本文摘要：給排水設(shè)施設(shè)計的合理性、操作性、適應(yīng)性和可靠性是選礦廠維持正常和高效生產(chǎn)的重要前提，也是環(huán)境保護和水污染防治的基本要求;所以，設(shè)計人員在設(shè)計時應(yīng)綜合考慮技術(shù)、工程投資等各方面的因素，通過經(jīng)濟技術(shù)比較，確定安全可靠的方案，選用質(zhì)優(yōu)、價廉的給排
給排水設(shè)施設(shè)計的合理性、操作性、適應(yīng)性和可靠性是選礦廠維持正常和高效生產(chǎn)的重要前提，也是環(huán)境保護和水污染防治的基本要求;所以，設(shè)計人員在設(shè)計時應(yīng)綜合考慮技術(shù)、工程投資等各方面的因素，通過經(jīng)濟技術(shù)比較，確定安全可靠的方案，選用質(zhì)優(yōu)、價廉的給排水設(shè)備，為廠方提優(yōu)質(zhì)的設(shè)計。當(dāng)然，給排水系統(tǒng)的科學(xué)管理和嚴(yán)密監(jiān)控是實施上述要求的根本保證。設(shè)計和生產(chǎn)管理的協(xié)調(diào)配合才是促進生產(chǎn)技術(shù)不斷完善、不斷發(fā)展的有力保證。
《現(xiàn)代礦業(yè)》傳播現(xiàn)代礦業(yè)技術(shù)，拓展先進技術(shù)在礦業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍和層次，提升我國傳統(tǒng)礦業(yè)工程技術(shù)水平，活躍學(xué)術(shù)思想，傳播礦業(yè)科技成果和技術(shù)改造經(jīng)驗，以市場為導(dǎo)向，密切聯(lián)系現(xiàn)場實際，對象：礦業(yè)企事業(yè)單位、科研設(shè)計單位、礦業(yè)院校、礦業(yè)行政管理部門的領(lǐng)導(dǎo)、經(jīng)理、廠長、工程技術(shù)人員及國外相關(guān)礦業(yè)企業(yè)駐華機構(gòu)工作人員。獲獎情況：全國性礦業(yè)科技期刊。
摘要：請限制在1000字以內(nèi)對選礦廠給水系統(tǒng)設(shè)計中水量的平衡、生產(chǎn)廢水的處理方法、污泥處理方法、循環(huán)水池的設(shè)置原則及循環(huán)水泵站的改進等問題進行了探討, 為合理設(shè)計提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞：選礦廠 水量平衡 生產(chǎn)廢水 污泥處理 高位水池 循環(huán)水泵站
近年來隨著我國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，玻璃行業(yè)發(fā)展迅速，作為玻璃主要原材料的石英砂的需求量也越來越越大，我院在設(shè)計玻璃廠的同時，也設(shè)計了不少石英砂選礦廠。
選礦廠一般為濕式作業(yè)，以水為介質(zhì)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(biāo)達5～ 15 m3，因此，給排水系統(tǒng)的設(shè)計對于選礦廠的建設(shè)至關(guān)重要，它不但直接影響選別效果和經(jīng)濟效益，也與環(huán)保密切相關(guān)。現(xiàn)結(jié)合本人在選礦廠設(shè)計過程中的一些經(jīng)驗與體會談?wù)勥x礦廠給排水設(shè)計中幾個共同關(guān)心的問題。
1 關(guān)于水量平衡
隨著資源的開發(fā)和工業(yè)的發(fā)展, 環(huán)境保護問題日益嚴(yán)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(huán)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(yán)格的要求。《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-96)中規(guī)定：選礦廠水的循環(huán)率≥90% , 排放水的懸浮物含量：一級標(biāo)準(zhǔn)≤70 m g/L，二級標(biāo)準(zhǔn)≤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(shè)計和管理提出了更高的要求。為此, 在擬定給排水系統(tǒng)和水量平衡時,就應(yīng)以充分利用循環(huán)水(回水)和減少排放為主導(dǎo)思想。
在選礦廠采取廠內(nèi)濃縮的小循環(huán)方式用于選別作業(yè), 一般都可以滿足水的循環(huán)率和污水排放水質(zhì)要求; 在廠地較充足的選礦廠可以采取廠外設(shè)尾礦庫的大循環(huán)方式，亦能取得合格回水, 也可以實現(xiàn)較高的水循環(huán)率和污水合格排放的目標(biāo)�，F(xiàn)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(dāng)助凝劑促使其澄清, 也能滿足回水和排放要求。目前, 國內(nèi)相當(dāng)數(shù)量管理良好的選礦廠已達到上述要求, 大多數(shù)選礦廠也具備了完善的條件。本人認(rèn)為采用小循環(huán)時，在雨水較充裕的地區(qū)，如能把雨水收集起來用于補充循環(huán)水不足并替代生產(chǎn)新水;采用大循環(huán)時當(dāng)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(huán)水不足并替代生產(chǎn)新水，可以減少新水的補給，甚至可以實現(xiàn)生產(chǎn)新水的零補給，當(dāng)管理進一步完善時, 也可以實現(xiàn)生產(chǎn)廢水的零排放。
目前，我們設(shè)計的選礦廠生產(chǎn)水量平衡圖一般如圖1所示。按該圖實施一般可確保較高循環(huán)水率和最低的排污量。
