中和-混凝沉淀法处理选矿废水的工艺设计

张雅潇

(西安有色冶金设计研究院)

矿业是国民经济发展的基础产业，对我国经济的发展有不可替代的重要作用。随着目前国家对矿山环保的日益重视，如何有效地处理选矿废水，提高废水的循环利用率，是国内矿山亟待解决的一个重要课题。

某选矿厂废水分为各选厂沉淀池溢流水和尾矿库回用多余的外排水，综合废水主要污染物为锌、铅、铜等重金属离子和硫化物等非金属污染物，废水

处理量设计规模为1 200 m3/d。以该选矿厂为例，对选矿废水的工艺流程设计和处理效果进行了初步探讨。

1　设计进出水质

1.1　进出水水质

进水水质根据市环境监测站监测报告确定，出水水质按《铅、锌工业污染物排放标准》GB 25466—2010确定[1]。设计进出水水质参数见表1。

表1　选矿废水处理设计进出水水质　mg/L

注：pH值无单位。

1.2　系统工艺的选择

目前，国内已开发出混凝沉淀法、中和法、氧化法、自然净化法等一系列选矿废水处理方法。

1.2.1混凝沉淀法[2-3]

混凝法是常用的一种物理化学方法。混凝法泛指有机或无机絮凝剂使分散体系聚结脱稳过程的方法。该法不仅适用于含悬浮物质、胶体物质及可溶性污染物的废水处理，也适用于毒性较大的重金属离子废水的处理。该法具有适应性强、技术可行和经济合理的优点。因此，混凝沉降法在选矿废水处理中仍占主导地位。

1.2.2中和法[4-5]

中和法是采用适当的中和剂调整pH值，使酸性或碱性废水达到排放标准或回用水指标，或将pH值调至适合范围，使溶解在废水中的金属离子形成氢氧化物沉淀而除去的方法。中和法具有适应性强、工艺合理简单、操作方便等优点，且可利用矿厂附近酸性或碱性废水作为中和剂，实现了以“废”治“废”综合利用的目的，具有明显的环境效益、社会效益和经济效益。但酸碱中和法也存在结垢严重、沉淀污泥量大、易造成二次污染等弊端。

1.2.3氧化法[6-7]

氧化法是用以处理金银矿、铜矿、铅锌矿选矿废水中氰化物的一种方法。在氧化法中碱性氯化法是最常用的方法。氧化剂有次氯酸钠、液氯。向含氰废水中投加氯系氧化剂，使氰化物第一步氧化为氰酸盐(称之为不完全氧化)；第二步氧化为二氧化碳和氮(称为完全氧化)。化学氧化法其优点为工艺简单、氧化剂种类多、反应迅速、处理效果好、沉淀少、设备投资少等，其缺点为化学药剂用量大、成本高。

1.2.4自然净化法[8-9]

自然净化法是目前选矿厂普遍采用的一种方法。自然净化法的构筑物主要是各选矿厂因地制宜修建的各类沉淀池和尾矿库，起到稀释、水解、沉淀、生化作用。自然净化的效果同环境温度，历时长短以及空气接触条件有关。经过尾矿库自然净化后的水质，多数可达到工业废水排放的标准。由于该设计项目污水pH值呈碱性，重金属主要以金属硫化物、氧化物形式存在。因此该设计选用混凝法作为污水处理站的主要处理方法。

1.3　系统工艺流程

废水处理厂设计采用：进水—调节—曝气—沉淀—过滤—回用处理工艺，其工艺流程见图1。

图1　某选矿厂废水处理工艺流程

废水在预曝气调节池曝气，调节水量并粗调pH值后，经耐腐蚀自吸泵升至沉淀池，进行一级沉淀，出水自流进入二级沉淀池，同时依次加入聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)，并投加硫酸调节pH值，经过沉淀池沉淀后，使废水中所含的SS、金属硫化物和氧化物得以去除。沉淀池上清液自流入中间水池，进行pH值调节后由耐腐蚀自吸泵提升经纤维球过滤器过滤去除SS和未净化完全的污染物，确保出水水质各项指标达标。过滤器出水自流入清水池，清水池达标出水部分流入集水池等待回用，部分经排放口在线计量直接排放，清水池在线监测水质未达标水回流至预曝气进行再次处理。经潜污泵提升至曝气池，经曝气除铁后进入絮凝沉淀池，加入PAC(投药量为30 mg/L)和PAM(投药量为1 mg/L)，经机械絮凝池絮凝后自流入斜板沉淀池沉淀，使废水中所含的SS、金属硫化物和氧化物进一步得以去除。斜板沉淀池上清液进入中间水池，进行pH值调节后由泵提升经纤维束过滤器过滤去除SS和未净化完全的污染物，确保出水水质各项指标达标。过滤器出水自流入清水池，清水池达标出水部分流入集水池等待回用，部分经排放口在线计量直接排放，清水池在线监测水质未达标水回流至预曝气调节池进行再次处理。沉淀池的底泥进入污泥池，经渣浆泵输送至尾矿缓冲箱。

