某有色金屬礦山酸性廢水處理工程設(shè)計

趙 璽，趙凌波，李緒忠

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南長沙 410001)

有色金屬礦山酸性廢水的形成主要是由于金屬硫化鐵礦的氧化形成硫酸、硫酸鐵，再進(jìn)一步氧化礦石中的其他金屬形成含有多種金屬離子的酸性廢水[1]。

重金屬廢水的處理方法有化學(xué)沉淀法、離子交換樹脂法、吸附法、電解法、活性炭吸附法、反滲透法、電滲析法、蒸發(fā)濃縮法及生物法等，這些處理方法都是將廢水中的重金屬轉(zhuǎn)化成沉淀或是富集的形式，對這些物質(zhì)最終的處置通常是進(jìn)行回收或安全填埋。由于直接對重金屬回收的廢水進(jìn)行處理，目前在經(jīng)濟(jì)上大多無法承受，考慮企業(yè)承受能力、使廢水達(dá)到環(huán)境保護(hù)要求且便于運行操作，化學(xué)沉淀法是首選。

重金屬廢水化學(xué)沉淀法，按藥劑的不同主要有中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體法。中和沉淀法指向廢水中投加石灰等氫氧化物藥劑，使之與其中呈離子狀態(tài)的金屬離子化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的氫氧化物沉淀。硫化物沉淀法是指向廢水中投加可溶性硫化物藥劑，使之與其中呈離子狀態(tài)的金屬離子化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的金屬硫化物沉淀。該法能有效的處理重金屬廢水，特別是經(jīng)氫氧化物沉淀仍不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的含汞、含鎘廢水。鐵氧體法處理重金屬廢水工藝是指向廢水中投加鐵鹽。通過工藝條件的控制，使廢水中的各種金屬離子形成不溶性的鐵氧體晶粒。再采用固液分離手段，達(dá)到去除重金屬離子目的。在鐵氧體法工藝過程中也往往伴隨著氧化還原反應(yīng)。其工藝過程包括投加亞鐵鹽、調(diào)整pH值、充氧加熱、固液分離、沉渣處理等5個環(huán)節(jié)。

采用何種化學(xué)沉淀法，往往和沉淀物的可利用性、處理后水質(zhì)等有關(guān)系。中和沉淀法在處理酸性重金屬廢水過程中，由于重金屬的硫化物較氫氧化鈉難沉降，石灰法可以通過pH值的反饋實現(xiàn)投藥的自動化控制，且項目所在地精石灰易于取用，成本較低，所以選用精石灰作為處理藥劑。

1 工程概況

現(xiàn)以江西某銅礦山為例，該礦山酸性廢水來源主要為礦坑涌水和廢石場廢水。污水處理站處理規(guī)模為8 000 m3/d，分2個系列并聯(lián)運行，每個系列處理能力4 000 m3/d。污水中主要是懸浮物、COD、Cu、Pb、Zn、Cd、Fe含量超標(biāo)，其設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)情況詳見表1。

表1 污水處理站進(jìn)、出水水質(zhì)情況(ρ) mg/L

注：總鐵、六價鉻排放標(biāo)準(zhǔn)為《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)值。

2 工藝設(shè)計

酸性廢水在調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)均化水質(zhì)后，經(jīng)工程塑料臥式泵將污水揚(yáng)送至一級反應(yīng)槽，與回流的底泥及投加的石灰乳充分混合，調(diào)節(jié)污水pH值到9.0。同時鼓風(fēng)曝氣使污水中的Cu、Pb、Zn、Cd等重金屬離子與石灰反應(yīng)生成重金屬氫氧化物沉淀，出水進(jìn)入二級反應(yīng)槽。在二級反應(yīng)槽中繼續(xù)曝氣將污水中的Fe2+氧化成Fe3+，經(jīng)氧化的污水進(jìn)入三級反應(yīng)槽。為提高沉降速度，投加高分子聚丙烯酰胺絮凝劑(PAM)，污水經(jīng)PAM絮凝后自流進(jìn)入濃密池進(jìn)行沉淀。濃密池的上清液自流進(jìn)入回水池，在濃密池出液口處設(shè)置pH計來控制石灰乳的投加量。濃密池的底流渣漿泵輸送至一級反應(yīng)槽進(jìn)行底泥回流。剩余外排污泥經(jīng)管道自流至選廠尾礦泵房。上清液自流進(jìn)入回水池后再通過離心泵將一部分水揚(yáng)送至選廠回水高位水池作為選廠生產(chǎn)用水；多余水達(dá)標(biāo)排放。工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程

3 主要設(shè)備及構(gòu)筑物

3.1 調(diào)節(jié)池

為了調(diào)節(jié)水量和水質(zhì)的變化，保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定，設(shè)置調(diào)節(jié)池1座。水力停留時間8 h，有效容積2 700 m3，規(guī)格22.0 m×22.0 m×6.0 m(鋼混結(jié)構(gòu)，其中地下2.0 m，地上4.0 m)。設(shè)置提升泵2臺(1用1備)，超聲波液位計1臺。

3.2 一級反應(yīng)槽

底流回流反應(yīng)時間30 min，有效容積82.5 m3，規(guī)格5 m×5 m×3.6 m(鋼混結(jié)構(gòu)，2座)。每個反應(yīng)槽配XFJ-3000型混合反應(yīng)攪拌機(jī)1臺，直徑3 000 mm，功率11 kW。

3.3 二級反應(yīng)槽

石灰中和反應(yīng)時間30 min，有效容積82.5 m3，規(guī)格5 m×5 m×3.6 m(鋼混結(jié)構(gòu)，2座)。每個反應(yīng)槽配XFJ-3000型混合反應(yīng)攪拌機(jī)1臺，直徑3 000 mm，功率11 kW。

