某退役鈾礦山酸性滲出水治理技術(shù)及工程研究

張志和，楊智興，劉峙嶸

(1.核工業(yè)江西礦冶局，江西 南昌 330000；2.江西核工業(yè)經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)有限公司，江西 南昌 330000；3.東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013)

礦山酸性滲出水具有滲出水量大、pH低，以及重金屬離子種類多、含量高、持續(xù)性強、不易控制和難治理等特點，會對礦區(qū)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響[1-3]。礦山酸性滲出水帶來的污染是采礦工業(yè)面臨的具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境問題。

隨著國家對生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境保護工作的高度重視，生態(tài)環(huán)保問責(zé)機制不斷完善。因此，對鈾礦山酸性滲出水開展治理技術(shù)研究，并依托實例工程的實施，使酸性滲出水處理后達標(biāo)排放，防止其對周圍水體和農(nóng)田等環(huán)境造成污染，改善退役鈾礦山周邊的生態(tài)環(huán)境，對鈾礦山退役治理具有重要意義。

1 酸性滲出水的來源和特征

某退役鈾礦山于1985年正式投產(chǎn)，1994年關(guān)停。在開采過程中，共剝離廢石198萬t，剝離的廢石堆放在采場四周的山坡上或山谷中，形成了7個廢石場及2個露天采場廢墟和1個堆浸地。鈾礦山退役治理工程于2007年10月開工建設(shè)，主要實施廢石回填露天采場廢墟、集中廢石場的廢石、回填黃土分層壓實覆蓋、植被等工程措施；至2010年完工，整體上達到了退役治理的目標(biāo)，并于2011年通過了驗收。

2018年在對該鈾礦退役工程的監(jiān)護檢查中發(fā)現(xiàn)排水溝呈鐵銹色，通過溯源發(fā)現(xiàn)這是由退役工程滲出水所致?，F(xiàn)場初步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，滲出水位置主要在南部露天采場出口、北部露天采場及1#廢石場坡腳。根據(jù)礦床地質(zhì)資料，該礦床及周邊地區(qū)巖體中含有黃鐵礦等含硫礦物；南、北露天采場裸露邊坡及廢石堆含有黃鐵礦，廢石中平均含硫2.14%。經(jīng)降雨入滲及空氣進入廢石堆進一步作用后，隨著南、北采場地下水位的上升，黃鐵礦中的S2-被氧化產(chǎn)生硫酸亞鐵和硫酸，硫酸亞鐵進一步被氧化為硫酸鐵；在中性或弱酸性溶液中高價鐵的硫酸鹽將發(fā)生水解作用，最終轉(zhuǎn)變成氫氧化鐵。

廢石場滲出水pH為3.98～5.75，超過了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)[4]中表4一級標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，會對水質(zhì)、土質(zhì)和人類健康產(chǎn)生影響。排水溝紅色污染主要由黃鐵礦等硫化物的氧化作用所致，滲出的酸性水持續(xù)污染周圍水體和農(nóng)田等環(huán)境，危及公眾健康和安全。

為此，對酸性滲出水的成因和影響范圍等方面開展全面調(diào)查，確定影響因素的權(quán)重及關(guān)聯(lián)路徑等，并以此為基礎(chǔ)進行相應(yīng)的工程研究，找出有效且可靠的工程解決方案。

2 酸性滲出水現(xiàn)狀調(diào)查及試驗

2.1 酸性滲出水現(xiàn)狀監(jiān)測

主要滲水點在南部露天采場出口和北部露天采場及1#廢石場坡腳，兩地的滲水量合計137～220 m3/d，其中：南部露天采場出口處的滲水量為61～118 m3/d，北部露天采場及1#廢石場坡腳處的滲水量為76～102 m3/d。滲出水pH為3.98～5.75。

