作者：龙开先*，蒋良富，吴远斌 ( 贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心，贵州 贵阳 550081)

摘 要 ：此次选取的是贵州某矿区作为研究区域，因其含硫量高的特征造成区域废水呈酸性，同时废水中存在悬浮物、铁离子、 锰离子超标现象 ；处理不当会对矿区周边生态环境造成破坏，危害居民健康，本文结合贵州地形特点，对贵州地区特有的酸性 工业废水进行处理，处理过程中采用中和、曝气、混凝沉淀、过滤等多段工艺流程结合的方法处理酸性工业废水，不仅经济合理、 技术可行，而且悬浮物、铁离子、锰离子去除率在 90% 以上，处理效果达到了环保排放标准。

关键词 ：酸性工业废水 ；工艺流程 ；构筑物 ；悬浮物 ；铁离子 ；锰离子

贵州是我国南方矿产资源最丰富的省区。在全省 89 个县 （市）有丰富的矿物资源。储量分布见表 1[1]。

上表所示，成为现如今贵州省经济和社会发展的主要动力 来源，同时也带来了一系列的环境污染问题。开采矿过程中产生 的矿井废水就是主要得污染物之一。矿井废水产生量不仅大（据 统计我国矿产资源平均排放污水量为 2.0t ～ 2.5t[2]，全国矿产工 业污水总量达到 23亿 m3 / 年 [3]），而且根据矿层所含杂质不同， 污水性质也不同。 贵州矿产资源的特征之一为含硫量高，主要以黄铁矿硫为 主，含硫量接近或高于 3%[4]。因此在开采过程中，矿石中伴生有 硫化矿物氧化作用则形成酸性矿井废水。贵州省矿井废水的排 放主要有两种类型 ：高 SS 含量型和低 pH、高 Fe、Mn 等重属含 量型 [5]。 这些废水如不经治理直接排放，不仅造成水之源的浪费，同 时排放的污水将会对矿区周边及下游地区的河流、土壤、以及地 下深层地质产生破坏性影响，并最终危害人类健康。因此根据国 家对于绿色矿山的建设要求，坚持经济建设和环境建设协调发 展的理念，必须加大对污水处理的力度，实现矿井污水高回用率 和达标排放。 1  项目概况

贵州某矿业公司矿产资源生产 30 万 t/a。矿井正常涌水量为 1662m3 /d（69.25m3 /h），最大涌水量为 2742m3 /d（114.25m3 /h）， 环评要求矿产开采过程中，污水处理能力为 120m3 /h。环评要求 在主场地新建 1座处理规模为 120m3 /h 的矿井水处理站。处理水 量的 90% 将回用于职工洗澡用水、洗矿厂生产用水及矿井井下 消防、除尘、洒水等生产活动。 地质工程施工过程中，废水排放标准要满足《地表水环境质 量标准》（GB3838-2002）Ⅱ类标准（Fe、Mn 参照《地表水环境质 量标准》（GB3838-2002）集中式生活饮用水地表水源地补充项目 标准限值），其余污染物满足《地表水环境质量标准》（GB3838- 2002）。 主要设备有提升泵、潜污泵、反冲洗泵、罗茨风机、PAC 加 药装置、PAM加药装置、加碱装置、清毒加药装置、PLC控制柜、 PAM 计量泵、泵 PAC 计量泵、加碱泵、锰砂过滤器、活性炭过滤 器、微孔曝气器、压滤机、压滤机专用泵。

3  矿井废水处理工艺

由于该研究区可采矿均属于低灰 - 中灰，中硫 - 高硫煤。矿 产资源开采后水质变酸，且 SS 浓度高。根据环评资料数据并结 合地质周边水质情况，综合考虑设计进水水质见表 1。由于本矿 井废水呈酸性，金属元素的含量超标，根据原水水质采用初沉调 节 + 中和 + 混凝沉淀（加 PAC、PAM）+ 二级曝气 + 二级锰砂过 滤 + 活性炭吸附 + 消毒工艺对该矿废水进行处理。污泥采用浓 缩 +压滤工艺处理。 表 3 设计进水水质表 项目 PH SS（mg/L） COD（mg/L） Fe（mg/L） Mn（mg/L） 设计进水水质 ≥ 4.0 ≤ 600 ≤ 130 ≤ 60.00 ≤ 1.00 工艺流程见图 1。 主要构筑物的作用及注意。

