李金鹤

(中国瑞林工程技术有限公司)

某矿山属于坑采铜矿山，已分期开采多年，目前属于二期开采阶段，且开采至-460 m标高，三期将延伸开采至-680 m标高。矿体分为南、北两个矿带，其中南矿带属铜矽卡岩型，含硫低，北矿带属铜黄铁矿型，含硫高。该矿山北矿带井下排水、废石场降雨径流形成的废水均为含重金属离子酸性废水，而南矿带井下排水为含有重金属离子中性废水。

为了更加合理的确定该矿山三期废水调节库有效库容及处理规模，通过对不同方案的投资估算、运行成本以及其他优缺点综合比较，为项目设计提供依据。

1　废水来源及现有废水处理站设置情况

矿山废水主要来自北矿带井下排水、南矿带井下排水以及废石场降雨径流。矿山现有废水处理站3座，其中北矿带废水处理站2座，其处理规模分别为3 200 m3/d和5 000 m3/d；南矿带废水处理站1座，处理规模为10 000 m3/d，废水处理工艺均为高密度泥浆法[1]。矿山废水来源分布及现有废水处理站设置情况见图1。

图1　矿山废水来源分布及现有废水处理站布置图

2　废水调节库有效库容及处理站规模方案

根据类似矿山工程设计经验，以及该矿山目前南、北矿带井下实际排水量变化规律和采矿专业提供的三期井下排水量，矿山废水调节库有效库容及处理规模有两个方案：方案1是将南、北矿带井下排水和废石场降雨径流按水质分别收集至各自较大库容的废水调节库中进行调节，同时建1座适中规模的废水处理站；方案2是仅将废石场降雨径流收集至1座较小库容的废水调节库中进行调节，同时再分别建1座满足南、北矿带井下最大排水量的废水处理站。

2.1　方案1

2.1.1北矿带及废石场废水调节库有效库容和处理规模

将北矿带井下酸性废水与废石场降雨径流形成的酸性废水统一收集至废水调节库中调节，除去调节库自身的蒸发损失以及一部分酸性废水直接回至选矿使用外，其余均处理达标排放。

(1)北矿带井下排水量估算。根据采矿专业条件，北矿带井下正常日排水量为9 333 m3，年排水量为340.6万m3。参照该矿山2012—2017年北矿带井下逐月排水量比例，估算出三期井下逐月排水量见表1。

表1　北矿带三期井下逐月排水量估算表

注：比例合计100%，排水量合计340.6万m3。

(2)废石场废水量计算参数。废石场总汇水面积0.415 km2，降雨强度为20 a一遇，径流系数取0.7。

(3)废水调节库的计算参数。废水调节库汇水面积0.039 km2，降雨强度为20 a一遇，径流系数取1.0。

(4)其他计算参数。根据《江西省水文手册》[2]可知，矿山多年平均降雨量为1 410.2 mm，多年平均蒸发量为1 097.5 mm。20 a一遇降雨频率下，变差系数Cv=0.21，偏态系数CS=0.74，模比系数KP=1.37。经计算，20 a一遇年降雨量1 931.31 mm，年蒸发量800.94 mm。

(5)废水调节库有效库容计算。经计算，废水调节库有效库容为21万m3，具体见表2。

表2　北矿带及废石场废水调节库有效库容计算表

注：①废水处理规模为8 200m3/d；②废水直接回用至选厂水量为4 034 m3/d；③废石场汇水面积包括二期、三期废石场自身投影部分，其周边的雨水应采取雨污分流措施进行分离。

(6)废水处理规模。从表2可知，北矿带及废石场所需的废水处理规模为8 200 m3/d。北矿带现有废水处理站规模总计是8 200 m3/d。因此，可利用现有北矿带废水处理站，不需要扩建。

2.1.2南矿带废水调节库有效库容和处理规模

将南矿带井下排水单独收集至另外一座废水调节库中调节，除去调节库自身的蒸发损失外，其余均处理达标排放。

(1)南矿带井下排水量估算。根据采矿专业条件，南矿带正常排水量为15 582 m3/d，年排水量为568.7万m3。参照该矿山2012—2017年南矿带井下逐月排水量比例，估算出三期井下逐月排水量见表3。

