统计数据显示，我国每年产生的有色金属采选废水高达1.2×10⁹~1.5×10⁹ m³，占整个有色金属工业废水总量的30%左右，其排放总量约占全国工业废水总量的1/10^〔1-2〕。为降低行业整体能耗，《铅锌行业规范条件》要求选矿废水的循环利用率应达到85%以上，选矿用新水单耗不高于1.5 m³/t。然而随着尾矿充填技术的不断发展，国家对尾矿库建设的批复日渐缩紧，现有选厂将选矿废水输送至尾矿库自然降解后回用的方法无法持续。经济高效地处理、资源化回用采选废水是有色金属采选企业亟待解决的重要课题。

选矿废水的处理目前多采用化学法，但各种化学药剂将影响处理后废水的回用，降低选矿回收率及品位。此外，化学法的处理成本较高，导致废水量极大的选矿厂无法承受。笔者对CO₂协同生物法处理铅锌选矿废水进行介绍，整个处理过程不引入其他离子及药剂，处理后的水回用于选矿工艺而不影响选矿指标，可为选矿废水的生物处理及回用工程设计提供依据。

南方某铅锌矿集采矿、选矿于一体，依托品位高、储量大的矿山资源，成为国内主要的铅锌矿种生产基地。该选矿厂产生的选矿废水水量约27 911 m³/d，包含铅精矿工段、混精矿工段、锌精矿工段、锌尾矿工段及地沟废水。

根据选矿厂的实际运行水量并考虑一定余量，工程设计规模为30 000 m³/d。该选矿废水为含重金属的难降解有机废水，主要重金属污染物为铅、锌，有机物主要为选矿过程添加的各种选矿药剂。自然状态下，该废水的可生化性较低（B/C约0.20）。因铅锌选矿废水处理后回用指标尚无统一标准要求，根据前期试验结果结合生产实践，确定设计进、出水水质，如表1所示。

该选矿废水主要含有的有机物包括：黄药、乙硫氮、二号浮选油、腐殖酸钠等^〔3〕。其中，乙硫氮、黄药为小分子有机物，易生物降解，二号浮选油、腐殖酸钠为大分子有机物，难生物降解。此外，黄药、乙硫氮都是强碱条件下生产的药剂，在碱性条件下较稳定，在中性及酸性条件下自然分解，产生CO₃^2-、HCO₃^-、HS^-、CS₃^-等产物。鉴于选矿废水中存在大量有机物，选矿废水的生物处理成为可能。

因场地紧张，且采用现有水池改造而成的均质调节池容积有限，为减少水质波动对生化系统的影响，该工程采用抗冲击负荷更强的DAT-IAT生化反应池。该反应池容积利用率高，无需建设二沉池，且能在单格反应池连续进水，节省占地，同时提高了后续运行管理的便利性。系统产生的底泥以无机污泥为主，为降低前期工程投资，该工程暂不建设污泥处理系统，仅预留建设用地，前期底泥用选厂现有尾砂输送系统输送至尾矿库。

工艺流程见图1。

（1）均质调节池。均质调节池为利旧水池，尺寸（L×B×H）为35 m×45 m×4.2 m，有效容积约6 200 m³，调节时间约5 h。配进水泵3台，单泵性能：Q=625 m³/h，H=15 m，P=45 kW，n=1 450 r/min，2用1备，变频运行。

（2）pH调节槽。pH调节槽作为DAT-IAT池进水的预处理系统，是关键处理单元之一，其处理效果直接影响后续DAT-IAT池的运行情况。项目设计废水进水pH为10~12，含有一定量的铅、锌离子，用CO₂调节废水pH至9，使铅、锌离子进入最佳沉淀pH进而生成碳酸铅、氢氧化铅、氢氧化锌等沉淀；同时，黄药、乙硫氮自然分解，废水的可生化性得以提高。

pH调节槽分2组并联运行，单组调节槽由2个D 8 000 mm×10 000 mm钢衬FRP搅拌槽串联而成，调节槽底部设CO₂通气管，进出水均设置pH监测计，通过pH调节CO₂通气量，控制调节槽出水pH为9。调节槽设搅拌系统，单槽搅拌功率30 kW。调节槽配套设置液态CO₂储罐2个，单罐D 3 300 mm×15 000 mm，有效容积70 m³。