2　主要构筑物设计参数

2.1　预曝气调节池

为确保后续沉淀池的处理出水效果，进入后续沉淀池的水量和污染物浓度的变化不能是突然变化的，但可以是连续变化的。设置预曝气调节池的作用在于减少流量波动，使待处理的废水均质。采用罗茨风机进行曝气，除去部分COD，并加入硫酸粗调pH值至10.5左右。设计调节池(地下式)尺寸大小为18.0 m×6.0 m×5 m，有效容积为432 m3，有效水深为4.0 m，超高为1.0 m，选用80UHB-ZK-50-15耐腐蚀泵(1用1备)，将废水提升至沉淀池。采用2台HC100S型鼓风机，1用1备，风量为4.1 m3/min，风压为50 kPa，选用80UHB-ZK-50-15耐腐蚀泵2台(1用1备)，水泵性能为Q=50 m3/h，H=15 m，P=7.5 kW，将废水提升至沉淀池。

2.2　沉淀池

废水经两级沉淀，上清液自流进入中间水池。污泥斗每斗均设单独的电动排泥阀，污泥通过排泥管进入污泥池。沉淀池尺寸为18.0 m×6.0 m×4.5 m，表面负荷为1.8 m3/m2，沉降表面积为54 m2，超高为0.15 m。

2.3　中间水池

废水经沉淀后进入中间水池，中间水池尺寸为3.7 m×6.0 m×5.0 m，有效容积为100 m3，有效水深为4.4 m，超高为0.6 m。同时投加硫酸调节pH值至6～9，通过80UHB-ZK-50-30型耐腐蚀泵2台(1用1备)，水泵性能为Q=50 m3/h、H=30 m、P=11 kW，将废水提升至纤维球过滤器。同时采用穿孔管向水中曝气，搅拌气体，达到快速混合的目的。

2.4　球过滤器

纤维球过滤采用2台QLJ1500型纤维球过滤器，单台处理能力为60 m3/h，运行功率为5.5 kW，单台过滤器直径为1.5 m。

2.5　清水池

经纤维球过滤器过滤后出水进入清水池，清水水池尺寸为3.7 m×5.2 m×5.0 m，有效容积为84.7 m3，有效水深为4.4 m，超高为0.6 m。清水池出水自流至标准排放口。当纤维球过滤器需要清洗时，通过80UHB-ZK-50-30型耐腐蚀泵，水泵性能为Q=50 m3/h、H=30 m、P=11 kW，将清水池中的水提升至纤维球过滤器进行反洗，反冲洗排水排至预曝气调节池进行再次处理。清水池未达标出水回至预曝气调节池进行再次处理，部分达标水溢流至集水池供生产回用，剩余达标水通过排放口排放。

2.6　污泥池

污泥池(地下式)采用钢筋混凝土结构，尺寸为3.7 m×6.0 m×5.0 m，沉淀池污泥进入污泥池，通过GMZ20-40型渣浆泵2台(1用1备)，泵性能为Q=18 m3/h、H=42.7 m、P=11 kW，将污泥送至选厂尾矿缓冲箱。

2.7　加药系统

PAC和PAM投加均采用JY-0.5/0.6型加药装置各1台，其搅拌机功率均为0.37 kW，其计量泵投加功率均为0.25 kW，PAC全天制备2次，PAM全天制备1次。稀硫酸选用1台φ1 200 mm×2 200 mm贮罐用于硫酸的存储和投加，计量泵投加功率为0.25 kW。

3　各单元处理效果预测

各单元处理效果预测见表2。

表2　各单元处理效果预测　mg/L

注：pH值无单位。

4　结　语

中和-混凝沉淀法作为选矿废水处理工艺，具有沉淀效果显著、处理工艺简单、操作简单、效率高和电耗较低等优点，工程设计中参数取值可在实际运行中予以校验总结，该处理工艺系统为选矿废水回用处理提供了参考借鉴。

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