5.3　矿山废水处理与回用技术应用实例

5.3.1　南山铁矿酸性废水处理回用应用实例

（1）工程概况与废水水质

南山铁矿现有两个露天采场，年产能力为采剥总量1.3×10⁷t，铁矿石6.5×10⁶t，铁精矿粉2.2×10⁶t。该矿区为火山岩成矿地带，矿物组成复杂，铁矿床和围岩中含有黄铁矿为主的各种硫化矿物，其含硫量平均为2％～3％。按目前的采矿规模，南山铁矿每年约（7.0～8.0）×10⁶t剥落物堆放在采矿场附近的排水场内。这些废含硫土石在露天自然条件下逐渐发生风化、浸溶、氧化、水解等一系列化学反应，与天然降水和地下水结合，逐步变为含有硫酸的酸性废水，汇集到排水场的酸水库中。废水在水库中进行如下反应：

该排土场总汇水面积约2.15km²，按所在地区平均年降水量960～1100mm计算，汇水区域所形成的酸水量每年约2.0×10⁶t以上。多年监测结果是酸水的pH值在5.0以下，最低达到2.6，酸性较高，腐蚀性极强，酸水中还含有多种重金属离子，如Cu、Ni、Pb等。具体的水质见表5-6。^［42］

由于该废水处理难度大，主要是中和处理后石灰渣量大，又难脱水，因此前后经过20多年的不断探索实践才解决该废水处理与回用问题。

（2）废水处理工艺

①一期废水处理工艺　根据当时水质情况，一期废水处理工艺采用石灰乳中和工艺如图5-6所示。

石灰经粉碎、磨细、消化制备成石灰乳，用压缩空气作搅拌动力，进行酸水的中和反应。反应后的中和液采用PE微孔过滤，实现泥水分离。但是由于南山矿处理的酸水量较大，微孔过滤满足不了生产要求；同时微孔极易结垢堵塞，微孔管更换频繁，生产成本较高。因此该工艺达不到设计要求，设备作业率极低。

②二期废水处理工艺　针对一期废水处理工程未达到预期的治理效果，南山矿决定改建酸水处理设施，重点是解决处理以后的中和渣的处置问题。该方案利用排土场近20×10⁴m³的凹地围埂筑坝，作为中和渣的贮存库，取消原有的微孔过滤系统。设计服务年限3～4年，工程总投资156万元，于1992年正式投入使用。实际上该中和渣贮存库兼有澄清水质和贮存底泥两种功能，运行时水的澄清过程缓慢，中和渣难以沉降，外排水浑浊，悬浮物超标。仅运行1年多时间，已难再用该库。二期废水处理工艺流程如图5-7所示。

③三期废水处理工艺　在总结一期、二期实践的基础上，提出将酸性废水经中和后与东山选矿厂尾矿混合处理，澄清水用于东山选矿厂生产，底泥输送至尾矿库的处理方案。其工艺流程如图5-8所示。^［43］

中和液按照一定比例加入到尾矿中，不仅不会减缓尾矿中固体颗粒物的沉降速度，反而能加快尾矿矿浆中悬浮物的沉降速度。这是因为中和液中所含的金属离子和非金属离子具有一定的吸附力，能被尾矿中的固体颗粒物吸附，增大颗粒的体积和质量而加速颗粒物的沉降，同时改善了尾矿库的水质。

实践证明该工程处理酸性污水的效果十分显著：a.由于中和液年输送量远大于平均雨水汇入酸水库的净增值（约1.2×10⁶m³），故加快了酸水库水位的下降，即使遇雨水较大的年份，酸水库水位再没达到过其安全警戒水位；b.确保了凹山采场东帮边坡及酸水库坝体的安全稳固；c.消除了酸性污水及中和液底泥外溢对周围河道农田的污染，创造了巨大的社会效益和经济效益；d.实现了酸性污水在矿内的循环，并将沉降后的底泥输送至尾矿坝，彻底解决了中和液底泥形成的二次污染，年节省污染赔偿费150万元左右；e.提高了东山选矿厂循环水水质，增加了循环水量。按每吨0.2元计算，年节省水费达42万余元。

5.3.2　硫化法处理某矿山废水应用实例

（1）废水水质与处理工艺

某矿山废水主要来源于采矿场，其废水水质见表5-7。

由表5-7可知，废水中Cu、Fe、浓度较高，适用于硫化法处理，并有回收价值。处理工艺如图5-9所示。

首先，加入石灰调整pH=4.0，使Fe³⁺沉淀，由于废水中Fe³⁺居优，所以未设的氧化过程；然后，把Na₂S溶液投入污水中，使铜呈CuS沉淀，铜渣品位高，可回收；最后加入石灰提高pH值，使沉铜后的溢流酸度下降，以达到排放或回用要求。

