摘要：地浸采鈾礦山廢水處理的主要方法是自然蒸發(fā)法，該方法受環(huán)境影響大、蒸發(fā)效果差。針對(duì)自然蒸發(fā)法的缺點(diǎn)提出了風(fēng)能增效蒸發(fā)法，通過擴(kuò)大液面的蒸發(fā)面積，在風(fēng)能和太陽能作用下對(duì)廢水進(jìn)行加速蒸發(fā)。風(fēng)能增效蒸發(fā)裝置可模塊化設(shè)計(jì)，和自然蒸發(fā)池相比蒸發(fā)面積擴(kuò)大了約27倍，蒸發(fā)耗能為1.467kW·h/t，成本為0.88元/t，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)能;增效;蒸發(fā);蒸發(fā)面積;廢水

　　目前，地浸礦山廢水采用自然蒸發(fā)法處理，處理效果受自然條件影響較大，冬季蒸發(fā)量很小，該法僅適用于蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降雨量的地區(qū)。隨著地浸礦山生產(chǎn)能力的增加，產(chǎn)生更多的廢水，需要擴(kuò)大蒸發(fā)池的面積，這對(duì)征地和環(huán)保提出了較高要求。

　　以內(nèi)蒙古某鈾礦為例，產(chǎn)生廢水48.49m3/d，按當(dāng)?shù)卣舭l(fā)量1500mm/a計(jì)算，需建設(shè)面積為11880m2、容積為18012m3的蒸發(fā)池。針對(duì)自然蒸發(fā)法處理地浸采鈾礦山生產(chǎn)廢水的不足，探索一種高效蒸發(fā)的方法勢(shì)在必行。目前廢水處理應(yīng)用較多的方法有反滲透和電滲析法;但對(duì)于高鹽和高含固量的地浸廢水，這些方法在應(yīng)用條件和處理成本上難以滿足要求。風(fēng)能增效蒸發(fā)技術(shù)在澳大利亞、以色列和墨西哥等地海水提鹽和廢水處理上應(yīng)用較多[1-2]，本研究在此基礎(chǔ)上提出適用于地浸礦山的風(fēng)能增效蒸發(fā)裝置，增大蒸發(fā)池廢水的蒸發(fā)量、有效減少蒸發(fā)池廢水存量，為采鈾工藝的連續(xù)運(yùn)行提供保障。

　　1廢水來源

　　地浸礦山廢水的主要來源：1)外排母液。浸出液中的鈾經(jīng)離子交換吸附、飽和樹脂淋洗、貧樹脂反沖洗、淋洗合格液酸化、沉淀并最后沉降，得到產(chǎn)品。沉降母液中鈾濃度較低的部分排入蒸發(fā)池，外排母液量占總廢水量的9.3%。2)貧樹脂轉(zhuǎn)型廢水[3]。飽和樹脂經(jīng)淋洗后，進(jìn)行貧樹脂反沖洗轉(zhuǎn)型，外排轉(zhuǎn)型廢水占總廢水量的71.5%。貧樹脂轉(zhuǎn)型廢水中的Cl-質(zhì)量濃度高于2g/L時(shí)外排至蒸發(fā)池;低于2g/L時(shí)進(jìn)行反滲透處理，反滲透濃水(占反滲透進(jìn)水量的25%)排入蒸發(fā)池。3)洗井廢水。鉆孔堵塞后，利用空壓機(jī)洗井產(chǎn)生的廢水，外排的洗井廢水占總廢水量的19.2%。

　　2廢水化學(xué)組分

　　轉(zhuǎn)型廢水包含一些化學(xué)沉淀物，如CaCO3等，經(jīng)過2～4VR的反沖洗，其含量逐漸降低。洗井廢水化學(xué)組分與地下水本底值相當(dāng);但由于洗井廢水含固量較高，簡(jiǎn)單回用作浸出劑會(huì)堵塞注液井，作為浸出液處理又會(huì)造成吸附塔上層樹脂板結(jié)，目前還沒有較好的工藝將其回用。沉淀母液pH在12.3左右，當(dāng)沉淀母液中鈾濃度較高時(shí)配制淋洗劑;鈾濃度較低且淋洗劑量足夠時(shí)，因其Cl-濃度較高，做外排處理。