3.1  调节池

与城市污水相比，矿井废水的水质和水量波动较大，需要调 节池是废水的水质、水量趋于恒定，满足后续处理设施稳定连 续工作的需要。同时，调节池还具有沉淀的功能，对不依赖药剂 即可沉淀的部份悬浮物进行初步沉淀分离，从而降低后续工序 负担。矿井污水自井口排出后流入初沉调节池，在调节池中停留 2h 左右，进行初步沉淀及水质水量的调节。水位达到上限后，由 泵提入曝气池进行后续处理。

3.2  中和工艺

在进行药剂的选择时，主要考虑它本身的溶解性、反应速 率、成本、二次污染、使用方便等因素。苏打、苛性钠具有成分 均匀，杂质少，易于投加、储存和运输，在水中溶解度高，反应 速度快等优点，但价格昂贵，工程中不适合于大量使用。石灰来 源广，价格便宜，在矿产工程施工中使用较多。投加药剂有干法 和湿法两种方式。干法投加设备简单，药剂的制备与投配容易， 但反应缓慢，中和药剂用量大。实际工程中多采用湿投法，将石 灰在溶解槽中制成浓度为 40% ～ 50% 的乳液，最后可通过加药 泵投加。 在酸性矿井废水中含有大量的 Fe2+、SO4 2-离子，而实际水样 中以 FeSO4的形式存在的。根据水解聚合理论，水解阶段、聚合 阶段、凝胶 - 沉淀生成三个阶段为铁离子水溶解聚合反应的三个 阶段过程。影响沉淀效果的主要因素为加碱的方式，加碱方式不 同会导致水解中间产物的不同。FeSO4 的水解将产生H2SO4，使 水质 pH 值下降，但该反应是少量的、动态的。如果大量、快速 地加入碱，OH更多地会被 Fe2+结合，生成 Fe（OH）2和 Fe（OH） 3混合沉淀（灰绿色）。此时，若需要调节酸性水的 pH 值，必须采 用加碱泵微量滴碱法，在缓慢地滴加烧碱时加以搅拌。

3.3  酸性矿山废水治理技术

由于铁在不稳定二价时不能完全与中和碱反应，且 Fe（OH） 2 的沉降性并不好。因此需通过曝气强制氧化成稳定的 Fe3+，Fe （OH）2经曝气氧化后生成 Fe（OH）3该物质为一良好的混凝剂， 能吸附 MnO2，经过下续反应器的沉淀和过滤，从而去除掉 Mn、 Fe 等金属离子过去在治理酸性矿山废水时，曾采用过化学方法、 物理化学方法和生物化学方法等多种技术手段，大多由于投资、处理量、成本等原因，难以进行推广和应用。 在本文试验研究的基础上，借鉴了其他行业的经验，推荐改 造选矿流程和几种添加碱性缓蚀剂中和的治理技术，以便既经 济又实用的对酸性废水进行治理。

4 添加石灰石或石灰乳进行中和

在酸性废水中添加石灰或石灰乳是一种传统的酸性废水治 理方法。该方法的优点是对酸性废水的浓度、水量和排放点的适 应性较强，但治理成本高，沉渣多且难处理。因此，该方法应用 于废水排放量小、浓度不稳定及要求水循环利用率高的情况。 例如，向山硫铁矿将 pH 值为 3 ～ 4、流量约 4000m3 /d的矿 坑酸性水，扬送到选矿厂上部的高位水池，再流入中和池，加入 pH 值为 12 ～ 14 的石灰乳，用量 0.8kg/m3 ～ 1.5kg/m3 ，可将废 水 pH 值调整为 8 ～ 9，直接供选矿厂使用。