3.4 三級反應(yīng)槽

絮凝反應(yīng)時間30 min，有效容積82.5 m3，規(guī)格5 m×5 m×3.6 m(鋼混結(jié)構(gòu)，2座)。每個反應(yīng)槽配XFJ-3000型混合反應(yīng)攪拌機(jī)1臺，直徑3 000 mm，功率11 kW。

3.5 濃密池

濃密池采用1座高效污水處理濃密機(jī)，殼體為鋼筋混凝土高架式彈性結(jié)構(gòu)，采用深錐大坡度鋼筋混凝土自防水結(jié)構(gòu)。濃密池直徑24 m。選用CG-24型中心傳動刮泥機(jī)，可對重金屬沉淀進(jìn)行高效濃縮和沉降。濃密池底部布置2臺渣漿泵(正常工作1用1備，最大處理量時并聯(lián)使用)，用于將濃密池錐底高濃度的底泥抽送一級反應(yīng)槽進(jìn)行底泥回流。渣漿泵單臺性能為Q=27 m3/h，H=12.5 m，P=4 kW。剩余外排污泥經(jīng)管道自流至選廠尾礦泵房。

3.6 回水池

水力停留時間1 h；回水池建在濃密池底部，形狀為扇形，深3.5 m，其中地上2.5 m，地下1 m(鋼混結(jié)構(gòu)，1座)。回水泵選用IS125-100-315型單級單吸離心泵Q=100 m3/h，H=32 m，P=15 kW，n=1 450 r/min，1用1備。回水泵將回水池部分水揚(yáng)送至選廠回水高位水池。多余的水溢流至選廠標(biāo)準(zhǔn)排放口。回水池水位通過超聲波液位控制器控制，最低水位時為防止水泵空轉(zhuǎn)，停止回用水泵。回水池設(shè)在線COD監(jiān)測儀。

3.7 石灰乳制備系統(tǒng)

采用精石灰粉制備石灰乳，精石灰耗量為7 t/d，設(shè)75 m3精石灰料倉1座，石灰乳攪拌槽2個，規(guī)格為φ1 600 mm×1 800 mm。每個攪拌槽配置1臺攪拌機(jī)，攪拌機(jī)功率P=2.0 kW。

3.8 輔助車間

設(shè)置1座21 m×9 m×6 m磚混結(jié)構(gòu)的輔助車間，內(nèi)設(shè)PAM制備系統(tǒng)、鼓風(fēng)系統(tǒng)、配電室及值班控制室。PAM藥劑投加量為3 mg/L，純藥劑耗量24 kg/d，藥劑質(zhì)量濃度0.1%，藥劑量約為24 m3/d。選擇XJ-Ⅰ-16-2.2型溶藥攪拌設(shè)備，每套設(shè)備配φ1.6 m×2.0 m溶藥槽1個，有效容積4 m3。 每個溶藥槽配1臺攪拌機(jī)，P=2.2 kW。加藥計量泵2臺，1用1備，單泵流量0～1 500 L/h。鼓風(fēng)系統(tǒng)選擇G10-1.5型羅茨鼓風(fēng)機(jī)2臺(正常水量時1用1備，最大處理量時并聯(lián)使用)，風(fēng)量10 m3/h，風(fēng)壓50 kPa，功率15 kW，轉(zhuǎn)速4 400 r/min。

4 結(jié)語

該工程總投資為2 071.55萬元，其中項目建設(shè)投資為2 040.29萬元，流動資金31.26萬元，廢水處理成本費用為1.88元/m3。

設(shè)計上具有以下特點：

1) 三級反應(yīng)槽均設(shè)計成方形，通過池壁孔洞聯(lián)通，解決了采用管道聯(lián)通方式管道結(jié)垢的問題。

2) 采用高密度泥漿法將濃密池沉淀污泥進(jìn)行回流，回流底泥中含有部分有效鈣，可以減少石灰消耗量約5%～10%。底泥回流使沉淀底泥晶體化、粗顆粒化，加快了污泥沉降和分離的速度，沉淀底泥非常容易和帶負(fù)電位的硫酸鈣接近和附著，形成晶核并不斷擴(kuò)大，從而使得濃密池的表面負(fù)荷增大，提高了出水水質(zhì)[2]。處理后的出水中鈣離子濃度明顯降低，有效延緩了設(shè)備及管道結(jié)垢，設(shè)備清理只需每年1次或2次。

3) 考慮到污水處理站的占地面積受限，回水池設(shè)置在濃密池底部，節(jié)約了用地。

4) 石灰乳制備采用精石灰粉，環(huán)境衛(wèi)生條件較好，同時采用循環(huán)投加的方式，有效的防止了石灰乳管道阻塞[3]。

5) 濃密池多余的底泥自流排至尾礦輸送泵房礦漿池，經(jīng)尾礦輸送系統(tǒng)提升至尾礦庫，可以提高尾礦水pH值，降低尾礦水中重金屬濃度，對水質(zhì)有一定的改善作用，同時可以增大尾礦的滲透系數(shù)，對尾礦滲透性有積極的影響[4]。

[1] 陳謙，楊曉松,吳義千,等.有色金屬礦山酸性廢水成因及系統(tǒng)控制技術(shù)[J].礦冶，2005(4)：71-74.

[2] 楊曉松,邵立南,劉峰彪,等.高濃度泥漿法處理礦山酸性廢水機(jī)理[J].中國有色金屬學(xué)報，2012(4)：1177-1183.

[3] 肖衛(wèi)，唐錦濤.礦山井下酸性廢水處理設(shè)計[J].湖南有色金屬，2003(3)：35-37.

[4] 金尚勇，許永，劉峰彪.高濃度泥漿法底泥排入尾礦庫的可行性研究[J].礦冶，2014(5)：92-94.