礦石廢水處理[業(yè)界借鑒]

1、礦山廢水處理摘要：簡(jiǎn)述礦山廢水對(duì)環(huán)境的影響及處理方法。關(guān)鍵詞：酸性廢水;礦上廢水；環(huán)境工程 引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量日益增長(zhǎng), 在礦產(chǎn)資源的開(kāi)采和加工過(guò)程中所產(chǎn)生的工業(yè)廢水的排放量也隨之增加。據(jù)統(tǒng)據(jù)計(jì), 我國(guó)各類(lèi)礦山廢水的排放量約占全國(guó)工業(yè)廢水總排放量的10%左右。1 礦山廢水的來(lái)源礦床開(kāi)采過(guò)程中, 大量的地下水滲流到采礦工作面, 這些礦坑水排至地表, 成為酸性廢水的主要來(lái)源。礦山生產(chǎn)過(guò)程中排放的大量含有硫化礦物的廢石和尾礦, 在露天堆放時(shí)不空氣和水蒸氣接觸, 生成金屬離子和硫酸根離子, 當(dāng)遇雨水或堆置于河流、湖泊附近, 所形成的酸性水會(huì)迅速大面積擴(kuò)散。礦石加工過(guò)程

2、中, 若采用添加酸性藥劑的選礦作業(yè)流程, 所排放的廢水是酸性廢水和有害物質(zhì)的主要來(lái)源。2 礦山酸性廢水的環(huán)境影響酸性礦山廢水中還含有銅、鉛、鋅、鎘等重金屬離子。重金屬離子大多有毒,如不處理直接進(jìn)入水體, 會(huì)對(duì)人和水中生物造成極大的危害。礦山酸性廢水一般不能直接循環(huán)利用, 礦山酸性廢水若排入河流、湖泊等水體, 將導(dǎo)致水體pH值發(fā)生變化, 水質(zhì)酸化將破壞細(xì)菌和微生物的生長(zhǎng)環(huán)境, 降低水體的自?xún)艄δ?。廢水的低pH值對(duì)水生生物特別是魚(yú)類(lèi)、藻類(lèi)也構(gòu)成極大威脅。礦山酸性廢水若排入土壤, 酸和大量重金屬離子可使土壤被酸化和毒化, 導(dǎo)致植被枯萎、死亡。重金屬離子進(jìn)入土壤還有可能被植物吸收并通過(guò)食物鏈危害人類(lèi)健

3、康?？傊? 未經(jīng)處理的礦山酸性廢水會(huì)對(duì)礦山環(huán)境中的土壤、地表水、地下水、植物或其它生物等帶來(lái)不良影響，引起環(huán)境問(wèn)題和生態(tài)問(wèn)題。消除或減輕礦山酸性廢水對(duì)環(huán)境的影響治理其環(huán)境危害已成為開(kāi)采礦山必須考慮的問(wèn)題。3 排放特點(diǎn) (1) 排放量大, 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng); (2) 排放地點(diǎn)分散, 不易控制與治理; (3) 污染范圍大, 濃度不穩(wěn)定; (4) 有滲流、滲透、徑流及管道等多種排放方式。4 礦山酸性廢水的處理技術(shù)為消除礦山廢水的危害, 科技工作者對(duì)此作了大量的研究工作, 有的研究成果已成功地應(yīng)用于生產(chǎn),取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前治理礦山酸性廢水的方法有以下幾種。（1）中和法中和法就是向酸性廢水中

4、投入堿中和劑,利用酸堿的中和反應(yīng)達(dá)到增加廢水pH值的目的。同時(shí), 使重金屬離子與氫氧根離子發(fā)生反應(yīng), 生成難溶的氫氧化物沉淀, 凈化污水。中和劑主要采用石灰石或石灰, 也可用堿性廢液或廢渣(電石渣、石灰渣)中和酸性廢水可處理任何濃度、任何性質(zhì)的酸性廢水, 其具有操作簡(jiǎn)單, 管理方便, 工作環(huán)境好和處理費(fèi)用低處理后生成的硫酸鈣渣較多, 且脫水難, 不處理易造成水系統(tǒng)流域的二次污染（2） 硫化沉淀浮選法通過(guò)向污水中投入硫化劑, 使污水中的金屬離子形成硫化物沉淀, 然后用浮選沉淀物的方法逐一回收有價(jià)金屬。硫化劑主要有:Na2S、NaHS、H2S,等可回收部分金屬, 重金屬去除較徹底需加入過(guò)量硫化物,

