矿石废水处理.doc

矿山废水处理摘要：简述矿山废水对环境的影响及处理方法。关键词：酸性废水;矿上废水；环境工程 引言随着社会经济的迅速的发展，人类对矿产资源的需求量日益增长, 在矿产资源的开采和加工过程中所产生的工业废水的排放量也随之增加。据统据计, 我国各类矿山废水的排放量约占全国工业废水总排放量的10%左右。1 矿山废水的来源矿床开采过程中, 大量的地下水渗流到采矿工作面, 这些矿坑水排至地表, 成为酸性废水的主要来源。矿山生产过程中排放的大量含有硫化矿物的废石和尾矿, 在露天堆放时不空气和水蒸气接触, 生成金属离子和硫酸根离子, 当遇雨水或堆置于河流、湖泊附近, 所形成的酸性水会迅速大面积扩散。矿石加工过程中, 若采用添加酸性药剂的选矿作业流程, 所排放的废水是酸性废水和有害物质的主要来源。2 矿山酸性废水的环境影响酸性矿山废水中还含有铜、铅、锌、镉等重金属离子。重金属离子大多有毒,如不处理直接进入水体, 会对人和水中生物造成极大的危害。矿山酸性废水一般不能直接循环利用, 矿山酸性废水若排入河流、湖泊等水体, 将导致水体pH值发生变化, 水质酸化将破坏细菌和微生物的生长环境, 降低水体的自净功能。废水的低pH值对水生生物特别是鱼类、藻类也构成极大威胁。矿山酸性废水若排入土壤, 酸和大量重金属离子可使土壤被酸化和毒化, 导致植被枯萎、死亡。重金属离子进入土壤还有可能被植物吸收并通过食物链危害人类健康。总之, 未经处理的矿山酸性废水会对矿山环境中的土壤、地表水、地下水、植物或其它生物等带来不良影响，引起环境问题和生态问题。消除或减轻矿山酸性废水对环境的影响治理其环境危害已成为开采矿山必须考虑的问题。3 排放特点 (1) 排放量大, 持续时间长; (2) 排放地点分散, 不易控制与治理; (3) 污染范围大, 浓度不稳定; (4) 有渗流、渗透、径流及管道等多种排放方式。4 矿山酸性废水的处理技术为消除矿山废水的危害, 科技工作者对此作了大量的研究工作, 有的研究成果已成功地应用于生产,取得了显著的经济效益和社会效益。目前治理矿山酸性废水的方法有以下几种。（1）中和法中和法就是向酸性废水中投入碱中和剂,利用酸碱的中和反应达到增加废水pH值的目的。同时, 使重金属离子与氢氧根离子发生反应, 生成难溶的氢氧化物沉淀, 净化污水。中和剂主要采用石灰石或石灰, 也可用碱性废液或废渣(电石渣、石灰渣)中和酸性废水可处理任何浓度、任何性质的酸性废水, 其具有操作简单, 管理方便, 工作环境好和处理费用低处理后生成的硫酸钙渣较多, 且脱水难, 不处理易造成水系统流域的二次污染（2） 硫化沉淀浮选法通过向污水中投入硫化剂, 使污水中的金属离子形成硫化物沉淀, 然后用浮选沉淀物的方法逐一回收有价金属。硫化剂主要有:Na2S、NaHS、H2S,等可回收部分金属, 重金属去除较彻底需加入过量硫化物, 容易生成H2S气体, 造成二次污染（3）微生物法利用微生物的生理特性吸附, 吸收并且沉淀重金属, 同时消耗废水当中的硫酸根离子, 同时降低废水中重金属和酸的浓度。氧化铁杆菌, SRB菌等多种微生物成本低, 适用性强, 无二次污染, 能吸收或吸附重金属,还可分解生成重金属硫化物沉淀予以回收处理时间长, 微生物的选择性强, 在处理有些废水时需要预处理, 有时会生成H2S气体（4）人工湿地系统人工湿地法就是利用自然湿地生态系统中物理、化学、生物的协同作用, 通过沉淀、吸附、阻隔、微生物同化分解、硝化、反硝化以及植物吸收等途径去除悬浮物、有机物、N、P和重金属等。各种微生物, 植物等低投入、低能耗、低管理费用、抗冲击力强, 有机污染物降解能力强占地面积大, 处理程度受环境影响很大, 而且处理后部分残余H2S会从土壤中逸出（5）电化学处理采用铁、铝阳极电解时, 在外电流的作用下阳极溶出Fe3+或Al3+, 与溶液中的OH-结合成不溶于水的Fe(OH)3或Al(OH)3,这些微粒对水中胶体粒子的凝聚和吸附性很强,可以用来处理污水中的有机或无机胶体粒。铁、铝等电极设备简单、占地小、操作方便、有效地回收有价金属耗电量大, 废水处理量小。（6）铁氧体处理技术利用铁氧体法沉淀废水中的重金属离子,在一定的pH值范围将酸性矿山废水加热至60而沉淀出铁氧体。