2.2 中和沉淀臺架試驗

目前，在國內(nèi)外礦山酸性廢水處理中應(yīng)用最廣泛的方法是中和法[5-10]。2019年底對周邊滲出水、積水坑水進行了取樣，對酸性滲出水進行了片堿中和、絮凝劑沉淀臺架試驗，包括中和耗堿量、絮凝劑耗量探索性試驗和中和沉淀試驗。

片堿中和試驗結(jié)果表明：隨著片堿的加入，溶液pH逐漸升高；pH=6.44時，片堿耗量為2.00 kg/m3滲出水，鈾去除率為99.60%；pH=9.24時，片堿耗量為2.54 kg/m3滲出水，鈾去除率為99.88%。

中和絮凝沉淀臺架試驗結(jié)果表明：絮凝劑(聚丙烯酰胺)可明顯加快中和懸浮物的沉降速度，聚丙烯酰胺加入量為2～10 g/m3滲出水；對片堿中和體系，懸浮物沉降速度提高99倍；對氫氧化鈣中和體系，懸浮物沉降速度提高61倍。

3 滲出水處理工藝

3.1 滲出水處理工藝流程

將南北采場酸性滲出水收集至各點收集池，然后自流或通過耐腐耐磨泵泵入中和池。選用片堿做中和劑，通過對排入中和池的原水進行取樣檢測，根據(jù)檢測結(jié)果和片堿中和絮凝沉淀臺架試驗結(jié)果計算確定片堿加入量。將片堿加入中和池內(nèi)，通過攪拌器使片堿與酸性廢水充分中和，在中和過程中對廢水pH進行不定時檢測，并調(diào)整片堿加入量，以使中和池內(nèi)水的pH達到7以上；然后在中和池加入聚丙烯酰胺進行絮凝沉降。中和池內(nèi)的水達標(biāo)后自流入沉淀池，沉淀6 h后輸送至槽式排放池。在排放池再次對水中pH和U含量進行檢測，檢測合格后排放；如發(fā)現(xiàn)外排水pH低于6時，通過離心泵將異常廢水返回中和池再次進行中和處理，直至合格后外排。絮狀沉淀物經(jīng)板框壓濾機處理后形成中和渣，中和渣存放在暫存庫，集中運往某尾礦庫處置。該工藝流程如圖1所示。

圖1 滲出水中和處理工藝流程示意圖

3.2 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

3.2.1 滲出水源項

退役鈾礦山滲出水量為137～220 m3/d，pH為3.98～5.75。

3.2.2 主要材料、動力消耗

1)片堿加入量為2 kg/m3滲出水，片堿配制濃度為400～500 g/L，袋裝或桶裝片堿(≥96%氫氧化鈉)消耗量為160 t/年。

2)聚丙烯酰胺(陽離子800萬型)加入量為5 g/m3滲出水，聚丙烯酰胺配制濃度為0.1%～0.5%，消耗量為0.4 t/年。

3)工藝設(shè)備安裝功率為62 kW。

3.2.3 處理指標(biāo)

混合攪拌時間為0.5 h，沉淀時間為6 h。滲出水經(jīng)處理后pH為6～9，相關(guān)指標(biāo)符合國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。按含水率70%、堆密度1.7 t/m3估算，中和渣(膏體狀)產(chǎn)生量≤642 t/年，中和渣pH 6～9。

4 滲出水治理工程實施

4.1 治理工程設(shè)計要點

根據(jù)滲出水現(xiàn)狀及中和試驗結(jié)果，設(shè)計酸性滲出水處理設(shè)施，在南采場和北采場的周界溝渠區(qū)域以及排水溝邊廢石場下部附近各布置1個滲水收集池，在南采場排水溝下游建設(shè)一套滲出水處理設(shè)施(1個中和池、1個沉淀池和2個排放池)，如圖2所示。

圖2 某退役鈾礦山滲出水治理工程示意圖

北采場因滲水點位置標(biāo)高較低，通過抽水泵和φ200PE管將收集的滲出水抽排至3#收集池。南采場收集的酸性滲出水與北采場的排水管路匯集排入3#收集池進行初步沉淀，然后排至中和池進行片堿中和處理，中和后排入絮凝沉淀池沉淀，最后排入排放池，監(jiān)測達標(biāo)后外排。

