硫鐵礦酸性廢水處理高效底泥循環(huán)回流技術(shù)

礦產(chǎn)資源開采過程中產(chǎn)生大量廢水，特別是硫鐵礦山酸性廢水由于酸度高(pH值一般為1.5~2.5)、含有多種高濃度的重金屬離子(如Cu、Zn、Cd、As、Mn等），嚴(yán)重污染環(huán)境。為落實(shí)國家的節(jié)能減排目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)酸性廢水達(dá)標(biāo)排放，酸性廢水技術(shù)改造項(xiàng)目日益增多。本文以安徽某硫鐵礦山為例，設(shè)計(jì)采用高效底泥循環(huán)回流技術(shù)(HDS技術(shù))處理井下酸性廢水，出水達(dá)到GB8978―1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，部分出水回用于企業(yè)選礦生產(chǎn)，將大大減少廢水排放量，降低企業(yè)水消耗量。目前，HDS技術(shù)代表了治理工業(yè)酸性廢水的前沿發(fā)展水平，本文結(jié)合工程實(shí)例詳細(xì)介紹了其工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制要點(diǎn)。

1、HDS工藝簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)石灰中和法(LDS工藝)雖然工藝簡(jiǎn)單、成本低，但存在沉淀底泥含水率高，污泥處理費(fèi)用大，污泥濃度較低導(dǎo)致管道易結(jié)垢等一系列問題，大大限制了該工藝的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和應(yīng)用范圍。

限制了該工藝的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和應(yīng)用范圍。HDS工藝是LDS工藝的革新和發(fā)展。HDS工藝在LDS工藝的基礎(chǔ)上融入了晶種循環(huán)處理技術(shù)，即底泥回流系統(tǒng)；增加了藥劑/底泥混合系統(tǒng)，可以促進(jìn)中和藥劑顆粒在回流沉淀物上的凝結(jié)，從而增加沉淀顆粒粒徑和污泥密度。很大程度上克服了LDS工藝結(jié)垢嚴(yán)重、石灰消耗量大、易堵塞管道及污泥密度低、操作環(huán)境惡劣等一系列缺點(diǎn)，成為其最佳的先進(jìn)實(shí)用替代技術(shù)。HDS與LDS比較具有以下優(yōu)勢(shì)院

(1)處理同體積酸性廢水HDS可減少石灰消耗5%~10%。

(2)在原有水處理設(shè)施基礎(chǔ)上將LDS改造HDS，可提高水處理能力1~2倍。

(3)HDS法產(chǎn)生的污泥固含率高（20%~30%)，污泥體積是LDS法的1/20~1/30。

(4)HDS法能夠延緩設(shè)備、管道的結(jié)垢。

(5)LDS通常為手動(dòng)操作，而HDS法為全自動(dòng)化操作。

通過對(duì)比，HDS工藝具有LDS工藝無法比擬的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于類似本項(xiàng)目廢水量較大、可用土地面積較小的企業(yè)來說尤為合適，因此本項(xiàng)目選擇HDS工藝作為井下酸性廢水處理工藝。

2、工程應(yīng)用

2.1 工程概況

安徽某硫鐵礦山井下酸性廢水為連續(xù)排放，正常排水量為39134m3/d，最大排水量為52998m3/d。廢水pH值為1.0~3.5，鐵、錳、鋅的質(zhì)量濃度分別為1500~4300、180~450、80~420m早轅蘊(yùn)。設(shè)計(jì)采用HDS工藝處理該廢水，出水達(dá)到GB8978―1996―級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)后部分回用于選礦生產(chǎn)。井下酸性廢水處理構(gòu)筑物分2組，1用1備，正常排放時(shí)，開啟1組處理構(gòu)筑物，單組處理能力為40000m3/d，最大排放時(shí)，2組處理構(gòu)筑物同時(shí)開啟。

2.2 工藝流程廢水處理流程見圖1。

礦山井下酸性廢水先進(jìn)入混合反應(yīng)池，進(jìn)行中和反應(yīng)，提高混合液pH值，使混合液pH值在合適范圍內(nèi)，同時(shí)對(duì)混合液進(jìn)行鼓風(fēng)曝氣，將混合液中的Fe2+氧化成Fe3+?；旌戏磻?yīng)池溢流水進(jìn)入絮凝池，通過加入絮凝劑使中和污泥形成絮體，提高在輻流式沉淀池中的沉降性能。輻流式沉淀池中沉降污泥一部分外排進(jìn)行處理處置，一部分進(jìn)入底泥循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)一步循環(huán)利用，上層清液進(jìn)生產(chǎn)新水池和溢流排放。廢水處理產(chǎn)生的污泥經(jīng)污泥泵輸送至尾礦濃縮機(jī)進(jìn)行濃縮處理后，輸送至尾礦庫。