一些氧化剂生成的铁氧体稳定性好, 沉淀物易于用磁选法回收和能除掉废水中的绝大多数二价金属离子需对有Al、Si的废水进行预处理, 且反应时间长。（7）离子交换法利用重金属与离子交换树脂发生离子交换的过程, 达到富集重金属离子、消除或降低废水中重金属离子的目的。各种离子交换树脂处理容量大、出水水质好、能回收水交换树脂需频繁再生, 操作费用很高。5 处理矿山酸性废水的新技术（1）源头控制或预防( source control andprevention)体系由主动治理工程技术来支撑。在整个矿山勘探、开采、冶炼过程中, 要有源头控制的概念。大多数人接受预防重于治疗的观点。源头控制或预防矿山酸性废水的途径有:（a）.对地下矿山的水淹/封闭( flooding / sealingof abandonedundergroundmines): 淹没水体中的溶解氧( DO2) 一般为89mg/L, 将很快被矿物氧化和微生物所消耗。在沿脉和穿脉坑道非常清楚而且没有含氧地下水流入的条件下, 封闭矿山可以阻止淹没水体中通过质量迁移或散作用补充溶解氧( DO2)。（b）.尾矿的水下存储( underwater storage ofmine tailings): 用水淹没潜在产酸的尾矿, 目的是阻隔矿物与空气的接触。用浅水覆盖尾矿, 在尾矿之上覆盖一层沉积物或有机物, 既隔氧又防止部分尾矿发生悬浮。（c）.地表废石堆的封闭( land-basedstorage insealedwasteheaps): 对地表矸石堆采用干封闭层覆盖的办法, 在封闭层与废石堆表面之间加一层有机质层以增强隔氧效果。覆盖矸石堆的封闭层通常由粘土构成。剧烈的干湿交替季节变换导致封闭层的干裂会影响封闭效果。( d) 废矿石的混合( blending of mineral was-ter): 将产酸物质和耗酸物质混合就形成了环境效应良好的混合物。( e) 尾矿的固化( total solidificationof tailing):在黄铁矿废料中加入固相磷酸盐矿物(例如磷灰石), 三价铁沉淀在磷酸盐中, 因而降低了三价铁对硫化物矿物的氧化剂作用。使用磷酸盐矿物作 盔甲抑制黄铁矿的氧化仅仅是一种临时措施。( f) 阴离子表面活性剂的应用( applicationofanionicsurfactant): 靠岩石提供营养或岩石生活的细菌会氧化铁和硫, 这是产生AMD的关键。很多实验室和野外实验使用生物杀灭剂来抑制这些废矿石和尾矿中的嗜铁和嗜硫细菌。这就促进了阴离子表面活性剂的应用, 如十二烷基硫酸钠( Sod-iumDodecylSulfate, SDS) 对这类微生物就是一种高效的生物杀灭剂。然而, 生物杀灭剂的应用效果变化很大, 它仅仅是短期控制并且需要重复使用化学药剂。( g) 保护膜技术(microencapsulation, coating):采用溶解磷酸盐和过氧化氢联用的技术, 事实上也是保护膜技术( coating technologies)之一。过氧化氢氧化黄铁矿产生三价铁, 三价铁与磷酸盐反应形成一个三价铁磷酸盐矿物的表面保护膜。在黄铁矿表面形成氧化铁/硅石膜, 这是另一项重要的保护膜技术（2）工程覆盖技术由于尾矿坝、废石场等是产生酸性废水的主要来源之一,工程覆盖技术是利用工程覆盖物(包括尾矿坝基底处理)来降低废石堆中氧的浓度,以减缓硫化矿氧化速度(Nichlon, 1991)。A. V贝尔和M. D赖利等在加拿大西思斯蒂尔铅锌矿含黄铁矿的酸性废石堆上覆盖复合土,并处理废石堆基底,以降低酸水排出,其复合土包括150mm砂底层、0. 15mm聚乙烯、300mm上辅砂底、300mm砂和砾石层、100mm防冲刷层。两年内,使得废石堆中氧含量从处理前的20%下降到不足1%,而且废石堆的温度也明显下降。对浸出液的监测表明pH有明显的增高（3)利用杀菌剂控制酸性矿山废水的产生酸性废水的产生往往与硫化矿暴露于水和空气中有关,其中氧化铁硫杆菌对硫化物的氧化有促进作用,对这些细菌进行有效的控制可以使得部分酸性废水中含酸量减少98%以上,但选择杀菌剂还应考虑到其本身的环境效应。美国颁布的FIFRA(联邦杀菌剂、杀虫剂、杀鼠剂法令)对此就有限制。对于一些无害型的杀菌剂显然是可以使用的,如Pro2Mal产品就没有毒性。