硫鐵礦酸性廢水處理高效底泥循環(huán)回流技術

礦產資源開采過程中產生大量廢水，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），嚴重污染環(huán)境。為落實國家的節(jié)能減排目標，實現(xiàn)工業(yè)酸性廢水達標排放，酸性廢水技術改造項目日益增多。本文以安徽某硫鐵礦山為例，設計采用高效底泥循環(huán)回流技術(HDS技術)處理井下酸性廢水，出水達到GB8978―1996《污水綜合排放標準》中一級排放標準的要求，部分出水回用于企業(yè)選礦生產，將大大減少廢水排放量，降低企業(yè)水消耗量。目前，HDS技術代表了治理工業(yè)酸性廢水的前沿發(fā)展水平，本文結合工程實例詳細介紹了其工藝系統(tǒng)設計和運行控制要點。

1、HDS工藝簡介

傳統(tǒng)石灰中和法(LDS工藝)雖然工藝簡單、成本低，但存在沉淀底泥含水率高，污泥處理費用大，污泥濃度較低導致管道易結垢等一系列問題，大大限制了該工藝的連續(xù)運行時間和應用范圍。

限制了該工藝的連續(xù)運行時間和應用范圍。HDS工藝是LDS工藝的革新和發(fā)展。HDS工藝在LDS工藝的基礎上融入了晶種循環(huán)處理技術，即底泥回流系統(tǒng)；增加了藥劑/底泥混合系統(tǒng)，可以促進中和藥劑顆粒在回流沉淀物上的凝結，從而增加沉淀顆粒粒徑和污泥密度。很大程度上克服了LDS工藝結垢嚴重、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，成為其最佳的先進實用替代技術。HDS與LDS比較具有以下優(yōu)勢院

(1)處理同體積酸性廢水HDS可減少石灰消耗5%~10%。

(2)在原有水處理設施基礎上將LDS改造HDS，可提高水處理能力1~2倍。

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

(4)HDS法能夠延緩設備、管道的結垢。

(5)LDS通常為手動操作，而HDS法為全自動化操作。

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

2、工程應用

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、鋅的質量濃度分別為1500~4300、180~450、80~420m早轅蘊。設計采用HDS工藝處理該廢水，出水達到GB8978―1996―級排放標準后部分回用于選礦生產。井下酸性廢水處理構筑物分2組，1用1備，正常排放時，開啟1組處理構筑物，單組處理能力為40000m3/d，最大排放時，2組處理構筑物同時開啟。

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入混合反應池，進行中和反應，提高混合液pH值，使混合液pH值在合適范圍內，同時對混合液進行鼓風曝氣，將混合液中的Fe2+氧化成Fe3+?；旌戏磻匾缌魉M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行處理處置，一部分進入底泥循環(huán)系統(tǒng)進一步循環(huán)利用，上層清液進生產新水池和溢流排放。廢水處理產生的污泥經污泥泵輸送至尾礦濃縮機進行濃縮處理后，輸送至尾礦庫。

2.3 HDS工藝系統(tǒng)設計

2.3.1 工藝系統(tǒng)

(1)混合反應池。

石灰乳投加系統(tǒng)與pH值自動檢測儀進行聯(lián)動控制，根據反應池pH值調節(jié)石灰乳投加量，控制反應池內pH值為8.5~9.0，同時反應過程中鼓入空氣進行曝氣，氧化廢水中的Fe2+，混合曝氣反應時間取40min。

(2)絮凝反應池。

絮凝池分兩級，在一級絮凝池中加入絮凝劑，一級絮凝池快速攪拌，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。絮凝反應時間取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，再由刮泥機將沉渣刮到底部的中央?；亓骼鯊某恋沓氐牡撞窟B續(xù)地將沉渣回流到混合反應池中，回流比取12%~15%，剩余的沉渣由輸送栗送至尾礦濃縮機。輻流式沉淀池表面水力負荷取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，藥劑配制質量分數為0.3%，絮凝劑消耗量在井下正常排水時為5kg/d，最大排水時為7.5kg/d。

(2)石灰乳液配制。

乳液配制質量分數為10%，生石灰消耗量在井下正常排水時為1120kg/d，最大排水時為1680kg/d。本系統(tǒng)所有藥劑添加均由PLC根據工藝控制要求，自動控制并設低液位報警提示。

2.3.3 自動檢測控制系統(tǒng)

為保證HDS工藝達產達標，整個處理工藝均安裝了測試儀表和自動控制裝置，在酸性水進水管、排泥管、藥劑管道安裝有電磁流量計，顯示和記錄瞬時、累計流量。采用調整電動閥啟閉大小的方法來實現(xiàn)石灰乳液額定流量的近似連續(xù)調節(jié)，從而達到自動控制中和pH值的目的。處理后的水設pH計檢測，進行水質監(jiān)測把關。

2.4 主要設備及構筑物

井下廢水處理的主要設備及構筑物分別見表1、表2。

2.5 運行控制要點

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

(2)鼓風曝氣按照處理單位體積廢水的供氣量為4m3進行設計；

⑶污泥回流比為12%~15%，因現(xiàn)場水質隨礦山開采情況會有變化，因此應根據水質化驗結果，隨時調整污泥回流量。

2.6 主要技術和經濟指標

經HDS系統(tǒng)處理，出水水質可達到GB8978―1996的第二類污染物最高允許排放濃度中相應的一級排放標準。出水水質詳見表3。

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

3、結語

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

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，該工藝應用將大幅度減輕硫鐵礦廢水對區(qū)域水體產生的不良影響，為企業(yè)持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境效益和社會效益。（來源：北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司）