2.3 HDS工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 工藝系統(tǒng)

(1)混合反應(yīng)池。

石灰乳投加系統(tǒng)與pH值自動(dòng)檢測(cè)儀進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，根據(jù)反應(yīng)池pH值調(diào)節(jié)石灰乳投加量，控制反應(yīng)池內(nèi)pH值為8.5~9.0，同時(shí)反應(yīng)過程中鼓入空氣進(jìn)行曝氣，氧化廢水中的Fe2+，混合曝氣反應(yīng)時(shí)間取40min。

(2)絮凝反應(yīng)池。

絮凝池分兩級(jí)，在一級(jí)絮凝池中加入絮凝劑，一級(jí)絮凝池快速攪拌，使原水與絮凝劑快速混合，攪拌槳邊緣線速度取0.5m/S；二級(jí)絮凝池慢速攪拌，使小絮凝體生成大的絮凝體，便于沉淀，攪拌槳邊緣線速度取0.2m/S。絮凝反應(yīng)時(shí)間取15~20min。

(3)輻流式沉淀池。

Fe3+與石灰乳形成的氫氧化鐵沉渣沉降至沉淀池的底部，再由刮泥機(jī)將沉渣刮到底部的中央。回流栗從沉淀池的底部連續(xù)地將沉渣回流到混合反應(yīng)池中，回流比取12%~15%，剩余的沉渣由輸送栗送至尾礦濃縮機(jī)。輻流式沉淀池表面水力負(fù)荷取1.5m3/(m2.h)。

2.3.2 藥劑配制添加系統(tǒng)

(1)絮凝劑配制。

絮凝劑采用PAM高分子絮凝劑，PAM投加量為5mg/L，藥劑配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，絮凝劑消耗量在井下正常排水時(shí)為5kg/d，最大排水時(shí)為7.5kg/d。

(2)石灰乳液配制。

乳液配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，生石灰消耗量在井下正常排水時(shí)為1120kg/d，最大排水時(shí)為1680kg/d。本系統(tǒng)所有藥劑添加均由PLC根據(jù)工藝控制要求，自動(dòng)控制并設(shè)低液位報(bào)警提示。

2.3.3 自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)

為保證HDS工藝達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，整個(gè)處理工藝均安裝了測(cè)試儀表和自動(dòng)控制裝置，在酸性水進(jìn)水管、排泥管、藥劑管道安裝有電磁流量計(jì)，顯示和記錄瞬時(shí)、累計(jì)流量。采用調(diào)整電動(dòng)閥啟閉大小的方法來實(shí)現(xiàn)石灰乳液額定流量的近似連續(xù)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到自動(dòng)控制中和pH值的目的。處理后的水設(shè)pH計(jì)檢測(cè)，進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)把關(guān)。

2.4 主要設(shè)備及構(gòu)筑物

井下廢水處理的主要設(shè)備及構(gòu)筑物分別見表1、表2。

2.5 運(yùn)行控制要點(diǎn)

(1)在項(xiàng)目運(yùn)行初期，廢水中Fe2+濃度較低，污泥回流系統(tǒng)不必運(yùn)行，曝氣系統(tǒng)也可以間歇性運(yùn)行，從而能夠減少日常運(yùn)行處理費(fèi)用；

(2)鼓風(fēng)曝氣按照處理單位體積廢水的供氣量為4m3進(jìn)行設(shè)計(jì)；

⑶污泥回流比為12%~15%，因現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)隨礦山開采情況會(huì)有變化，因此應(yīng)根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果，隨時(shí)調(diào)整污泥回流量。

2.6 主要技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

經(jīng)HDS系統(tǒng)處理，出水水質(zhì)可達(dá)到GB8978―1996的第二類污染物最高允許排放濃度中相應(yīng)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。出水水質(zhì)詳見表3。

該工程總投資為1550萬元，其中設(shè)備投資250萬元，土建投資1300萬元；處理成本為0.50元/m3。

3、結(jié)語

采用HDS工藝處理硫鐵礦酸性廢水，當(dāng)控制反應(yīng)責(zé)勻值為8.5~9.0，混合反應(yīng)時(shí)間在40min以上，曝氣氣水比為4:1，底泥回流比為12%~15%時(shí)，出水總鐵、錳、鋅去除率分別能達(dá)到99.94%、99.27%、99.97%以上，污泥含固率達(dá)到25%以上；同時(shí)處理后出水中鈣離子的含量低，有效延緩設(shè)備、管道的結(jié)垢現(xiàn)象，保證處理設(shè)施的正常運(yùn)行。

該方法適用于新建硫鐵礦山酸性廢水治理及現(xiàn)有硫鐵礦山石灰法處理系統(tǒng)的改造，該工藝應(yīng)用將大幅度減輕硫鐵礦廢水對(duì)區(qū)域水體產(chǎn)生的不良影響，為企業(yè)持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。（來源：北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司）