李金鶴

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司)

某礦山屬于坑采銅礦山，已分期開采多年，目前屬于二期開采階段，且開采至-460 m標(biāo)高，三期將延伸開采至-680 m標(biāo)高。礦體分為南、北兩個礦帶，其中南礦帶屬銅矽卡巖型，含硫低，北礦帶屬銅黃鐵礦型，含硫高。該礦山北礦帶井下排水、廢石場降雨徑流形成的廢水均為含重金屬離子酸性廢水，而南礦帶井下排水為含有重金屬離子中性廢水。

為了更加合理的確定該礦山三期廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容及處理規(guī)模，通過對不同方案的投資估算、運(yùn)行成本以及其他優(yōu)缺點(diǎn)綜合比較，為項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1　廢水來源及現(xiàn)有廢水處理站設(shè)置情況

礦山廢水主要來自北礦帶井下排水、南礦帶井下排水以及廢石場降雨徑流。礦山現(xiàn)有廢水處理站3座，其中北礦帶廢水處理站2座，其處理規(guī)模分別為3 200 m3/d和5 000 m3/d；南礦帶廢水處理站1座，處理規(guī)模為10 000 m3/d，廢水處理工藝均為高密度泥漿法[1]。礦山廢水來源分布及現(xiàn)有廢水處理站設(shè)置情況見圖1。

圖1　礦山廢水來源分布及現(xiàn)有廢水處理站布置圖

2　廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容及處理站規(guī)模方案

根據(jù)類似礦山工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以及該礦山目前南、北礦帶井下實(shí)際排水量變化規(guī)律和采礦專業(yè)提供的三期井下排水量，礦山廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容及處理規(guī)模有兩個方案：方案1是將南、北礦帶井下排水和廢石場降雨徑流按水質(zhì)分別收集至各自較大庫容的廢水調(diào)節(jié)庫中進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)建1座適中規(guī)模的廢水處理站；方案2是僅將廢石場降雨徑流收集至1座較小庫容的廢水調(diào)節(jié)庫中進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)再分別建1座滿足南、北礦帶井下最大排水量的廢水處理站。

2.1　方案1

2.1.1北礦帶及廢石場廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容和處理規(guī)模

將北礦帶井下酸性廢水與廢石場降雨徑流形成的酸性廢水統(tǒng)一收集至廢水調(diào)節(jié)庫中調(diào)節(jié)，除去調(diào)節(jié)庫自身的蒸發(fā)損失以及一部分酸性廢水直接回至選礦使用外，其余均處理達(dá)標(biāo)排放。

(1)北礦帶井下排水量估算。根據(jù)采礦專業(yè)條件，北礦帶井下正常日排水量為9 333 m3，年排水量為340.6萬m3。參照該礦山2012—2017年北礦帶井下逐月排水量比例，估算出三期井下逐月排水量見表1。

表1　北礦帶三期井下逐月排水量估算表

注：比例合計(jì)100%，排水量合計(jì)340.6萬m3。

(2)廢石場廢水量計(jì)算參數(shù)。廢石場總匯水面積0.415 km2，降雨強(qiáng)度為20 a一遇，徑流系數(shù)取0.7。

(3)廢水調(diào)節(jié)庫的計(jì)算參數(shù)。廢水調(diào)節(jié)庫匯水面積0.039 km2，降雨強(qiáng)度為20 a一遇，徑流系數(shù)取1.0。

(4)其他計(jì)算參數(shù)。根據(jù)《江西省水文手冊》[2]可知，礦山多年平均降雨量為1 410.2 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 097.5 mm。20 a一遇降雨頻率下，變差系數(shù)Cv=0.21，偏態(tài)系數(shù)CS=0.74，模比系數(shù)KP=1.37。經(jīng)計(jì)算，20 a一遇年降雨量1 931.31 mm，年蒸發(fā)量800.94 mm。

(5)廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容為21萬m3，具體見表2。

表2　北礦帶及廢石場廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容計(jì)算表

注：①廢水處理規(guī)模為8 200m3/d；②廢水直接回用至選廠水量為4 034 m3/d；③廢石場匯水面積包括二期、三期廢石場自身投影部分，其周邊的雨水應(yīng)采取雨污分流措施進(jìn)行分離。

(6)廢水處理規(guī)模。從表2可知，北礦帶及廢石場所需的廢水處理規(guī)模為8 200 m3/d。北礦帶現(xiàn)有廢水處理站規(guī)?？傆?jì)是8 200 m3/d。因此，可利用現(xiàn)有北礦帶廢水處理站，不需要擴(kuò)建。

2.1.2南礦帶廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容和處理規(guī)模

將南礦帶井下排水單獨(dú)收集至另外一座廢水調(diào)節(jié)庫中調(diào)節(jié)，除去調(diào)節(jié)庫自身的蒸發(fā)損失外，其余均處理達(dá)標(biāo)排放。

(1)南礦帶井下排水量估算。根據(jù)采礦專業(yè)條件，南礦帶正常排水量為15 582 m3/d，年排水量為568.7萬m3。參照該礦山2012—2017年南礦帶井下逐月排水量比例，估算出三期井下逐月排水量見表3。

(2)廢水調(diào)節(jié)庫的計(jì)算參數(shù)。廢水調(diào)節(jié)庫匯水

表3　南礦帶三期井下逐月排水量估算表

注：比例合計(jì)100%，排水量合計(jì)568.7萬m3。

面積為0.036 km2，降雨強(qiáng)度為20 a一遇，徑流系數(shù)取1.0。

(3)其他計(jì)算參數(shù)。與北礦帶其他計(jì)算參數(shù)相同。

(4)廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容計(jì)算。經(jīng)計(jì)算廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容為17.5萬m3，具體見表4。

