礦山開(kāi)采工程中酸性廢水治理技術(shù)及對(duì)策簡(jiǎn)析

張 珊

（山東省濟(jì)寧生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 濟(jì)寧 272000）

中國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展增加了對(duì)礦產(chǎn)資源的迫切需求。但是，采礦過(guò)程中產(chǎn)生的廢物存儲(chǔ)和垃圾填埋場(chǎng)將產(chǎn)生酸性礦山廢水，該廢水具有一定的酸度，金屬離子和各種硫酸鹽。礦山開(kāi)采后的遺留物會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染，嚴(yán)重到在開(kāi)采礦山后許多年里仍然造成難以消磨的影響[1]。因此，處理酸性礦山廢水的問(wèn)題已逐漸成為我國(guó)環(huán)境治理方面的重點(diǎn)問(wèn)題。酸性礦山廢水對(duì)環(huán)境的污染程度取決于其酸性的強(qiáng)度和離子的組成，也會(huì)伴隨著礦區(qū)的地質(zhì)條件不同而變化[2]?，F(xiàn)有的處理技術(shù)大體上集中于物理，化學(xué)和生物技術(shù)中和、穩(wěn)定和去除污染物等方向，資源需求量較大。已被使用過(guò)的廢水處理方案中，很少有便宜、效果顯著且具有可持續(xù)特點(diǎn)的方案。因此，開(kāi)發(fā)高效、節(jié)能，可持續(xù)的處理技術(shù)是目前的主要攻克問(wèn)題。借鑒國(guó)內(nèi)外對(duì)礦山酸性廢水的處理方法主要有物理、化學(xué)及生物處理等，其中最常用的工藝方法主要有中和法、微生物法、膜法等等，然而這些方法的效果并非很好。為此，提出了高效底泥循環(huán)回流技術(shù)。

1 酸性礦山廢水處理技術(shù)

HDS 處理工藝，即高效底泥循環(huán)回流技術(shù)。它是一種有別于傳統(tǒng)的礦山酸性廢水中和處理工藝的技術(shù)，其在傳統(tǒng)處理工藝的基礎(chǔ)上融入一種新技術(shù)：晶種回收技術(shù)，即污泥回收系統(tǒng)，并增加混合系統(tǒng)：污泥混合系統(tǒng)，池底污泥與水箱中的污泥混合，回流后將污泥的底部污泥混合，此過(guò)程可促進(jìn)混合液中的藥物顆粒更好地凝結(jié)在回流污泥上，從而增加污泥的粒徑和沉積物的密度；兩者混合后的廢水將會(huì)通過(guò)溢流的形式進(jìn)入到快速反應(yīng)池中，后與酸性廢水發(fā)生中和反應(yīng)，中和之后的廢水將會(huì)進(jìn)入到中和反應(yīng)池中，以此提高了廢水的pH 值；有些方案中在中和反應(yīng)池中還添加了曝氣設(shè)備，這個(gè)裝備可以使廢水中二價(jià)鐵發(fā)生氧化生成三價(jià)鐵；之后中和反應(yīng)池里的廢水將進(jìn)入絮凝池，隨著絮凝劑的投放下，大大的提高了中和廢水沉降的性能，提高了處理的污泥的固含量，最后一步，這些殘?jiān)蜁?huì)進(jìn)入到污泥濃縮池進(jìn)行污泥的沉降濃縮，完成對(duì)酸性廢水的處理全過(guò)程[3]。

目前，運(yùn)用HDS 進(jìn)行處理的研究大致表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是處理工藝的改進(jìn)；另一方面是工藝處理性能的提高。隨著污水處理控制系統(tǒng)的優(yōu)化，本來(lái)用于控制反應(yīng)pH值的快速混合池可以去除節(jié)省成本。同時(shí)，絮凝劑也可以通過(guò)管道的添加，取消絮凝池部分的使用，這樣就可以大大降低處理廢水工程的基建投資以及對(duì)廢水處理運(yùn)行的費(fèi)用。其工藝流程如圖1 所示。

圖1 HDS 處理工藝

由圖1 可知，該工藝主要包括三個(gè)部分，分別是混合反應(yīng)池、絮凝反應(yīng)池和輻流式沉淀池。

（1）混合反應(yīng)池。

首先，通過(guò)石灰乳投加系統(tǒng)與PH 值自動(dòng)檢測(cè)儀進(jìn)行協(xié)同控制，根據(jù)反應(yīng)池PH 值強(qiáng)弱調(diào)節(jié)石灰乳的投加量，一般控制反應(yīng)池中PH 值在8.5～9.0 為宜，同時(shí)反應(yīng)時(shí)，加入大量空氣進(jìn)行曝氣處理，氧化廢水中的Fe2+，變成三價(jià)鐵除去，一般曝氣反應(yīng)時(shí)間取40min。

（2）絮凝反應(yīng)池。

絮凝池由兩個(gè)部分組成，在第一部分絮凝池里投加絮凝劑，并通過(guò)絮凝池進(jìn)行快速攪拌，使廢水與絮凝劑快速的混合；第二部分絮凝池進(jìn)行慢速攪拌，使已經(jīng)混合的小絮凝物質(zhì)生成更大的絮凝物，方便沉淀分離，兩部分絮凝反應(yīng)時(shí)間取15～20min 為宜。

（3）輻流式沉淀池。

三價(jià)鐵與投加的石灰乳形成的沉渣沉淀沉降于沉淀池的底部，再由刮泥機(jī)將沉渣刮到池底部的中央。在通過(guò)回流泵，把沉淀池底部的殘?jiān)槌龌亓鞯交旌戏磻?yīng)池中，剩余的殘?jiān)奢斔捅盟偷轿驳V濃縮機(jī)內(nèi)進(jìn)行再處理。

