摘 要：采用高浓度泥浆法（HDS）回流处理钨矿尾矿库废水，根据试验数据以阴离子聚丙烯酰胺（PAM）投加量6mg／L，石灰投加量0.6g／L，可使尾矿库废水达到一级排放标准，取得良好的环境效益和社会效益。
关键词：废水处理；高浓度泥浆法；混凝沉淀；尾矿库；PAM
2015年2月，获党中央、国务院通过的《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）的工作目标：到2020年，全国水环境质量得到阶段性改善，污染严重水体较大幅度减少，饮用水安全保障水平持续提升，到2050年，生态环境质量全面改善，生态系统实现良性循环。钨矿尾矿库废水也成为“水十条”刻不容缓需治理的对象。下面以岿美山钨矿尾矿库废水为例阐述高浓度泥浆法（HDS）的废水处理工艺。
岿美山钨矿是具有89年开采历史的老矿山，经较长的民窿开采后，逐步使用机械设备。1954年作为国家重点建设项目，正式成立岿美山钨矿。近10年，年平均采选矿石量26×104t。企业内共有97个开采窿口，19个选矿厂地，每个选矿厂的选矿工艺相同，均采用湿法作业，主要为粗选工序、重选工序和精选工序。粗选工序和重选工序的废水为洗矿废水，受污染程度轻，经厂前浓密机沉淀后，清水直接泵送至各自选矿厂地的高位清水池供循环各自使用；精选工序的废水由于泥沙和尾矿粉的粒度细，通过浓密机浓缩后上清液水则由泵送至各自的高位浊水池供循环使用。各选矿厂浓密机的底泥自流分别进入岿美山钨矿尾矿库进一步进行泥水分离。排入岿美山钨矿尾矿库的废水量约1300m3／d，尾矿平均粒径为0.152mm。岿美山钨矿尾矿库于1958年由长沙冶金设计院设计，1960年建成投产，经多次加高加固扩容运行至今。而该尾矿库处在东江源头的上游且距广东龙川枫树坝水库约300km，且钨行业选矿废水中伴有重金属离子、砷及选矿药剂等有害物质产生，因该尾矿库外排水可能恶化东江水质，危害东江流域人民的生活及生命安全，企业被责令停产整顿，对排入尾矿库的采矿废水进行预处理，对需进入尾矿库的选矿废水处理系统进行升级改造。改造后的废水可达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）的一级排放标准。
岿美山钨矿尾矿库为狭长型尾矿库，沟谷长约5.5 km，这有利于尾矿库自然沉淀。由于被省市环保部门定为国控重点企业污染源的监控对象，企业被责令停产整顿。企业在尾矿库的出水口取水样，并送至赣州市环境监测站进行水质检测。2011年4月26日赣州市环境监测站检测结果如表1所示。
根据表1数据可知：岿美山钨矿尾矿库的废水略显酸性，有害物质砷含量超标。废水如不经处理直接排放，将造成环境污染且影响东江流域人民的生活安全。
表1 水样水质检测结果表
注：除pH值无量纲外，其他单位均为mg／L。
项目 pH CODCr SS Cr Cu As Cd Hg取样水质 6～7 10～30 50 0.008 0.05L 5.4 0.05 5×10－5项目综合排放标准 6～9 100 70 1.5 0.5 0.5 0.1 0.05
2.1 试验主要设备
试验主要设备为：1L烧杯6个，PhS－TP便携式酸度计，MD110超薄数显磁力搅拌器，MS－TS电子分析天平，SP－1920紫外分光光度计溶液，XZ－0101台式浊度仪。
2.2 阴离子聚丙烯酰胺（PAM）混凝沉淀效果
试验室内温度27℃，把准备好的6个烧杯（1L）盛装尾矿库废水，再用NaOH溶液将取用的尾矿废水中和，在各烧杯中分别投加 PAM（0.1%）溶液 3，4，5，6，7，8mL并快速搅拌 0.5min，转速 300r／min，中速搅拌 5min，转速 100r／min，慢速搅拌 5min，转速 50r／min，停止搅拌经过静沉30min后，观测到烧杯内上清液的浊度结果如表2所示。
表2 PAM投加量与浊度对应关系
序号 1 2 3 4 5 6 PAM（0.1%）投加量／mL 3 4 5 6 7 8浊度值（NTU） 6.50 4.12 2.03 1.25 1.07 0.98
从表2可以看出，当阴离子聚丙烯酰胺（PAM）投加量超过6mL时，上清液的浊度变化较小，甚至出现返弹现象。由此得出岿美山钨矿尾矿库废水处理的PAM投加量采用6mg／L为最佳投药量。
2.3 石灰沉淀法对砷去除效果的影响
试验室内温度27℃，取1L尾矿库废水，置于超薄数显磁力搅拌器上，磁力搅拌器的设定时间为20min，并将电磁转子及pH计电极放入废水中，同时向试验废水中投加阴离子聚丙烯酰胺6mg。每隔2min进行投加石灰，观测试验中pH值与石灰投加量的对应关系，得到的试验结果如表3。为了求得砷离子去除率与石灰投加量的对应关系，试验进行多次投药、过滤、称重、检测等，该试验结果如表4所示。
表3 pH值与石灰投加量对应关系
序号 1 2 3 4 5 6 7石灰投加量／g 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 pH 值 10.30 11.82 12.02 12.13 12.21 12.27 12.28
表4 砷去除率与石灰投加量对应关系
序号 1 2 3 4 5 6 7石灰投加量／g 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7砷去除率／% 32.21 50.19 70.08 80.08 89.89 92.87 94.88