5、 容易生成H2S氣體, 造成二次污染（3）微生物法利用微生物的生理特性吸附, 吸收并且沉淀重金屬, 同時(shí)消耗廢水當(dāng)中的硫酸根離子, 同時(shí)降低廢水中重金屬和酸的濃度。氧化鐵桿菌, SRB菌等多種微生物成本低, 適用性強(qiáng), 無(wú)二次污染, 能吸收或吸附重金屬,還可分解生成重金屬硫化物沉淀予以回收處理時(shí)間長(zhǎng), 微生物的選擇性強(qiáng), 在處理有些廢水時(shí)需要預(yù)處理, 有時(shí)會(huì)生成H2S氣體（4）人工濕地系統(tǒng)人工濕地法就是利用自然濕地生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)、生物的協(xié)同作用, 通過(guò)沉淀、吸附、阻隔、微生物同化分解、硝化、反硝化以及植物吸收等途徑去除懸浮物、有機(jī)物、N、P和重金屬等。各種微生物, 植物等低投入、低能耗、

6、低管理費(fèi)用、抗沖擊力強(qiáng), 有機(jī)污染物降解能力強(qiáng)占地面積大, 處理程度受環(huán)境影響很大, 而且處理后部分殘余H2S會(huì)從土壤中逸出（5）電化學(xué)處理采用鐵、鋁陽(yáng)極電解時(shí), 在外電流的作用下陽(yáng)極溶出Fe3+或Al3+, 與溶液中的OH-結(jié)合成不溶于水的Fe(OH)3或Al(OH)3,這些微粒對(duì)水中膠體粒子的凝聚和吸附性很強(qiáng),可以用來(lái)處理污水中的有機(jī)或無(wú)機(jī)膠體粒。鐵、鋁等電極設(shè)備簡(jiǎn)單、占地小、操作方便、有效地回收有價(jià)金屬耗電量大, 廢水處理量小。（6）鐵氧體處理技術(shù)利用鐵氧體法沉淀廢水中的重金屬離子,在一定的pH值范圍將酸性礦山廢水加熱至60而沉淀出鐵氧體。一些氧化劑生成的鐵氧體穩(wěn)定性好, 沉淀物易于用磁

7、選法回收和能除掉廢水中的絕大多數(shù)二價(jià)金屬離子需對(duì)有Al、Si的廢水進(jìn)行預(yù)處理, 且反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。（7）離子交換法利用重金屬與離子交換樹(shù)脂發(fā)生離子交換的過(guò)程, 達(dá)到富集重金屬離子、消除或降低廢水中重金屬離子的目的。各種離子交換樹(shù)脂處理容量大、出水水質(zhì)好、能回收水交換樹(shù)脂需頻繁再生, 操作費(fèi)用很高。5 處理礦山酸性廢水的新技術(shù)（1）源頭控制或預(yù)防( source control andprevention)體系由主動(dòng)治理工程技術(shù)來(lái)支撐。在整個(gè)礦山勘探、開(kāi)采、冶煉過(guò)程中, 要有源頭控制的概念。大多數(shù)人接受預(yù)防重于治療的觀點(diǎn)。源頭控制或預(yù)防礦山酸性廢水的途徑有:（a）.對(duì)地下礦山的水淹/封閉( floo