（3）斜板沉淀池。废水调节pH后会产生碳酸铅、氢氧化锌等沉淀，此外还有随废水一同进入处理系统的矿渣，采用沉淀池进行渣水分离。因处理出水需回用去选矿，添加絮凝剂将影响选矿指标，故沉淀阶段不添加絮凝剂，通过降低沉淀池的负荷保证出水效果。斜板沉淀池分2组并联运行，单池尺寸（L×B×H）42 m×12 m×4.5 m，表面负荷1.60 m³/（m²·h）。沉淀池配刮吸泥机，跨度12 m，行驶速度1.12 m/min，用于排除池底沉淀。

（4）DAT-IAT池。DAT-IAT池是整个工艺的主体和核心，由连续曝气池（DAT池）和间歇曝气池（IAT池）串连而成。DAT池保持连续进水，并在整个反应周期连续曝气，其出水连续流入IAT池，IAT池在1个运行周期内分别完成曝气反应、沉淀、出水等工序。DAT池是生物反应系统的主反应池，绝大部分有机物在DAT池中被降解，池中水流呈完全混合态。IAT池连续进水，间断排水，且在反应工序进行曝气，强化处理效果。系统处理后出水和剩余活性污泥均由IAT池排出，从而保证稳定的处理效果。根据项目前期试验结果，预处理后废水总曝气时长≥8 h时，出水COD_Cr能稳定<40 mg/L。

设DAT-IAT池1座，分4格运行，尺寸（L×B×H）为50 m×48 m×6.5 m。单格DAT池有效容积1 875 m³，单格IAT池有效容积1 580 m³，总水力停留时间11.5 h。IAT池运行周期为曝气1.5 h、沉淀1 h、滗水1.5 h。池底设管式微孔曝气器进行充氧曝气，平均供气量8 036 m³/h。IAT设污泥回流泵，污泥回流比100%。

该工程总投资5 130.07万元，其中建设工程费用4 859.58万元。污水处理运行成本包含药剂费、电费、人工费及活性污泥送检费用。此外，为保证生化反应系统的污泥活性，每月需定期补充活性污泥。药剂费主要包括CO₂（0.70元/t）和石灰（0.09元/t），处理吨水电费为0.72元，人工费折合为0.29元/t，日常送检费折合为0.22元/t，活性污泥补充成本约0.48元/t，吨水处理总运行成本为2.50元。

该工程于2020年9月清水试车，2021年1月同选厂同步联调，出水基本稳定达标。水处理系统2021年1—8月的进出水数据如图2所示。

由图2可见，出水COD_Cr基本稳定在20 mg/L，SS为18 mg/L，Pb²⁺为0.05 mg/L，Zn²⁺为0.47 mg/L，出水水质可满足原设计出水要求。处理后的出水回用于选厂选矿，能满足选矿浮选要求。

将该工程的进出水水质均值与某采用混凝沉淀+活性炭吸附法处理铅锌选矿废水工程的年进出水水质均值进行对比，如图3所示。

由图3可知，该工程对COD_Cr、Pb²⁺、Zn²⁺的处理效果均优于采用普通物化法的对比工程。对比工程投加了絮凝剂且工艺后段用活性炭进行过滤，因此出水SS较优。鉴于SS并非影响处理后回用的关键因素，2种处理方法均能满足回用要求。对比工程采用活性炭吸附，运行过程有大量活性炭需要再生，处理成本高且不适于大规模水处理系统。

（1）采用生物法处理铅锌选矿废水切实可行，出水COD_Cr稳定在20 mg/L，SS稳定在18 mg/L。

（2）生物法处理铅锌选矿废水的预处理方法是生物法成功运行的关键。CO₂回调可在调节选矿废水pH的同时，有效去除废水中的铅锌离子，降低生物毒性，提高废水的可生化性，且不引入其他离子，避免循环过程中出现离子富集从而影响选矿。

（3）与化学法处理相比，CO₂协同生物法处理铅锌选矿废水的成本较低，经济效益明显。