事实上,该杀菌剂有助于所期望的厌氧菌的生长。天然生长的氧化铁硫杆菌有一种保护膜,可保护自身免受其所产生的酸对细胞质细胞壁的破坏,使用表面活性剂冲走了这层保护膜,酸就能渗入细胞内部而达到杀菌的目的。对于尾矿堆,由于不断扰动,因而必须定期喷洒,对于已经复垦的矿山,可使用缓释型杀菌剂,在几年内逐步释放,从而达到长期控制的目的。事实上,由于厌氧菌的不断繁殖,使得药丸用完后仍能有效控制酸性废水的产生。如美国宾州巴特勒县阿多比采矿公司的布兰齐顿矸石场,矸石场中黄铁矿含量达14. 2%,用石灰中和,每吨矸石需CaCO3444kg,该矿采用杀菌处理技术对尾矿进行综合治理,在构筑上覆盖层之前施用特殊缓释药丸(含16. 427. 9的活性成分),用量为68g/m2。对聚水系统的水质7 4 第1期 罗凯等:矿山酸性废水治理研究现状分析表明,使用杀菌剂后含酸量下降了80%。当然,杀菌剂控制技术并不能从根本上完全阻止废矿渗出液的产生,但缓释渗出液,对环境危害已大大降低,而且还可以通过自然净化作用予以净化,不会对环境造成危害,可见杀菌剂处理技术具有廉价、高效的特点,是很有发展前途的酸性废水净化技术。(4) 利用电化学技术控制矿山酸性废水电化学技术应用于防腐蚀已十分普遍,但用于酸性废水的研究还很少, Shelp等目前正在开展利用电化学技术控制酸性废水的研究,并取得了阶段性的成果,加拿大Sherman铁矿存在富含硫化物的基岩,矿井中的酸性废水对环境十分有害。他们将含铁建造中的硫化物作为化学电池的阴极,以一个插入附近矿坑酸性废水中的废钢铁作为电池阳极,然后以地下水构成电池回路。模拟试验表明酸性废水的pH从3升到5. 6,伴随着pH的升高,溶液中的金属离子的浓度大大降低。他们还开展了另外一些试验,即用Al和Zn作为消耗阳极,主要是为了阻止或显著抑制酸的产生,并在硫化物水细菌之间形成还原环境;此外,还通过将H+转化成H2 来提高酸性废水的pH(5) 建立磷灰石排放系统来处理矿山酸性废水磷灰石排放系统(Theapatite drainsystem)是一种正在研究的新型酸性废水处理技术, Choi和West等根据室内试验发现磷石灰能在低pH值条件下,以磷酸盐的形式将酸性废水中的铁、铝除去,他们在靠近TerreHaute附近的绿谷废矿(The GreenValleyAbandonedMine)附近建立了一个磷灰石排放系统,主要目的是评价磷灰石排放系统实地控制酸性废水的长期功效,该系统能有效地除去酸性废水中高达42000mg/l的Fe, 830mg/l的Al和13430mg/l的SO42-。最后铁、铝以磷酸盐的形式沉淀下来,但该系统的设计还有待改进,目前还处于完善之中。6 问题与展望酸性矿山废水作为与矿业生产、生态环境密切相关的研究领域, 尽管已经取得了显著进展, 但在很多方面还存在一定的问题, 有待于研究的进一步深入。(1) 有效预防酸性矿山废水的产生很重要, 但此类研究一直未能得到应有的重视。建立酸性矿山废水的地球化学演化模型能预测和预防酸性矿山废水的发生, 然而目前世界上建立的此类模型较少,且功能有待进一步提高, 我国对此研究尤其欠缺,应当给予高度重视。(2) 目前对实验室条件下黄铁矿的氧化过程的研究比较系统、全面, 但对野外现场多因素影响下的黄铁矿氧化研究相对薄弱。在以后的工作中应深入探讨复杂条件下酸性矿山废水的形成机制, 特别关注影响黄铁矿氧化的诸多因素, 阐明硫化物氧化及有害元素释放过程。(3) 由于水体中金属的形态多变, 转化过程及7 1 酸性矿山废水研究的现状及展望其生态效应复杂, 因此酸性矿山废水中金属的形态及其转化过程仍将是研究热点。(4) 目前水文地球化学模拟方面的研究还显粗糙, 有待于进一步细化和深入。应用地球化学模拟的成功与否, 主要取决于对地质和水文资料的掌握, 因此今后的地球化学模拟在该领域的应用, 必须建立在对矿山地质背景详尽研究的基础之上。总之, 酸性矿山废水及其有害元素造成的环境影响已成为各国关注的热点。研究酸性矿山废水及有害元素的形成与转化规律, 有效预测和预防酸性矿山废水的发生, 是环境科学发展的内在要求, 也是实施可持续发展战略的需要。5结论矿山酸性废水处理的方法各有千秋,选择哪种方法最为适合,要根据废水的性质、废水量的大小和现场具体条件而定。上述各种方法不仅可使