　　3風(fēng)能增效蒸發(fā)技術(shù)路線和工藝流程

　　3.1技術(shù)路線

　　蒸發(fā)是指物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的相變過程。蒸發(fā)量是指在一定的時(shí)段內(nèi)，水分經(jīng)蒸發(fā)而散布在空中的量。影響蒸發(fā)的因素主要有溫度、濕度、液體的表面積、液體表面上方空氣的流動(dòng)速度等。溫度越高，蒸發(fā)越快;液面表面積越大，處于液體表面積附近的分子數(shù)目越多，蒸發(fā)越快;液面上方空氣流動(dòng)速度越大，蒸發(fā)越快[4]。溫度、液體表面空氣流動(dòng)速度受大氣物理環(huán)境影響較大，難以改變，人為提高溫度和增大液體表面空氣流動(dòng)速度又會(huì)增加成本消耗，因此主要通過改變液面表面積大小來實(shí)現(xiàn)加快蒸發(fā)的目的。

　　3.2工藝流程

　　研究在不同環(huán)境溫度、水體溫度以及濕度條件下廢水的蒸發(fā)量。通過耐腐潛水泵將蒸發(fā)池廢水提升至風(fēng)能增效蒸發(fā)裝置上，通過布液管將廢水均勻分布于基體材料，未噴淋至基體材料上的廢水通過底部防滲混凝土墊層返回蒸發(fā)池，避免污染周圍環(huán)境。研究過程間歇操作，噴淋完成后停止布液，基體材料廢水蒸干后再重新啟動(dòng)。為了便于計(jì)量整個(gè)基體材料的保水量，在進(jìn)液管加裝液體流量計(jì)，同時(shí)在裝置底部設(shè)置返回廢水收集器[5]。

　　4風(fēng)能增效增發(fā)裝置研制

　　4.1基體材料選型

　　對(duì)于蒸發(fā)基體材質(zhì)，需要具備適宜的吸水性能，即吸水能力足夠蒸發(fā)但不能過強(qiáng)以至于降低有效蒸發(fā)壓。無內(nèi)部表面的材料(網(wǎng))比有內(nèi)部表面的材料(無紡?fù)凉げ?更不易堵塞，效果更好。同時(shí)考慮溫度對(duì)蒸發(fā)效率的影響，基體材料應(yīng)具有一定的吸光能力，選顏色深的較適宜。另外，基體材質(zhì)應(yīng)具有很好的強(qiáng)度和耐候的特性[6-7]。本試驗(yàn)選擇目前國產(chǎn)應(yīng)用較廣泛的碳纖維編織布和聚丙烯編織布。

　　試驗(yàn)中分別取12k(360g/m2)、3k斜紋(200g/m2)、平紋(200g/m2)碳纖維編織布和400g/m2聚丙烯編織布樣品放入烘箱，在50℃下烘干5h，各取1L蒸餾水將樣品浸濕，取出后直至樣品不滴水為止，稱量樣品吸水量，同時(shí)將樣品放室外晾曬，每5min稱重一次。浸濕樣品后無明水至樣品恢復(fù)原重量的時(shí)間為蒸發(fā)時(shí)間，碳纖維編織布比聚丙烯編織布單位保水量低，而聚丙烯編織布所需的蒸發(fā)時(shí)間較長。綜合價(jià)格因素，碳纖維編織布100元/m2，聚丙烯編織布15元/m2，最終選擇黑色聚丙烯編織布作為基體材料。

　　4.2基體材料懸掛方式

　　基體懸掛方式有單個(gè)纏繞懸掛方式和連續(xù)交錯(cuò)懸掛方式。單個(gè)纏繞懸掛方式纏繞工序復(fù)雜，且每個(gè)接口都需要縫接;而連續(xù)交錯(cuò)懸掛基體材料面積大于單個(gè)纏繞方式，因而選擇基體連續(xù)交錯(cuò)懸掛方式。選擇基體材料支撐管主要考慮對(duì)浸濕后基體材料總質(zhì)量的承受能力，選擇耐腐蝕鍍鋅鋼管為基體材料支撐管，規(guī)格DN15mm×2105mm，間距240mm。