从表3数据可知，试验废水pH值当石灰投加量为0.3g时，废水的pH接近12，继续投加石灰时，试验废水的pH变化比较平缓。从表4数据可知，当石灰投加量达到0.5g时，砷离子的去除率达到89.89%，测得水中砷含量仍有0.61mg／L，此时废水不满足废水的排放要求，继续加大石灰投加量到0.6g时，砷离子的去除率达到92.87%，测得水中砷含量仍有 0.29mg／L，此时废水需可满足排放要求，但仍需采取其他措施增加废水中砷离子的去除率。
2.4 试验结果分析
根据以上试验数据可知：岿美山钨矿尾矿库废水处理系统采用阴离子聚丙烯酰胺（PAM）和石灰联合混凝沉淀是可行的，能够满足废水处理各项要求，与钨行业其他混凝沉淀药剂相比，采用“PAM＋石灰”处理工艺也是最经济的。本次废水处理系统阴离子聚丙烯酰胺投加量6mg／L，石灰投加量 0.6g／L。
采用阴离子聚丙烯酰胺（PAM）和石灰的联合混凝沉淀作用，同时为了提高废水的沉淀效果，岿美山钨矿尾矿库废水处理系统采用高浓度泥浆法（HDS）废水处理工艺。废水处理系统依山而建，并利用山地地势，污水处理各构筑物从高至低依次而建，各构筑物间自流进入下一工序，以便节省废水、提升能耗。
HDS处理方法为物理化学法，其操作简单、运行稳定。与常规的石灰中和法相比，增加了石灰／污泥混合池，澄清池回流底泥与中和药剂石灰在混合池中混合，此过程可以促进中和药剂石灰颗粒在回流沉淀物上的凝结，从而增加沉淀颗粒粒径和污泥密度。混合池混合反应物溢流进入快速反应池与酸性废水中和反应池，完成进一步的中和反应。中和反应池溢流水进入絮凝池，通过加入絮凝剂使中和污泥形成絮体，提高在沉淀池中的沉降性能。沉淀池沉降污泥一部分外排进行处理处置，一部分进入底泥循环系统，循环利用。
3.1 主要污水处理构筑物及参数
岿美山钨矿尾矿库废水处理工程主要污水处理构筑物及参数见表5。
表5 废水处理系统主要构筑物
构筑物 规格及型号 数量（个）停留时间 备注调节池 20m∗15m∗4.5m 1 4.5h —混合池 3m∗3m∗2.5m 1 3min 机械搅拌中和池 7.5m∗6.8m∗3.5m 1 30min —竖流式沉淀池 D9m∗5.5m 2 60min 同时运行中和池 7.5m∗6.8m∗3.5m 1 30min —加药间 9m∗7.5m∗3m 1 — PAM、石灰石泵房间 7.5m∗6m∗3m 1 — 污泥、回水
3.2 废水处理系统说明
岿美山钨矿矿区共有19个选矿厂，各选矿厂运行各自独立，每个选矿厂内设有尾矿浓密沉淀池1座。每座浓密沉淀池的上清液均由各自选矿厂的厂前回水泵直接送至各自选矿厂高位水池供循环使用。浓密机的底泥则自流进入尾矿库。根据尾矿库出水水质检测报告，经尾矿库沉淀后的废水含砷超标，需再增加废水处理达到排放要求后方可外排或回用。
尾矿库废水处理系统在现有的尾矿库溢洪道设置截水沟，并用管道将溢流废水导流至废水处理系统中的调节池。调节池具有初沉池功能，可以将废水细砂沉淀。调节池的出水自流进入混合池内，与石灰药剂和竖流沉淀池抽送的底泥采用机械搅拌，机械搅拌时间3min；并快速入中和池内，通过中和池机械搅拌装置中和，中和反应时间约30min，将废水的pH值控制调节至12，保证Ca／As的摩尔比值在6左右。中和池的出水端再次投加PAM药剂，PAM药剂重力投加，石灰药剂也为湿法重力投加。浓度比和pH值调节好后的废水进入竖流式沉淀池内，在沉淀池内砷盐沉淀物随污泥一起沉降至池底。沉淀池的水力停留时间60min。由于去砷采用碱性废水，竖流式沉淀池的出水偏碱性，不能直接排入水体，需要进行中和反应将废水pH值调回至7左右，中和反应的药剂为盐酸。中和后的废水在县环保局要求下排入环保部门的检测排水槽，通过检验合格后，排入石示头河，并汇入东江河流。所有药剂投加均通过在线检测数据和电磁阀做相应的调整。尾矿库废水处理系统为自动运行。废水处理系统的污泥通过污泥泵一部分送至工艺循环使用，循环污泥量约为65m3／h，其余均送至干化场干化后填埋。
该尾矿库废水处理系统于2014年12月投产运行至今，系统运行正常。从赣州市环境监测局的定期检测结果可知，该污水处理系统的出水水质可以达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）的一级排放标准。
岿美山钨矿尾矿库废水处理后，不再对东江流域人民构成危险，企业恢复生产。但钨矿选矿废水量大且伴生的有毒有害金属含量较高，尾矿库始终还是一个重大危险源，根据低影响开发（LID）理论，企业有条件时可在各选矿厂内设置相应的废水处理装置，以减少环境污染面源。
参考文献：
［1］ 郑祥明.钨矿选矿废水处理新技术［J］.化工矿产物质，2012（3）：187－190.
［2］ 欧 丽，刘足根，方红亚，等.定南县岿美山钨矿尾矿库区天然生产植物及其富集Cd特性研究［J］.安徽农业科学，2010（3）：1618－1620.
［3］ 张启溶总编.选矿设计手册［M］.北京：冶金工业出版社，1990.
中图分类号：X753
文献标识码：A
文章编号：2096－2339（2017）05－0194－02
作者简介：肖拾根（1977－），男，江西南昌人，本科，工程师，主要从事给排水设计工作。
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