8、ding / sealingof abandonedundergroundmines): 淹沒(méi)水體中的溶解氧( DO2) 一般為89mg/L, 將很快被礦物氧化和微生物所消耗。在沿脈和穿脈坑道非常清楚而且沒(méi)有含氧地下水流入的條件下, 封閉礦山可以阻止淹沒(méi)水體中通過(guò)質(zhì)量遷移或散作用補(bǔ)充溶解氧( DO2)。（b）.尾礦的水下存儲(chǔ)( underwater storage ofmine tailings): 用水淹沒(méi)潛在產(chǎn)酸的尾礦, 目的是阻隔礦物與空氣的接觸。用淺水覆蓋尾礦, 在尾礦之上覆蓋一層沉積物或有機(jī)物, 既隔氧又防止部分尾礦發(fā)生懸浮。（c）.地表廢石堆的封閉( land-basedstora

9、ge insealedwasteheaps): 對(duì)地表矸石堆采用干封閉層覆蓋的辦法, 在封閉層與廢石堆表面之間加一層有機(jī)質(zhì)層以增強(qiáng)隔氧效果。覆蓋矸石堆的封閉層通常由粘土構(gòu)成。劇烈的干濕交替季節(jié)變換導(dǎo)致封閉層的干裂會(huì)影響封閉效果。( d) 廢礦石的混合( blending of mineral was-ter): 將產(chǎn)酸物質(zhì)和耗酸物質(zhì)混合就形成了環(huán)境效應(yīng)良好的混合物。( e) 尾礦的固化( total solidificationof tailing):在黃鐵礦廢料中加入固相磷酸鹽礦物(例如磷灰石), 三價(jià)鐵沉淀在磷酸鹽中, 因而降低了三價(jià)鐵對(duì)硫化物礦物的氧化劑作用。使用磷酸鹽礦物作 盔甲抑制黃

10、鐵礦的氧化僅僅是一種臨時(shí)措施。( f) 陰離子表面活性劑的應(yīng)用( applicationofanionicsurfactant): 靠巖石提供營(yíng)養(yǎng)或巖石生活的細(xì)菌會(huì)氧化鐵和硫, 這是產(chǎn)生AMD的關(guān)鍵。很多實(shí)驗(yàn)室和野外實(shí)驗(yàn)使用生物殺滅劑來(lái)抑制這些廢礦石和尾礦中的嗜鐵和嗜硫細(xì)菌。這就促進(jìn)了陰離子表面活性劑的應(yīng)用, 如十二烷基硫酸鈉( Sod-iumDodecylSulfate, SDS) 對(duì)這類(lèi)微生物就是一種高效的生物殺滅劑。然而, 生物殺滅劑的應(yīng)用效果變化很大, 它僅僅是短期控制并且需要重復(fù)使用化學(xué)藥劑。( g) 保護(hù)膜技術(shù)(microencapsulation, coating):采用溶解磷酸

11、鹽和過(guò)氧化氫聯(lián)用的技術(shù), 事實(shí)上也是保護(hù)膜技術(shù)( coating technologies)之一。過(guò)氧化氫氧化黃鐵礦產(chǎn)生三價(jià)鐵, 三價(jià)鐵與磷酸鹽反應(yīng)形成一個(gè)三價(jià)鐵磷酸鹽礦物的表面保護(hù)膜。在黃鐵礦表面形成氧化鐵/硅石膜, 這是另一項(xiàng)重要的保護(hù)膜技術(shù)（2）工程覆蓋技術(shù)由于尾礦壩、廢石場(chǎng)等是產(chǎn)生酸性廢水的主要來(lái)源之一,工程覆蓋技術(shù)是利用工程覆蓋物(包括尾礦壩基底處理)來(lái)降低廢石堆中氧的濃度,以減緩硫化礦氧化速度(Nichlon, 1991)。A. V貝爾和M. D賴(lài)?yán)仍诩幽么笪魉妓沟贍栥U鋅礦含黃鐵礦的酸性廢石堆上覆蓋復(fù)合土,并處理廢石堆基底,以降低酸水排出,其復(fù)合土包括150mm砂底層、0. 15

