談談選礦廠給排水設計中幾個問題
摘要：對選礦廠給水系統設計中水量的平衡、生產廢水的處理方法、污泥處理方法、循環水池的設置原則及循環水泵站的改進等問題進行了探討, 為合理設計提供了依據。
關鍵詞：選礦廠 水量平衡 生產廢水 污泥處理 高位水池 循環水泵站
選礦廠一般為濕式作業，以水為介質分離礦石和尾礦，水的消耗量很大，大約每噸入選原礦的耗水指標達5～ 15 m3，因此，給排水系統的設計對于選礦廠的建設至關重要，它不但直接影響選別效果和經濟效益，也與環保密切相關。現結合本人在選礦廠設計過程中的一些經驗與體會談談選礦廠給排水設計中幾個共同關心的問題。
1 關于水量平衡
隨著資源的開發和工業的發展, 環境保護問題日益嚴峻, 水資源的保護和控制更成為世界性的突出問題, 我國的環境保護法和水污染防治法, 對水資源的保護和水污染的控制提出了更加嚴格的要求。《污水綜合排放標準》(GB8978-96)中規定：選礦廠水的循環率≥90% , 排放水的懸浮物含量：一級標準≤70 m g/L，二級標準≤300 m g/L , 且將對污水排放量及污染物總量進行限制。因而, 對選礦廠的給排水設計和管理提出了更高的要求。為此, 在擬定給排水系統和水量平衡時,就應以充分利用循環水(回水)和減少排放為主導思想。
在選礦廠采取廠內濃縮的小循環方式用于選別作業, 一般都可以滿足水的循環率和污水排放水質要求; 在廠地較充足的選礦廠可以采取廠外設尾礦庫的大循環方式，亦能取得合格回水, 也可以實現較高的水循環率和污水合格排放的目標。現在，我們在大部分選礦廠采取前者。有些廠礦尾礦水澄清性能很差, 采取添加適當助凝劑促使其澄清, 也能滿足回水和排放要求。目前, 國內相當數量管理良好的選礦廠已達到上述要求, 大多數選礦廠也具備了完善的條件。本人認為采用小循環時，在雨水較充裕的地區，如能把雨水收集起來用于補充循環水不足并替代生產新水;采用大循環時當尾礦庫澄清條件良好且有地面徑流補給時, 利用回水補充循環水不足并替代生產新水，可以減少新水的補給，甚至可以實現生產新水的零補給，當管理進一步完善時, 也可以實現生產廢水的零排放。
選礦工藝為確保選別指標或擔心堵塞設備給水口, 有時要求在選別作業尤其是精選段采用新水, 從而使水量平衡的編制產生困難, 循環水不能充分利用，新水消耗量增加, 水循環率無法達到指標，溢流水大量排放。實際上, 這種問題是可以采取措施排除的。
選礦廠循環水由于存在著溢流排放的可能，故循環水懸浮物的控制不僅要滿足選別作業使用標準，還要從環保角度考慮以排放水體的標準進行控制。如以300 m g/L為處理標準，水中懸浮物的數量級為萬分之三，而選別指標品位的精度為百分之幾或千分之幾，加之殘留于精礦中的循環水是極少的, 故循環水懸浮物對選別指標產生的影響可以忽略。有資料記載：采用懸浮物為2000 m g/L的循環水進行生產性試驗考核, 選別指標與使用新水無明顯改變，足見影響甚微。但是，水中的大顆粒懸浮物和漂浮物應當清除，以避免對弱磁選機的多孔卸料給水管和強磁機的篩板造成堵塞。故當采用無過濾處理的生產新水和循環水作為給水水源時，應當在給水主管上增設過濾器以清除大粒徑物質。