表4　廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容計(jì)算表

注：廢水處理總規(guī)模17 500 m3/d。

(5)廢水處理規(guī)模及工藝流程。由表4可知，所需廢水處理總規(guī)模17 500 m3/d。南礦帶現(xiàn)有廢水處理站規(guī)模為10 000 m3/d，因此，需另外擴(kuò)建1座7 500 m3/d廢水處理站，其位置擬設(shè)置在南礦帶現(xiàn)有廢水處理站旁，廢水處理工藝仍沿用礦山現(xiàn)有的高密度泥漿法。

2.1.3方案1需新增的工程內(nèi)容

該方案中，北礦帶井下排水及廢石場降雨徑流所需有效庫容為21萬m3，扣除現(xiàn)有廢水調(diào)節(jié)庫3.5萬m3，即需新增有效庫容17.5萬m3的廢水調(diào)節(jié)庫，北礦帶廢水處理站不需要擴(kuò)建。南礦帶井下排水所需新增廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容為17.5萬m3，且南礦帶廢水處理總規(guī)模需擴(kuò)大至17 500 m3/d，扣除現(xiàn)有南礦帶10 000 m3/d處理能力，還需擴(kuò)建1座7 500 m3/d廢水處理站。該方案需新增的廢水調(diào)節(jié)庫及處理站布置見圖2。

2.2　方案2

由于廢石場降雨徑流與降雨量直接相關(guān)，因此，在雨、旱季其產(chǎn)生的廢水量變化極大，需將其收集至廢水調(diào)節(jié)庫中進(jìn)行調(diào)節(jié)。而南、北礦帶井下排水量變化相對較小，可分別直接排至南、北礦帶廢水處理站進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)排放。

2.2.1廢石場廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容和處理(回用)規(guī)模

計(jì)算方法與方案1相同，經(jīng)計(jì)算，廢石場所需廢水調(diào)節(jié)庫有效調(diào)節(jié)庫容為8.8萬m3，扣除現(xiàn)有廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容3.5萬m3，即需新增有效庫容5.3萬m3的廢水調(diào)節(jié)庫，廢水可直接全部回至選礦使用。

圖2　方案1布置圖

2.2.2北礦帶廢水調(diào)節(jié)池和處理規(guī)模

根據(jù)采礦專業(yè)條件，北礦帶三期井下正常排水量為9 333 m3/d，最大排水量為20 384 m3/d。另外，根據(jù)類似礦山設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，廢水調(diào)節(jié)池有效容積按8 h排水量計(jì)，廢水處理規(guī)模按最大排水量確定，即北礦帶廢水處理總規(guī)模為18 120 m3/d。而北礦帶現(xiàn)有廢水處理規(guī)模為8 200 m3/d，因此，需擴(kuò)建一座9 920 m3/d廢水處理站和3 000 m3的廢水調(diào)節(jié)池。廢水處理工藝仍沿用礦山現(xiàn)有的高密度泥漿法。

2.2.3南礦帶廢水調(diào)節(jié)池和處理規(guī)模

根據(jù)采礦專業(yè)條件，南礦帶三期井下正常排水量15 582 m3/d，最大排水量26 981 m3/d。

根據(jù)類似礦山設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，廢水調(diào)節(jié)池有效容積按8 h排水量計(jì)，廢水處理規(guī)模按最大排水量確定，即南礦帶廢水處理總規(guī)模為26 981m3/d。而南礦帶現(xiàn)有廢水處理規(guī)模為10 000 m3/d，因此，需擴(kuò)建1座16 981 m3/d廢水處理站和5 000 m3的廢水調(diào)節(jié)池，廢水處理工藝仍沿用礦山現(xiàn)有的高密度泥漿法。

2.2.4方案2需新增的工程內(nèi)容

該方案中，廢石場降雨徑流所需有效庫容為8.8萬m3，扣除現(xiàn)有廢水調(diào)節(jié)庫3.5萬m3，即需新增有效庫容5.3萬m3，廢水全部回用至選礦使用。北礦帶廢水處理站需擴(kuò)建1座3 000 m3廢水調(diào)節(jié)池+9 920 m3/d廢水處理站。南礦帶廢水處理站需擴(kuò)建1座5 000 m3廢水調(diào)節(jié)池+16 981 m3/d廢水處理站。該方案中需新增的廢水調(diào)節(jié)庫(池)及處理站布置見圖3。

圖3　方案2布置圖

3　方案比較

以上兩個方案，從投資估算、運(yùn)行成本及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，結(jié)果見表5。

由表5可知，雖然方案1征地面積較大，但該方案投資少，運(yùn)行成本低。同時(shí)，考慮到礦山將來井下排水量和廢石場清污分流效果等不確定性、以及極端天氣變化帶來的降雨量暴增等因素，方案1抗環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)更好。因此，設(shè)計(jì)推薦方案1。

4　結(jié)　語

某礦山三期廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容和處理規(guī)模通過兩個方案的比較，確定該礦山設(shè)置1座較大庫容的廢水調(diào)節(jié)庫和1座適中規(guī)模的廢水處理站更加合理。因此，對于已開采多年的坑采礦山，不能簡單參照類似礦山經(jīng)驗(yàn)，而應(yīng)充分分析并依據(jù)現(xiàn)有井下排水變化規(guī)律來估算將來井下排水量，對合理確定廢水調(diào)節(jié)庫有效庫容和處理規(guī)模有著非常重要的意義。

[1]李緒忠.CECS92:2016重金屬污水處理設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2016.

[2]江西省水文總站.江西省水文手冊(正、附本)[M].江西：江西省水利電力廳水文氣象局出版社，1973.

表5　方案1與方案2比較匯總