4.2 治理工程建設(shè)

滲出水治理工程于2020年6月開始實施，11月投入使用。建設(shè)內(nèi)容主要包括3個滲出水收集池、1個中和池、1個沉淀池、2個排放池以及輔助設(shè)施等。中和渣采用板框壓濾機壓濾后，集中處置。

1)滲出水收集池。滲出水收集池為半地上敞口鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯環(huán)氧樹脂玻纖布(三油兩布、底油一道)。北采場滲出水收集池(1#)規(guī)格：長×寬×高=5.0 m×3.0 m×2.0 m，有效容積24.0 m3；南采場滲出水收集池(2#、3#)規(guī)格：長×寬×高=5.0 m×5.0 m×2.0 m，有效容積40.0 m3。

2)中和池。中和池為地上敞口鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯環(huán)氧樹脂玻纖布(三油兩布、底油一道)。中和池規(guī)格：長×寬×高=8.0 m×4.0 m×2.5 m，內(nèi)分兩格，兩格內(nèi)分別設(shè)置一個長1.0 m、寬1.0 m、深1.0 m的排污池，并分別布置1臺排污泵，以排除沉淀池內(nèi)的沉淀物及污泥。

3)沉淀池。沉淀池為地上敞口鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯環(huán)氧樹脂玻纖布(三油兩布、底油一道)。沉淀池規(guī)格：長×寬×高=8.0 m×4.0 m×2.5 m，內(nèi)分兩格。

4)排放池。排放池為地上敞口鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯環(huán)氧樹脂玻纖布(三油兩布、底油一道)。單個排放池規(guī)格：長×寬×高=8.0 m×8.0 m×2.0 m。

5)輔助設(shè)施。辦公輔助設(shè)施包括材料庫(貯存片堿)、化驗分析室、值班室和柴油發(fā)電機房、中和渣暫存庫等，建筑物長15.0 m、寬5.0 m、檐口高3.0 m，為單層巖棉夾芯板板房。

4.3 主要工藝設(shè)施、設(shè)備及規(guī)格型號

滲出水治理工程包括主要設(shè)施7座，配套設(shè)施75 m2，主要工藝設(shè)備10臺/套，詳見表1。

表1 主要工藝設(shè)備設(shè)施及規(guī)格型號

5 應(yīng)用效果分析

運行結(jié)果表明，采用片堿中和工藝處理南北采場酸性滲出水，具有工藝流程可靠、運行穩(wěn)定、操作方便、投資省、占地面積小、動力消耗少、運行費用低等優(yōu)勢，獲得了較好的處理效果。

5.1 酸性滲出水處理運行情況

2020年11月，運行單位對酸性滲出水處理前、處理后情況進行了連續(xù)10天現(xiàn)場監(jiān)測，分析結(jié)果見表2。滲出水處理前pH 3.2～5.0，處理后pH 6.5～8.5，達到了國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表2 運行單位酸性滲出水處理前、后監(jiān)測結(jié)果

5.2 第三方監(jiān)測分析結(jié)果

委托江西核工業(yè)環(huán)境地質(zhì)局測試研究中心開展監(jiān)測分析，先后3次對滲出水進行了取樣分析，監(jiān)測結(jié)果見表3。滲出水處理前pH 2.80～3.06，處理后pH 6.34～7.60。

表3 第三方酸性滲出水處理前、后監(jiān)測結(jié)果

6 結(jié)論

采用片堿中和工藝處理某退役鈾礦山酸性滲出水，治理工程設(shè)計和建設(shè)合理，中和處理設(shè)施運行正常，有效防止了酸性滲出水對周圍水體和農(nóng)田等環(huán)境的污染，改善了該退役鈾礦山周邊的生態(tài)環(huán)境。該工藝技術(shù)成熟可靠，運行穩(wěn)定，操作方便，投資較少，治理效果顯著。