在選礦廠的實際生產中常常會出現設備實際給、排水量與設計的相差甚遠;主要原因在于編制選別礦漿流程和水量平衡的過程時，未仔細考查選別設備的實際受水能力和排水能力，或者是操作上的失誤，使水量平衡不能按預定指標實現，尤其在試生產階段容易發生此類問題。在實際生產中, 可能會出現選別設備給水能力不足，達不到預定的作業濃度或卸料水量不足等情況，原因在于選別設備是按某種定型工況生產的系列產品，在一般給水壓力下，給水的水量和排出的漿量可變范圍較小，不經調節或不經改造，給排水流量與礦漿流程指標不能吻合，以致出現選別作業要求的給水量大大高于實際可能給入量的矛盾，造成給水管管口卡殼;反之，如控制不當，給水量過大，作業濃度降低，也會影響選別指標和水量的平衡。本人認為，選礦工藝和給排水設計應密切配合，校驗工藝設備的給排水能力，同時在生產操作時，應按預定的作業濃度調節給水閥門。給排水設計時在設備給水管上增設流量計，以監控給水量，可以收到較好的效果。
2 選礦廠生產廢水的處理
選礦廠生產廢水水質以挾帶懸浮物或部分藥劑為主要特征，其中懸浮物主要為礦粉和脈石廢渣等無機固體物，采取重力分離處理方法一般可以滿足回用和排放要求, 故在一般選礦廠多利用尾礦濃縮池處理廢水, 既解決了尾礦濃縮和節能輸送的目的, 又解決了廢水(含尾礦水)的回收利用的需要, 普遍選用普通濃縮池, 實踐證明這是合理可行的。對于某些選礦廠尾礦水澄清性能很差，還需要采用高效濃縮機、加藥濃縮或送尾礦庫澄清方法處理，必須慎重決策。本人認為采取加藥處理尾礦和廢水決非良策，因為選礦廠的尾礦和廢水混合液的濃度相對較高，且波動較大，固相物的表比面積大，藥劑消耗量大且不易掌握隨機變化的用藥量，過多或過少的藥劑對懸浮物的凝聚和絮凝都不利;還需增設藥劑制備、投加和混合反應設施，人力物力消耗增加, 運行成本和基建投資均大幅提高;故條件允許時，不如擴大濃縮池澄清面積采取自然澄清濃縮為宜。當用地無法解決或顆粒集合沉降速度過慢，低于0. 2～ 0. 3 m/h 時，才適宜考慮加藥澄清或放棄濃縮處理方案。
當然，選礦生產廢水的具體處理方案，應經試驗獲取可靠資料，通過技術經濟比較確定。
采用尾礦濃縮池處理尾礦和生產廢水的做法雖已沿用了多年，以前廢水的收集一般限于選礦主廠房和脫水庫，隨著水的循環率和廢水排放要求的提高，本人認為可將各車間的除塵廢水、沖洗廢水以及廠區溢流廢水收集一并納入尾礦濃縮池中處理回用;并將設備冷卻的較干凈回水收集后送入循環水池加以復用。
3 污泥處理
濃縮池處理尾礦時所產生的污泥，一般是含有大量水分的粒狀或絮狀物質的疏松結構，體積較大，因此在污泥處理時主要是要降低其含水率。
目前，我們設計污泥處理的方法，一般有自然干化，機械脫水等方法。
利用自然干化場使污泥自然干化是污泥脫水中最經濟的方法，他是用于氣候比較干燥，占地不緊張，以及環境條件允許的地區。
機械脫水與自然干化相比較，其特點是脫水效果好，效率高，不受氣候影響，占地面積小;適合目前選礦一般廠占地比較緊張，環境要求高的使用條件，被廣泛采用。
常用的脫水機械有真空過濾脫水機、離心脫水機、帶式壓濾機和板筐式壓濾機。這些機械脫水設備各有其不同的適用條件，選擇時應根據處理規模、運行費用、運行經驗、污泥出路等方面的實際情況經比較后選擇確定。
尾礦污泥經機械脫水后形成的泥餅的處理是選礦廠生產廢水處理的繼續。常見一些選礦廠泥餅出來后不加處理，堆積如山，經曬干后，一有大風吹來，沙塵飛舞，環境極差。其實尾礦泥餅可用來制磚，做建筑材料的摻合料，做井下充填料得膠結材料等。只是目前實際利用的效果不是很好，所以泥餅的利用可以作為一個課題做一些深入的研究。
4 高位水池(箱、塔)的設置
