全面调查，确定影响因素的权重及关联路径等，并以此为基础进行相应的工程研究，找出有效且可靠的工程解决方案。

2 酸性渗出水现状调查及试验

2.1 酸性渗出水现状监测

主要渗水点在南部露天采场出口和北部露天采场及1#废石场坡脚，两地的渗水量合计137～220 m3/d，其中：南部露天采场出口处的渗水量为61～118 m3/d，北部露天采场及1#废石场坡脚处的渗水量为76～102 m3/d。渗出水pH为3.98～5.75。

2.2 中和沉淀台架试验

目前，在国内外矿山酸性废水处理中应用最广泛的方法是中和法[5-10]。2019年底对周边渗出水、积水坑水进行了取样，对酸性渗出水进行了片碱中和、絮凝剂沉淀台架试验，包括中和耗碱量、絮凝剂耗量探索性试验和中和沉淀试验。

片碱中和试验结果表明：随着片碱的加入，溶液pH逐渐升高；pH=6.44时，片碱耗量为2.00 kg/m3渗出水，铀去除率为99.60%；pH=9.24时，片碱耗量为2.54 kg/m3渗出水，铀去除率为99.88%。

中和絮凝沉淀台架试验结果表明：絮凝剂(聚丙烯酰胺)可明显加快中和悬浮物的沉降速度，聚丙烯酰胺加入量为2～10 g/m3渗出水；对片碱中和体系，悬浮物沉降速度提高99倍；对氢氧化钙中和体系，悬浮物沉降速度提高61倍。

3 渗出水处理工艺

3.1 渗出水处理工艺流程

将南北采场酸性渗出水收集至各点收集池，然后自流或通过耐腐耐磨泵泵入中和池。选用片碱做中和剂，通过对排入中和池的原水进行取样检测，根据检测结果和片碱中和絮凝沉淀台架试验结果计算确定片碱加入量。将片碱加入中和池内，通过搅拌器使片碱与酸性废水充分中和，在中和过程中对废水pH进行不定时检测，并调整片碱加入量，以使中和池内水的pH达到7以上；然后在中和池加入聚丙烯酰胺进行絮凝沉降。中和池内的水达标后自流入沉淀池，沉淀6 h后输送至槽式排放池。在排放池再次对水中pH和U含量进行检测，检测合格后排放；如发现外排水pH低于6时，通过离心泵将异常废水返回中和池再次进行中和处理，直至合格后外排。絮状沉淀物经板框压滤机处理后形成中和渣，中和渣存放在暂存库，集中运往某尾矿库处置。该工艺流程如图1所示。

图1 渗出水中和处理工艺流程示意图

3.2 主要技术经济指标

3.2.1 渗出水源项

退役铀矿山渗出水量为137～220 m3/d，pH为3.98～5.75。

3.2.2 主要材料、动力消耗

1)片碱加入量为2 kg/m3渗出水，片碱配制浓度为400～500 g/L，袋装或桶装片碱(≥96%氢氧化钠)消耗量为160 t/年。

2)聚丙烯酰胺(阳离子800万型)加入量为5 g/m3渗出水，聚丙烯酰胺配制浓度为0.1%～0.5%，消耗量为0.4 t/年。

3)工艺设备安装功率为62 kW。

3.2.3 处理指标

混合搅拌时间为0.5 h，沉淀时间为6 h。渗出水经处理后pH为6～9，相关指标符合国家污水综合排放标准的要求。按含水率70%、堆密度1.7 t/m3估算，中和渣(膏体状)产生量≤642 t/年，中和渣pH 6～9。

4 渗出水治理工程实施

4.1 治理工程设计要点

根据渗出水现状及中和试验结果，设计酸性渗出水处理设施，在南采场和北采场的周界沟渠区域以及排水沟边废石场下部附近各布置1个渗水收集池，在南采场排水沟下游建设一套渗出水处理设施(1个中和池、1个沉淀池和2个排放池)，如图2所示。

图2 某退役铀矿山渗出水治理工程示意图

北采场因渗水点位置标高较低，通过抽水泵和φ200PE管将收集的渗出水抽排至3#收集池。南采场收集的酸性渗出水与北采场的排水管路汇集排入3#收集池进行初步沉淀，然后排至中和池进行片碱中和处理，中和后排入絮凝沉淀池沉淀，最后排入排放池，监测达标后外排。

4.2 治理工程建设

渗出水治理工程于2020年6月开始实施，11月投入使用。建设内容主要包括3个渗出水收集池、1个中和池、1个沉淀池、2个排放池以及辅助设施等。中和渣采用板框压滤机压滤后，集中处置。

1)渗出水收集池。渗出水收集池为半地上敞口钢筋混凝土结构，内衬环氧树脂玻纤布(三油两布、底油一道)。北采场渗出水收集池(1#)规格：长×宽×高=5.0 m×3.0 m×2.0 m，有效容积24.0 m3；南采场渗出水收集池(2#、3#)规格：长×宽×高=5.0 m×5.0 m×2.0 m，有效容积40.0 m3。

2)中和池。中和池为地上敞口钢筋混凝土结构，内衬环氧树脂玻纤布(三油两布、底油一道)。中和池规格：长×宽×高=8.0 m×4.0 m×2.5 m，内分两格，两格内分别设置一个长1.0 m、宽1.0 m、深1.0 m的排污池，并分别布置1台排污泵，以排除沉淀池内的沉淀物及污泥。

3)沉淀池。沉淀池为地上敞口钢筋混凝土结构，内衬环氧树脂玻纤布(三油两布、底油一道)。沉淀池规格：长×宽×高=8.0 m×4.0 m×2.5 m，内分两格。

4)排放池。排放池为地上敞口钢筋混凝土结构，内衬环氧树脂玻纤布(三油两布、底油一道)。单个排放池规格：长×宽×高=8.0 m×8.0 m×2.0 m。

5)辅助设施。办公辅助设施包括材料库(贮存片碱)、化验分析室、值班室和柴油发电机房、中和渣暂存库等，建筑物长15.0 m、宽5.0 m、檐口高3.0 m，为单层岩棉夹芯板板房。

4.3 主要工艺设施、设备及规格型号

渗出水治理工程包括主要设施7座，配套设施75 m2，主要工艺设备10台/套，详见表1。

表1 主要工艺设备设施及规格型号

5 应用效果分析

运行结果表明，采用片碱中和工艺处理南北采场酸性渗出水，具有工艺流程可靠、运行稳定、操作方便、投资省、占地面积小、动力消耗少、运行费用低等优势，获得了较好的处理效果。

5.1 酸性渗出水处理运行情况

2020年11月，运行单位对酸性渗出水处理前、处理后情况进行了连续10天现场监测，分析结果见表2。渗出水处理前pH 3.2～5.0，处理后pH 6.5～8.5，达到了国家污水综合排放标准的要求。

表2 运行单位酸性渗出水处理前、后监测结果

5.2 第三方监测分析结果

委托江西核工业环境地质局测试研究中心开展监测分析，先后3次对渗出水进行了取样分析，监测结果见表3。渗出水处理前pH 2.80～3.06，处理后pH 6.34～7.60。

表3 第三方酸性渗出水处理前、后监测结果

6 结论

采用片碱中和工艺处理某退役铀矿山酸性渗出水，治理工程设计和建设合理，中和处理设施运行正常，有效防止了酸性渗出水对周围水体和农田等环境的污染，改善了该退役铀矿山周边的生态环境。该工艺技术成熟可靠，运行稳定，操作方便，投资较少，治理效果显著。