但是在具體實施過程并非都盡人意, 存在著一些實際困難, 也產(chǎn)生一些問題。
選礦工藝為確保選別指標(biāo)或擔(dān)心堵塞設(shè)備給水口, 有時要求在選別作業(yè)尤其是精選段采用新水, 從而使水量平衡的編制產(chǎn)生困難, 循環(huán)水不能充分利用，新水消耗量增加, 水循環(huán)率無法達到指標(biāo)，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(huán)水由于存在著溢流排放的可能，故循環(huán)水懸浮物的控制不僅要滿足選別作業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)，還要從環(huán)保角度考慮以排放水體的標(biāo)準(zhǔn)進行控制。如以300 m g/L為處理標(biāo)準(zhǔn)，水中懸浮物的數(shù)量級為萬分之三，而選別指標(biāo)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(huán)水是極少的, 故循環(huán)水懸浮物對選別指標(biāo)產(chǎn)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(huán)水進行生產(chǎn)性試驗考核, 選別指標(biāo)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(yīng)當(dāng)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(dāng)采用無過濾處理的生產(chǎn)新水和循環(huán)水作為給水水源時，應(yīng)當(dāng)在給水主管上增設(shè)過濾器以清除大粒徑物質(zhì)。
在選礦廠的實際生產(chǎn)中常常會出現(xiàn)設(shè)備實際給、排水量與設(shè)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(shè)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(yù)定指標(biāo)實現(xiàn)，尤其在試生產(chǎn)階段容易發(fā)生此類問題。在實際生產(chǎn)中, 可能會出現(xiàn)選別設(shè)備給水能力不足，達不到預(yù)定的作業(yè)濃度或卸料水量不足等情況，原因在于選別設(shè)備是按某種定型工況生產(chǎn)的系列產(chǎn)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(jīng)調(diào)節(jié)或不經(jīng)改造，給排水流量與礦漿流程指標(biāo)不能吻合，以致出現(xiàn)選別作業(yè)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(dāng)，給水量過大，作業(yè)濃度降低，也會影響選別指標(biāo)和水量的平衡。本人認(rèn)為，選礦工藝和給排水設(shè)計應(yīng)密切配合，校驗工藝設(shè)備的給排水能力，同時在生產(chǎn)操作時，應(yīng)按預(yù)定的作業(yè)濃度調(diào)節(jié)給水閥門。給排水設(shè)計時在設(shè)備給水管上增設(shè)流量計，以監(jiān)控給水量，可以收到較好的效果。
2 選礦廠生產(chǎn)廢水的處理
選礦廠生產(chǎn)廢水水質(zhì)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(jié)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(rèn)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(shè)藥劑制備、投加和混合反應(yīng)設(shè)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(dāng)用地?zé)o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(dāng)然，選礦生產(chǎn)廢水的具體處理方案，應(yīng)經(jīng)試驗獲取可靠資料，通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定。
采用尾礦濃縮池處理尾礦和生產(chǎn)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(huán)率和廢水排放要求的提高，本人認(rèn)為可將各車間的除塵廢水、沖洗廢水以及廠區(qū)溢流廢水收集一并納入尾礦濃縮池中處理回用;并將設(shè)備冷卻的較干凈回水收集后送入循環(huán)水池加以復(fù)用。
3 污泥處理
濃縮池處理尾礦時所產(chǎn)生的污泥，一般是含有大量水分的粒狀或絮狀物質(zhì)的疏松結(jié)構(gòu)，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(shè)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(jīng)濟的方法，他是用于氣候比較干燥，占地不緊張，以及環(huán)境條件允許的地區(qū)。
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(huán)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(shè)備各有其不同的適用條件，選擇時應(yīng)根據(jù)處理規(guī)模、運行費用、運行經(jīng)驗、污泥出路等方面的實際情況經(jīng)比較后選擇確定。