12、mm聚乙烯、300mm上輔砂底、300mm砂和礫石層、100mm防沖刷層。兩年內(nèi),使得廢石堆中氧含量從處理前的20%下降到不足1%,而且廢石堆的溫度也明顯下降。對(duì)浸出液的監(jiān)測(cè)表明pH有明顯的增高（3)利用殺菌劑控制酸性礦山廢水的產(chǎn)生酸性廢水的產(chǎn)生往往與硫化礦暴露于水和空氣中有關(guān),其中氧化鐵硫桿菌對(duì)硫化物的氧化有促進(jìn)作用,對(duì)這些細(xì)菌進(jìn)行有效的控制可以使得部分酸性廢水中含酸量減少98%以上,但選擇殺菌劑還應(yīng)考慮到其本身的環(huán)境效應(yīng)。美國(guó)頒布的FIFRA(聯(lián)邦殺菌劑、殺蟲(chóng)劑、殺鼠劑法令)對(duì)此就有限制。對(duì)于一些無(wú)害型的殺菌劑顯然是可以使用的,如Pro2Mal產(chǎn)品就沒(méi)有毒性。事實(shí)上,該殺菌劑有助于所期望的

13、厭氧菌的生長(zhǎng)。天然生長(zhǎng)的氧化鐵硫桿菌有一種保護(hù)膜,可保護(hù)自身免受其所產(chǎn)生的酸對(duì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞壁的破壞,使用表面活性劑沖走了這層保護(hù)膜,酸就能滲入細(xì)胞內(nèi)部而達(dá)到殺菌的目的。對(duì)于尾礦堆,由于不斷擾動(dòng),因而必須定期噴灑,對(duì)于已經(jīng)復(fù)墾的礦山,可使用緩釋型殺菌劑,在幾年內(nèi)逐步釋放,從而達(dá)到長(zhǎng)期控制的目的。事實(shí)上,由于厭氧菌的不斷繁殖,使得藥丸用完后仍能有效控制酸性廢水的產(chǎn)生。如美國(guó)賓州巴特勒縣阿多比采礦公司的布蘭齊頓矸石場(chǎng),矸石場(chǎng)中黃鐵礦含量達(dá)14. 2%,用石灰中和,每噸矸石需CaCO3444kg,該礦采用殺菌處理技術(shù)對(duì)尾礦進(jìn)行綜合治理,在構(gòu)筑上覆蓋層之前施用特殊緩釋藥丸(含16. 427. 9的活性成分

14、),用量為68g/m2。對(duì)聚水系統(tǒng)的水質(zhì)7 4 第1期 羅凱等:礦山酸性廢水治理研究現(xiàn)狀分析表明,使用殺菌劑后含酸量下降了80%。當(dāng)然,殺菌劑控制技術(shù)并不能從根本上完全阻止廢礦滲出液的產(chǎn)生,但緩釋滲出液,對(duì)環(huán)境危害已大大降低,而且還可以通過(guò)自然凈化作用予以?xún)艋?不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害,可見(jiàn)殺菌劑處理技術(shù)具有廉價(jià)、高效的特點(diǎn),是很有發(fā)展前途的酸性廢水凈化技術(shù)。(4) 利用電化學(xué)技術(shù)控制礦山酸性廢水電化學(xué)技術(shù)應(yīng)用于防腐蝕已十分普遍,但用于酸性廢水的研究還很少, Shelp等目前正在開(kāi)展利用電化學(xué)技術(shù)控制酸性廢水的研究,并取得了階段性的成果,加拿大Sherman鐵礦存在富含硫化物的基巖,礦井中的酸性廢水