4.1  混凝工艺

矿井水是一种含各种悬浮物、胶体和溶解物等杂质的水体， 当向矿井水中投加混凝剂后，通过混凝剂水解物压缩胶体颗粒 扩散层，使胶粒脱稳而相互聚结（或通过混凝剂的水解或缩聚反 应而形成高聚物的强烈的吸附架桥作用，使胶粒被吸附粘结）。 经过聚凝和絮凝两个阶段，由形成的较小微粒变成较大的絮粒。 在絮粒形成过程中，不但能吸附悬浮颗粒，还能吸附部分细菌及 溶解物质。絮粒能在一定的沉淀条件下从水中分离、沉降出来， 从而达到去除悬浮物和其它污染物的目的。

4.2  PAM 絮凝工艺

PAM作为一种高分子絮凝剂主要是利用其水解后在水中的 网状分子将水体中的悬浮物聚集加速其沉淀。 本设计拟采用加药机将 PAM溶解调配后由计量泵泵入反管 道混合器中使其产生絮凝。

4.3  沉淀池选型

污水悬浮物的分离可利用其与水的密度差可实现，当悬浮 物的密度大于水的密度时，在重力作用下，悬浮物下沉形成沉淀 物。在工程中常用的沉淀池有平流沉淀池和斜管沉淀池。 平流沉淀池特点 ：结构简单，便于施工 ；操作管理方便 ； 对原水浊度适应性强，潜力大，处理效果稳定 ；管理方便，可筑 于地面，也可筑于地下。但占地面积较大。 斜管沉淀池特点 ：斜管沉淀是根据浅池沉淀理论设计出来 的一种新型沉淀池。斜管沉淀池具有去除效率高、停留时间短、 占地面积小等优点。但单位面积上的泥量增加，如排泥不畅，将 产生反泥现象，使出水水质恶化 ；斜管在上部阳光的照射下会 滋生大量的藻类 ；停留时间短，其缓冲能力差，同时对混凝要求 高 ；维护管理较难，使用一段时间后需要更换斜板。 二者的选择可根据实际情况而定，当处理厂的占地使用有 限时优先考虑斜管沉淀池。本工程综合考虑现场条件后选用斜 管沉淀池。

4.4  过滤工艺

本设计方案采用一级锰砂过滤 +活性炭吸附的过滤方式， 对二次沉淀池出水进行深度处理，以去除水体中的细小悬浮物， 同时限制金属元素等物质含量，使出水达到设计标准。过滤器出 水排入清水池清毒后供回用，多余部份自动溢流外排。 过滤器截留悬浮物至一定程度后，过滤阻力逐步提高，截污 能力下降，过滤器需进行反冲洗，反冲水排入污泥浓缩池。

4.5  污泥处理工艺

系统污泥均排入污泥系统集中处理，污泥系统由污泥浓缩 池、上清液回沟管、污泥泵、压滤机构成。 含水污泥进入污泥浓缩池过程中，根据污泥特性投加 PAM 辅助污泥沉淀，上清液经管道自流排入沉淀池进水槽，浓缩污泥 经污泥泵抽取至压滤机脱水后泥饼掺入原矿销售。 污染物去除效率。 污水经本污水处理站的处理后，pH 从 4.0 提升到 6 以上，SS 从 600mg/L 降至 50mg/L，COD 从 130mg/L 降至 15mg/L，Fe 从 60mg/L降至 0.3mg/L，Mn从 1.0mg/L降至 0.1mg/L，具体见表 4。 5  结论

污水通过本工艺处理，主要污染物去除率在 90% 以上，达 到回用与排放的要求。矿井污水进过处理后不仅减少矿井废污 水排放，有效改善当地自然环境，促进生态环境恢复还给矿产企 业带来较大的经济利益、环境效益以及社会效益。 经济方面 ：矿井污水进处理后大部分回用，不仅约大量排 污费、避免罚款，提高了废水综合利用效率，还降低了企业的生 产用水成本 ；环境方面 ：确保了排水不会对环境造成污染，既 提升了矿区环境，又保护了矿区及矿区周围地下水等不受污染 ； 社会效益方面，矿产开采后污水再利用符合国家环保政策，也是 社会与企业自身可持续发展的重要保障，做好此项工作可以有 效提升企业的社会形象。