尾礦污泥經(jīng)機械脫水后形成的泥餅的處理是選礦廠生產(chǎn)廢水處理的繼續(xù)。常見一些選礦廠泥餅出來后不加處理，堆積如山，經(jīng)曬干后，一有大風(fēng)吹來，沙塵飛舞，環(huán)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(jié)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(shè)置
循環(huán)水系統(tǒng)是否要設(shè)高位水池(或水塔)，應(yīng)當(dāng)通過對循環(huán)水系統(tǒng)用水戶情況及循環(huán)水加壓設(shè)施配置情況的具體分析，才可能有個正確的決策。循環(huán)水系統(tǒng)供給對象一般為選別作業(yè)用水，給水量比較穩(wěn)定，當(dāng)選礦廠供電安全可靠，循環(huán)水泵的工作臺數(shù)與選礦系列一致時，且可不設(shè)循環(huán)水高位水池，設(shè)備用水由水泵直供;選別系列多于循環(huán)水泵工作臺數(shù)、循環(huán)水泵采取按流量調(diào)速運行操作時，也可以不設(shè)高位水池;高位水池的設(shè)置不但增加投資，且因循環(huán)水水質(zhì)系非凈水類，在高位水池中產(chǎn)生沉積，清理工作將非常麻煩，盡可能省去這個環(huán)節(jié)是有益的。當(dāng)選礦系列較多，而循環(huán)水泵無調(diào)速裝置，設(shè)立高位水池有利于節(jié)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(yè)中某些設(shè)備對水壓水量要求比較嚴(yán)格，設(shè)立專用高位水池穩(wěn)壓也是必要的;例如我們通常在設(shè)屋頂水箱為水力分機提供穩(wěn)壓水;設(shè)水塔為受阻沉降機提供穩(wěn)壓水。此外，某些廠礦循環(huán)水系統(tǒng)擔(dān)負沖洗水任務(wù)，設(shè)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(huán)水泵房設(shè)置專用沖洗加壓泵，沖洗用水存于循環(huán)水池而不是高位水池中。
5 改善循環(huán)水泵站工況的建議
5. 1 安裝調(diào)速裝置
循環(huán)水系統(tǒng)擔(dān)負著選礦廠主要設(shè)備用水的供給，輸送水流量較大，電耗較高，如何減少循環(huán)水系統(tǒng)不必消耗的電力，是應(yīng)引以重視的一個問題。特別當(dāng)選別系列較多，而循環(huán)水泵工作臺數(shù)較少時，一但系列變化循環(huán)水泵往往不是在高效率區(qū)間工作。為此，建議循環(huán)水泵配置調(diào)速裝置，根據(jù)生產(chǎn)系列的變化，調(diào)節(jié)環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速，使送出流量滿足循環(huán)水量要求，并使水泵在高效區(qū)間工作，盡量避免采取調(diào)節(jié)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(diào)速設(shè)備可采用變頻調(diào)速、液力偶合器調(diào)速和可控硅串級調(diào)速等，調(diào)速控制可依循環(huán)水泵壓出管上的流量計讀數(shù)為控制參數(shù)。應(yīng)盡可能設(shè)計成在正常運行時，不論安裝了幾臺循環(huán)水工作泵，只需其中一臺泵調(diào)速運行，以節(jié)省調(diào)速設(shè)施投資。
5. 2 循環(huán)水池的設(shè)計
選礦廠循環(huán)水池的容積如何確定，有關(guān)規(guī)范和手冊均未做出明確規(guī)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(chǎn)時或停泵再啟動后出現(xiàn)循環(huán)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(chǎn)運行無法維持。選礦廠循環(huán)水系統(tǒng)的特點是流量大，流程遠，在一般無高位貯水池時，系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力全依賴于循環(huán)水池。本人認(rèn)為，正確的確定吸水池容積，應(yīng)掌握循環(huán)水加壓進入選別作業(yè)再返回環(huán)水池所經(jīng)歷的流程和設(shè)施，測算流程系統(tǒng)的總?cè)萘�，估計系統(tǒng)中各種設(shè)備容器從空到充水溢流可能經(jīng)歷的時間和流量，依此確定吸水池容積。循環(huán)水送入系統(tǒng)后水池接近低水位時返回的循環(huán)水已進入吸水池補水，不致造成抽空斷水，且當(dāng)選別系列減少時，系統(tǒng)中多余循環(huán)水可存于吸水池中，而不致造成過多溢流排放�？梢娤到y(tǒng)容量的不同循環(huán)水池的容積亦不相同。現(xiàn)在，我院的常規(guī)做法是參照玻璃廠的經(jīng)驗，循環(huán)水池的容積一般取30分鐘～2小時的系統(tǒng)循環(huán)水量，具體大小根據(jù)場地情況確定，實際使用效果不錯。此外，考慮到環(huán)水挾帶少量懸浮物的特征，循環(huán)水池應(yīng)定期清理，為了使清理期循環(huán)水系統(tǒng)正常供水，建議循環(huán)水池至少分為兩格，底部加連通閥門，正常生產(chǎn)時連通閥門打開，清理期間關(guān)閉連通閥門，分格進行清理，并維持環(huán)水系統(tǒng)正常運行。
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