15、對(duì)環(huán)境十分有害。他們將含鐵建造中的硫化物作為化學(xué)電池的陰極,以一個(gè)插入附近礦坑酸性廢水中的廢鋼鐵作為電池陽(yáng)極,然后以地下水構(gòu)成電池回路。模擬試驗(yàn)表明酸性廢水的pH從3升到5. 6,伴隨著pH的升高,溶液中的金屬離子的濃度大大降低。他們還開(kāi)展了另外一些試驗(yàn),即用Al和Zn作為消耗陽(yáng)極,主要是為了阻止或顯著抑制酸的產(chǎn)生,并在硫化物水細(xì)菌之間形成還原環(huán)境;此外,還通過(guò)將H+轉(zhuǎn)化成H2 來(lái)提高酸性廢水的pH(5) 建立磷灰石排放系統(tǒng)來(lái)處理礦山酸性廢水磷灰石排放系統(tǒng)(Theapatite drainsystem)是一種正在研究的新型酸性廢水處理技術(shù), Choi和West等根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磷石灰能在低pH

16、值條件下,以磷酸鹽的形式將酸性廢水中的鐵、鋁除去,他們?cè)诳拷黅erreHaute附近的綠谷廢礦(The GreenValleyAbandonedMine)附近建立了一個(gè)磷灰石排放系統(tǒng),主要目的是評(píng)價(jià)磷灰石排放系統(tǒng)實(shí)地控制酸性廢水的長(zhǎng)期功效,該系統(tǒng)能有效地除去酸性廢水中高達(dá)42000mg/l的Fe, 830mg/l的Al和13430mg/l的SO42-。最后鐵、鋁以磷酸鹽的形式沉淀下來(lái),但該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還有待改進(jìn),目前還處于完善之中。6 問(wèn)題與展望酸性礦山廢水作為與礦業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)的研究領(lǐng)域, 盡管已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展, 但在很多方面還存在一定的問(wèn)題, 有待于研究的進(jìn)一步深入。(1) 有效

17、預(yù)防酸性礦山廢水的產(chǎn)生很重要, 但此類(lèi)研究一直未能得到應(yīng)有的重視。建立酸性礦山廢水的地球化學(xué)演化模型能預(yù)測(cè)和預(yù)防酸性礦山廢水的發(fā)生, 然而目前世界上建立的此類(lèi)模型較少,且功能有待進(jìn)一步提高, 我國(guó)對(duì)此研究尤其欠缺,應(yīng)當(dāng)給予高度重視。(2) 目前對(duì)實(shí)驗(yàn)室條件下黃鐵礦的氧化過(guò)程的研究比較系統(tǒng)、全面, 但對(duì)野外現(xiàn)場(chǎng)多因素影響下的黃鐵礦氧化研究相對(duì)薄弱。在以后的工作中應(yīng)深入探討復(fù)雜條件下酸性礦山廢水的形成機(jī)制, 特別關(guān)注影響黃鐵礦氧化的諸多因素, 闡明硫化物氧化及有害元素釋放過(guò)程。(3) 由于水體中金屬的形態(tài)多變, 轉(zhuǎn)化過(guò)程及7 1 酸性礦山廢水研究的現(xiàn)狀及展望其生態(tài)效應(yīng)復(fù)雜, 因此酸性礦山廢水中金屬

18、的形態(tài)及其轉(zhuǎn)化過(guò)程仍將是研究熱點(diǎn)。(4) 目前水文地球化學(xué)模擬方面的研究還顯粗糙, 有待于進(jìn)一步細(xì)化和深入。應(yīng)用地球化學(xué)模擬的成功與否, 主要取決于對(duì)地質(zhì)和水文資料的掌握, 因此今后的地球化學(xué)模擬在該領(lǐng)域的應(yīng)用, 必須建立在對(duì)礦山地質(zhì)背景詳盡研究的基礎(chǔ)之上?？傊? 酸性礦山廢水及其有害元素造成的環(huán)境影響已成為各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)。研究酸性礦山廢水及有害元素的形成與轉(zhuǎn)化規(guī)律, 有效預(yù)測(cè)和預(yù)防酸性礦山廢水的發(fā)生, 是環(huán)境科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在要求, 也是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要。5結(jié)論礦山酸性廢水處理的方法各有千秋,選擇哪種方法最為適合,要根據(jù)廢水的性質(zhì)、廢水量的大小和現(xiàn)場(chǎng)具體條件而定。上述各種方法不僅可使礦山廢水達(dá)到國(guó)家