（2）处理结果

经处理后水质比较稳定，处理后水质指标见表5-8。

5.3.3　置换中和法处理某矿山废水应用实例

（1）废水来源与水质及其处理工艺

某矿山废水主要来自矿坑和废石堆场，水量约3000m³/d；其水质见表5-9。处理后水质见表5-10。

根据废水特点，采用铁粉置换-石灰中和工艺，如图5-10所示。

来自矿井和废石堆的废水用泵加压后送入装有铸铁粉的流态化置换塔，利用水流的动力使铁粉膨胀。铁粉的流动摩擦，使不断有足够的新鲜表面进行置换反应。置换的结果是形成海绵铜，海绵铜定期从塔底放出，消耗的铁粉可从塔顶补加。置换后的出水采用石灰中和处理。出水经一、二段石灰中和后，再到投加有高分子絮凝剂聚丙烯酰胺的反应槽，然后经沉淀池最后澄清。澄清水达到排放标准。沉淀泥渣部分回流至碱化槽，经投加的石灰乳碱化后再入一次中和槽。泥渣回流的目的是减少石灰用量、缩小泥渣体积和改善污泥脱水性能。

（2）处理工艺参数与运行效果

处理工艺参数与运行效果：a.置换塔反应时间2～3.5min，铜置换率90％～96％，海绵铜品位大于60％；b.污泥回流比（1:3）～（1:4）；c.碱化槽pH值大于10，反应时间10～15min；d.一次中和槽pH值为5.5～6.5，反应时间15min；e.二次中和槽pH值为7～8，反应时间2min；f.石灰耗量为理论耗量的1.07～1.44倍，铁粉耗量为理论量的1.1倍。

矿山废水经置换中和工艺处理后，废水水质达到国家外排标准。运行实践证明，用置换中和工艺处理该矿废水是成功的。

5.3.4　姑山铁矿选矿废水混凝沉淀法处理回用应用实例

（1）工程概况与处理工艺流程

某厂选矿废水是以磁、重选矿工艺为主的选矿厂的外排废水，进水量为1500m/h，矿浆浓度为5％左右，其处理工艺流程如图5-11所示。处理工艺的技术核心是将普通浓缩池改为旋流絮凝沉淀池，并采用聚合硫酸铁作为絮凝剂，极大地提高了经旋流絮凝沉淀池出水的水质。

从ф45m大井溢流水量为1000～1100m³/h，底部排渣水为400～500m³/h。溢流水中悬浮物高达2000mg/L，经ф24m旋流沉淀池处理后的出水中悬浮物降至100mg/L以下，固体物去除率可达99.8％。从ф24m旋流絮凝沉淀池排水，进入回水泵房循环使用。

（2）处理情况与效果

①旋流絮凝沉淀池与普通沉淀池处理效果对比试验　旋流絮凝器的作用是：当选矿污水进入旋流絮凝器的同时加入聚合硫酸铁絮凝剂，利用水流的动能使矿浆溶液与絮凝剂快速混合，经旋流导板无级变速后水流速度逐渐减缓，溶液与药剂由混合作用向混凝反应过渡。当水流离开旋流絮凝器后，继续呈旋流状态扩散，生成的絮凝体逐渐长大。旋流絮凝器的下口位于沉淀池的底部泥浆悬浮层中，泥浆悬浮层进一步对生成的絮凝体形成捕集作用，促使絮凝体继续增大，加速沉淀，同时捕集细微颗粒，改善了出水质量。表5-11为进水矿浆浓度为7000mg/L时，旋流沉淀池与普通沉淀池对比试验结果。

在工业试验中，当进水悬浮物为2000mg/L时，旋流絮凝沉淀池的处理负荷在2m³/（m²·h）以上，出水悬浮物可控制在100mg/L以下。

旋流絮凝沉淀池有如下特点：a.选矿污水与絮凝药剂的反应，完全依靠水力旋流作为动力，无需外加机械搅拌，节省机械和能量；b.改建普通沉淀池为旋流絮凝沉淀池，不破坏原有的池子结构，在中心支柱和耙架之间安装一个圆台形反应筒体，简便易行；c.设备结构简单，便于维修。

②聚合硫酸铁处理选矿废水的效果　聚合硫酸铁是一种无机高分子絮凝剂，特征主要是：絮凝作用显著，絮体大，沉降速度较快，出水水质较好。表5-12为原废水中SS为2000mg/L时，加入聚铁量为20mg/L时，选矿废水前后水质分析。

（3）处理效果与处理前后供排水变化情况

该处理工艺对选矿废水治理的突出贡献在于一次自然沉淀虽然可去除96％的固体物质，但出水水质不稳定，固体物含量仍高到2000mg/L，若经二次絮凝沉淀便可获得良好稳定的水质。

试验表明，对尾矿浆直接加入聚合硫酸铁等无机絮凝剂絮凝沉淀，没有明显效果；对一次沉淀溢流再加药絮凝沉淀则效果显著，并且耗药量较少。

由于采用了混凝闭路循环处理系统，该矿年用水量及排水量有了很大变化，取得显著效益，年节约新水240×10⁴m³，节电7×10⁴kW，详见表5-13。