　　4.3機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮布液管和基體支撐管的安裝，同時(shí)要方便移動(dòng)和安裝。本研究將機(jī)架設(shè)計(jì)模塊化，單個(gè)機(jī)架模塊規(guī)格2.5m×2m×10m;整體骨架選擇H型鋼，便于整體焊接或螺栓連接;輔助部分選擇角鋼。

　　4.4布液方式設(shè)計(jì)

　　如何高鹽廢水均勻分布到蒸發(fā)基體材料表面，關(guān)系到蒸發(fā)能耗和蒸發(fā)量的大小，一般采用毛細(xì)管吸力和溶液動(dòng)力輸送的方式進(jìn)行溶液傳輸。毛細(xì)管吸力布液方式是將基體材料放入蒸發(fā)池中，利用基體材料中纖維與纖維間毛細(xì)空隙所產(chǎn)生的毛細(xì)管吸力將溶液吸附在基體材料上;動(dòng)力輸送是通過泵將廢水均勻的布置在基體表面，布液間斷操作，能耗高。毛細(xì)管吸力布液可連續(xù)操作，基本不產(chǎn)生能耗;但需要將機(jī)架布置在蒸發(fā)池上，施工難度大，維護(hù)困難。

　　綜上所述，選擇動(dòng)力布液方式。布液管落水孔的大小影響布液時(shí)間的長短和泵的選型。試驗(yàn)過程中，落水孔徑為3.0mm時(shí)，存在落水不均勻現(xiàn)象，整個(gè)布液管靠近進(jìn)水口處落水較快;遠(yuǎn)離進(jìn)水口處由于壓力過低落水較慢，有時(shí)不落水，造成部分基體材料閑置。當(dāng)落水孔徑2.0mm、落水孔距中心垂線夾角45°兩側(cè)均布、兩相鄰落水孔間距35mm時(shí)，落水過程帶壓，可直接噴淋至基體材料上，布液符合要求。

　　4.5清洗方式選擇

　　地浸采鈾礦山廢水含有較高的鹽分，蒸發(fā)池廢水鹽分最高達(dá)9g/L。試驗(yàn)過程中，隨著液體的蒸發(fā)，水體中鹽類物質(zhì)逐漸結(jié)晶，結(jié)晶物附著在基體上，使整個(gè)基體材料顯現(xiàn)白色，近距離觀察部分結(jié)晶懸掛在基體材料上。由于選擇基體材料屬編織布種類，內(nèi)部不含有纖維短絲，結(jié)晶物不會(huì)附著于基體材料內(nèi)部，所以結(jié)晶物無需專門清洗，直接用外力敲打即可去除。

　　5增效蒸發(fā)裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

　　風(fēng)能增效蒸發(fā)試驗(yàn)主要對(duì)進(jìn)水、出水、保水量進(jìn)行計(jì)量，同時(shí)考慮不同時(shí)間段對(duì)蒸發(fā)效果的影響，每個(gè)模塊基體材料面積為142m2。

　　6技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

　　風(fēng)能增效蒸發(fā)裝置拓展了蒸發(fā)面積，加快了蒸發(fā)，該裝置的耗能設(shè)備只有潛水泵(功率1.5kW)，增效蒸發(fā)裝置總面積284m2，基體材料保水量300g/m2，單次蒸發(fā)量為85.2kg，單次耗電0.125kWh(運(yùn)行5min)，所以風(fēng)能增效蒸發(fā)裝置能耗為1.467kW·h/t，經(jīng)核算增效蒸發(fā)成本為0.88元/t。

　　7結(jié)論

　　1)風(fēng)能增效蒸發(fā)受溫度和風(fēng)速影響較大，單位面積基體最大保水量352g/m2，最快蒸發(fā)時(shí)間25min。2)該裝置模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活調(diào)整。當(dāng)蒸發(fā)裝置占地面積為10m2時(shí)，基體材料蒸發(fā)面積可達(dá)284m2，蒸發(fā)面積擴(kuò)大了約27倍。3)風(fēng)能增效蒸發(fā)裝置，利用有限的占地面積和自然資源，將蒸發(fā)面從平面向立體擴(kuò)展，使其蒸發(fā)面積和蒸發(fā)效率提高，達(dá)到高效低耗的目的，為廢水減量化處理提供新思路。

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