循環水系統是否要設高位水池(或水塔)，應當通過對循環水系統用水戶情況及循環水加壓設施配置情況的具體分析，才可能有個正確的決策。循環水系統供給對象一般為選別作業用水，給水量比較穩定，當選礦廠供電安全可靠，循環水泵的工作臺數與選礦系列一致時，且可不設循環水高位水池，設備用水由水泵直供;選別系列多于循環水泵工作臺數、循環水泵采取按流量調速運行操作時，也可以不設高位水池;高位水池的設置不但增加投資，且因循環水水質系非凈水類，在高位水池中產生沉積，清理工作將非常麻煩，盡可能省去這個環節是有益的。當選礦系列較多，而循環水泵無調速裝置，設立高位水池有利于節省電耗，但高位水池容積宜小不宜大。在某些選礦廠，選別作業中某些設備對水壓水量要求比較嚴格，設立專用高位水池穩壓也是必要的;例如我們通常在設屋頂水箱為水力分機提供穩壓水;設水塔為受阻沉降機提供穩壓水。此外，某些廠礦循環水系統擔負沖洗水任務，設高位水池存一次沖洗水量也是一種選擇，不過更合理的方式是在循環水泵房設置專用沖洗加壓泵，沖洗用水存于循環水池而不是高位水池中。
5 改善循環水泵站工況的建議
5. 1 安裝調速裝置
循環水系統擔負著選礦廠主要設備用水的供給，輸送水流量較大，電耗較高，如何減少循環水系統不必消耗的電力，是應引以重視的一個問題。特別當選別系列較多，而循環水泵工作臺數較少時，一但系列變化循環水泵往往不是在高效率區間工作。為此，建議循環水泵配置調速裝置，根據生產系列的變化，調節環水泵的轉速，使送出流量滿足循環水量要求，并使水泵在高效區間工作，盡量避免采取調節閘閥消耗能量，同時不致因選別系列的變化，而引起工作系列水量水壓的波動。調速設備可采用變頻調速、液力偶合器調速和可控硅串級調速等，調速控制可依循環水泵壓出管上的流量計讀數為控制參數。應盡可能設計成在正常運行時，不論安裝了幾臺循環水工作泵，只需其中一臺泵調速運行，以節省調速設施投資。
5. 2 循環水池的設計
選礦廠循環水池的容積如何確定，有關規范和手冊均未做出明確規定和給出計算方法。如參照一般給排水泵站吸水井確定的方法，其有效容積僅為最大一臺水泵5 m in 流量，則吸水池容積往往偏小，在投產時或停泵再啟動后出現循環水池抽空斷水情況，依靠新水來補水遠不能滿足要求，從而使生產運行無法維持。選礦廠循環水系統的特點是流量大，流程遠，在一般無高位貯水池時，系統調節能力全依賴于循環水池。本人認為，正確的確定吸水池容積，應掌握循環水加壓進入選別作業再返回環水池所經歷的流程和設施，測算流程系統的總容量，估計系統中各種設備容器從空到充水溢流可能經歷的時間和流量，依此確定吸水池容積。循環水送入系統后水池接近低水位時返回的循環水已進入吸水池補水，不致造成抽空斷水，且當選別系列減少時，系統中多余循環水可存于吸水池中，而不致造成過多溢流排放。可見系統容量的不同循環水池的容積亦不相同。現在，我院的常規做法是參照玻璃廠的經驗，循環水池的容積一般取30分鐘～2小時的系統循環水量，具體大小根據場地情況確定，實際使用效果不錯。此外，考慮到環水挾帶少量懸浮物的特征，循環水池應定期清理，為了使清理期循環水系統正常供水，建議循環水池至少分為兩格，底部加連通閥門，正常生產時連通閥門打開，清理期間關閉連通閥門，分格進行清理，并維持環水系統正常運行。
5 結 語
給排水設施設計的合理性、操作性、適應性和可靠性是選礦廠維持正常和高效生產的重要前提，也是環境保護和水污染防治的基本要求;所以，設計人員在設計時應綜合考慮技術、工程投資等各方面的因素，通過經濟技術比較，確定安全可靠的方案，選用質優、價廉的給排水設備，為廠方提優質的設計。當然，給排水系統的科學管理和嚴密監控是實施上述要求的根本保證。設計和生產管理的協調配合才是促進生產技術不斷完善、不斷發展的有力保證。
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