(2)废水调节库的计算参数。废水调节库汇水

表3　南矿带三期井下逐月排水量估算表

注：比例合计100%，排水量合计568.7万m3。

面积为0.036 km2，降雨强度为20 a一遇，径流系数取1.0。

(3)其他计算参数。与北矿带其他计算参数相同。

(4)废水调节库有效库容计算。经计算废水调节库有效库容为17.5万m3，具体见表4。

表4　废水调节库有效库容计算表

注：废水处理总规模17 500 m3/d。

(5)废水处理规模及工艺流程。由表4可知，所需废水处理总规模17 500 m3/d。南矿带现有废水处理站规模为10 000 m3/d，因此，需另外扩建1座7 500 m3/d废水处理站，其位置拟设置在南矿带现有废水处理站旁，废水处理工艺仍沿用矿山现有的高密度泥浆法。

2.1.3方案1需新增的工程内容

该方案中，北矿带井下排水及废石场降雨径流所需有效库容为21万m3，扣除现有废水调节库3.5万m3，即需新增有效库容17.5万m3的废水调节库，北矿带废水处理站不需要扩建。南矿带井下排水所需新增废水调节库有效库容为17.5万m3，且南矿带废水处理总规模需扩大至17 500 m3/d，扣除现有南矿带10 000 m3/d处理能力，还需扩建1座7 500 m3/d废水处理站。该方案需新增的废水调节库及处理站布置见图2。

2.2　方案2

由于废石场降雨径流与降雨量直接相关，因此，在雨、旱季其产生的废水量变化极大，需将其收集至废水调节库中进行调节。而南、北矿带井下排水量变化相对较小，可分别直接排至南、北矿带废水处理站进行处理达标排放。

2.2.1废石场废水调节库有效库容和处理(回用)规模

计算方法与方案1相同，经计算，废石场所需废水调节库有效调节库容为8.8万m3，扣除现有废水调节库有效库容3.5万m3，即需新增有效库容5.3万m3的废水调节库，废水可直接全部回至选矿使用。

图2　方案1布置图

2.2.2北矿带废水调节池和处理规模

根据采矿专业条件，北矿带三期井下正常排水量为9 333 m3/d，最大排水量为20 384 m3/d。另外，根据类似矿山设计经验，废水调节池有效容积按8 h排水量计，废水处理规模按最大排水量确定，即北矿带废水处理总规模为18 120 m3/d。而北矿带现有废水处理规模为8 200 m3/d，因此，需扩建一座9 920 m3/d废水处理站和3 000 m3的废水调节池。废水处理工艺仍沿用矿山现有的高密度泥浆法。

2.2.3南矿带废水调节池和处理规模

根据采矿专业条件，南矿带三期井下正常排水量15 582 m3/d，最大排水量26 981 m3/d。

根据类似矿山设计经验，废水调节池有效容积按8 h排水量计，废水处理规模按最大排水量确定，即南矿带废水处理总规模为26 981m3/d。而南矿带现有废水处理规模为10 000 m3/d，因此，需扩建1座16 981 m3/d废水处理站和5 000 m3的废水调节池，废水处理工艺仍沿用矿山现有的高密度泥浆法。

2.2.4方案2需新增的工程内容

该方案中，废石场降雨径流所需有效库容为8.8万m3，扣除现有废水调节库3.5万m3，即需新增有效库容5.3万m3，废水全部回用至选矿使用。北矿带废水处理站需扩建1座3 000 m3废水调节池+9 920 m3/d废水处理站。南矿带废水处理站需扩建1座5 000 m3废水调节池+16 981 m3/d废水处理站。该方案中需新增的废水调节库(池)及处理站布置见图3。

图3　方案2布置图

3　方案比较

以上两个方案，从投资估算、运行成本及其优缺点进行比较，结果见表5。

由表5可知，虽然方案1征地面积较大，但该方案投资少，运行成本低。同时，考虑到矿山将来井下排水量和废石场清污分流效果等不确定性、以及极端天气变化带来的降雨量暴增等因素，方案1抗环保风险更好。因此，设计推荐方案1。

4　结　语

某矿山三期废水调节库有效库容和处理规模通过两个方案的比较，确定该矿山设置1座较大库容的废水调节库和1座适中规模的废水处理站更加合理。因此，对于已开采多年的坑采矿山，不能简单参照类似矿山经验，而应充分分析并依据现有井下排水变化规律来估算将来井下排水量，对合理确定废水调节库有效库容和处理规模有着非常重要的意义。

[1]李绪忠.CECS92:2016重金属污水处理设计标准[S].北京：中国计划出版社，2016.

[2]江西省水文总站.江西省水文手册(正、附本)[M].江西：江西省水利电力厅水文气象局出版社，1973.

表5　方案1与方案2比较汇总