對(duì)于HDS 處理方案運(yùn)行的優(yōu)化工作中，最主要的是反應(yīng)時(shí)間和污泥回流多少的問(wèn)題。一般來(lái)講，反應(yīng)時(shí)間保持在37min 時(shí)，澄清池污泥濃度就可以從2%濃縮增加到15.9%，處理出廢水中的重金屬離子濃度低于排放標(biāo)準(zhǔn)。而在添加了絮凝劑的條件下，通常反應(yīng)時(shí)間會(huì)在42min 左右，而污泥濃度卻可以達(dá)到極高的38%，處理出的廢水滿足一定的排放標(biāo)準(zhǔn)[4]。

2 對(duì)策分析

2.1 藥劑配制添加

（1）絮凝劑的配制。絮凝劑通常是聚合絮凝劑，劑量通常為約5 mg/L，藥物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為約0.3%。絮凝劑的消耗量保持在每天5 千克，最大排水量為7.5 千克/天。

（2）石灰乳的配制。石灰乳的配制，控制質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%左右，生石灰的消耗量在井下正常排水時(shí)一般為1120kg/d，且最大排水時(shí)為1680kg/d。此系統(tǒng)所有藥劑的投放都由PL C根據(jù)工藝處理方案嚴(yán)格控制量。

2.2 自動(dòng)檢測(cè)控制

為了確保HDS 技術(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)過(guò)程鏈均配備了儀表和自動(dòng)控制裝置，在酸性進(jìn)水管，排水管和制藥管道上均安裝了電磁流量計(jì)，以顯示和記錄瞬時(shí)流量和累積流量。并采用電動(dòng)閥的開(kāi)關(guān)尺寸法，實(shí)現(xiàn)對(duì)石灰乳的公稱流量的連續(xù)可控調(diào)節(jié)，從而達(dá)到廢液pH 值自動(dòng)控制的效果。處理后的水還需要進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)的嚴(yán)格把控。

2.3 治理技術(shù)運(yùn)用

其處理技術(shù)過(guò)程采用循環(huán)底泥直接循環(huán)進(jìn)入一號(hào)反應(yīng)池與廢水發(fā)生混合反應(yīng)，然后混合廢水再進(jìn)入二號(hào)反應(yīng)池開(kāi)始第二步反應(yīng)。再進(jìn)入污泥濃縮池進(jìn)行污泥的濃縮處理。此處理技術(shù)鏈，通過(guò)底泥與廢水混合，使底泥中未被反應(yīng)完全的藥劑充分反應(yīng)，同時(shí)此過(guò)程中形成的沉淀物會(huì)吸附在循環(huán)底泥上，增大了污泥顆粒粒徑，并壓縮了污泥大小，提高了污泥的濃度。再通過(guò)Ge-co 方法，進(jìn)行污水的再處理，有數(shù)據(jù)表明，通過(guò)這個(gè)方案產(chǎn)生的污泥固含量超過(guò)30%。

HDS 處理技術(shù)處理酸性廢水過(guò)程反應(yīng)機(jī)理稍顯復(fù)雜，是現(xiàn)在存在的問(wèn)題之一，因此還有許多爭(zhēng)議，單一的酸堿中和理論無(wú)法全面解釋這些現(xiàn)象。因此在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)行更深入的研究。

HDS 工藝處理酸性廢水流程如圖2 所示。

圖2 HDS 工藝處理酸性廢水流程

酸性廢水由一號(hào)（收集池）收集反應(yīng)槽，通過(guò)收集泵升至一級(jí)HDS 反應(yīng)槽后，加入石灰乳和沉淀池底部沉淀，使pH 值達(dá)到6.0 ～7.0。反應(yīng)完成后，它進(jìn)入第二階段HDS反應(yīng)罐進(jìn)行第二階段反應(yīng)。一旦完成，混合后的液體將通過(guò)開(kāi)放通道流向澄清器的下一階段。此時(shí)，將聚丙烯酰胺（PAM）添加到明渠中以使混合液體絮凝并沉淀在集液槽中，以使上清液進(jìn)入澄清槽，它用于制備石灰乳，PAM 劑和流出。來(lái)自沉淀器的濃縮殘?jiān)囊徊糠诌M(jìn)入反應(yīng)罐進(jìn)行下一步反應(yīng)，另一部分進(jìn)入壓濾機(jī)進(jìn)行再壓縮，當(dāng)濾液達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)并排出時(shí)，根據(jù)需要在壓濾機(jī)上處理殘留物。

3 結(jié)語(yǔ)

為減輕開(kāi)采礦山后遺留的酸性廢水對(duì)環(huán)境的破壞和影響，大多是從源頭，通過(guò)覆蓋等方式進(jìn)行預(yù)防。一旦形成酸性礦井廢水，就可以根據(jù)其pH 值，金屬離子成分，含量，來(lái)源和礦井條件選擇適當(dāng)?shù)奶幚砑夹g(shù)。當(dāng)今世界上所有現(xiàn)有的加工技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，不能用一種加工技術(shù)進(jìn)行加工，因此有必要根據(jù)具體情況選擇效果好，成本低的一系列加工方案，安全、高效、廉價(jià)的處理技術(shù)是酸性礦山廢水處理的必然趨勢(shì)。

在不遠(yuǎn)的將來(lái)，人類對(duì)礦山酸性廢水的處理必將會(huì)有一個(gè)更好的處理方法，相信這一天的來(lái)臨不會(huì)太久。將這些技術(shù)應(yīng)用于酸性礦山廢水的處理，不僅可以滿足現(xiàn)代人的需求，還可為后代發(fā)展進(jìn)行鋪設(shè)，這是工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。