礦石廢水處理[業(yè)界借鑒]

1、礦山廢水處理摘要：簡述礦山廢水對環(huán)境的影響及處理方法。關鍵詞：酸性廢水;礦上廢水；環(huán)境工程 引言隨著社會經(jīng)濟的迅速的發(fā)展，人類對礦產(chǎn)資源的需求量日益增長, 在礦產(chǎn)資源的開采和加工過程中所產(chǎn)生的工業(yè)廢水的排放量也隨之增加。據(jù)統(tǒng)據(jù)計, 我國各類礦山廢水的排放量約占全國工業(yè)廢水總排放量的10%左右。1 礦山廢水的來源礦床開采過程中, 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源。礦山生產(chǎn)過程中排放的大量含有硫化礦物的廢石和尾礦, 在露天堆放時不空氣和水蒸氣接觸, 生成金屬離子和硫酸根離子, 當遇雨水或堆置于河流、湖泊附近, 所形成的酸性水會迅速大面積擴散。礦石加工過程

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的主要來源。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,如不處理直接進入水體, 會對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, 將導致水體pH值發(fā)生變化, 水質酸化將破壞細菌和微生物的生長環(huán)境, 降低水體的自凈功能。廢水的低pH值對水生生物特別是魚類、藻類也構成極大威脅。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, 導致植被枯萎、死亡。重金屬離子進入土壤還有可能被植物吸收并通過食物鏈危害人類健

3、康。總之, 未經(jīng)處理的礦山酸性廢水會對礦山環(huán)境中的土壤、地表水、地下水、植物或其它生物等帶來不良影響，引起環(huán)境問題和生態(tài)問題。消除或減輕礦山酸性廢水對環(huán)境的影響治理其環(huán)境危害已成為開采礦山必須考慮的問題。3 排放特點 (1) 排放量大, 持續(xù)時間長; (2) 排放地點分散, 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為消除礦山廢水的危害, 科技工作者對此作了大量的研究工作, 有的研究成果已成功地應用于生產(chǎn),取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。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達到增加廢水pH值的目的。同時, 使重金屬離子與氫氧根離子發(fā)生反應, 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、任何性質的酸性廢水, 其具有操作簡單, 管理方便, 工作環(huán)境好和處理費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, 同時消耗廢水當中的硫酸根離子, 同時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, 無二次污染, 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間長, 微生物的選擇性強, 在處理有些廢水時需要預處理, 有時會生成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、生物的協(xié)同作用, 通過沉淀、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、低管理費用、抗沖擊力強, 有機污染物降解能力強占地面積大, 處理程度受環(huán)境影響很大, 而且處理后部分殘余H2S會從土壤中逸出（5）電化學處理采用鐵、鋁陽極電解時, 在外電流的作用下陽極溶出Fe3+或Al3+, 與溶液中的OH-結合成不溶于水的Fe(OH)3或Al(OH)3,這些微粒對水中膠體粒子的凝聚和吸附性很強,可以用來處理污水中的有機或無機膠體粒。鐵、鋁等電極設備簡單、占地小、操作方便、有效地回收有價金屬耗電量大, 廢水處理量小。（6）鐵氧體處理技術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)二價金屬離子需對有Al、Si的廢水進行預處理, 且反應時間長。（7）離子交換法利用重金屬與離子交換樹脂發(fā)生離子交換的過程, 達到富集重金屬離子、消除或降低廢水中重金屬離子的目的。各種離子交換樹脂處理容量大、出水水質好、能回收水交換樹脂需頻繁再生, 操作費用很高。5 處理礦山酸性廢水的新技術（1）源頭控制或預防( source control andprevention)體系由主動治理工程技術來支撐。在整個礦山勘探、開采、冶煉過程中, 要有源頭控制的概念。大多數(shù)人接受預防重于治療的觀點。源頭控制或預防礦山酸性廢水的途徑有:（a）.對地下礦山的水淹/封閉( floo

8、ding / sealingof abandonedundergroundmines): 淹沒水體中的溶解氧( 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有含氧地下水流入的條件下, 封閉礦山可以阻止淹沒水體中通過質量遷移或散作用補充溶解氧( DO2)。（b）.尾礦的水下存儲( underwater storage ofmine tailings): 用水淹沒潛在產(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質層以增強隔氧效果。覆蓋矸石堆的封閉層通常由粘土構成。劇烈的干濕交替季節(jié)變換導致封閉層的干裂會影響封閉效果。( d) 廢礦石的混合( blending of mineral was-ter): 將產(chǎn)酸物質和耗酸物質混合就形成了環(huán)境效應良好的混合物。( 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), 三價鐵沉淀在磷酸鹽中, 因而降低了三價鐵對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措施。( f) 陰離子表面活性劑的應用( applicationofanionicsurfactant): 靠巖石提供營養(yǎng)或巖石生活的細菌會氧化鐵和硫, 這是產(chǎn)生AMD的關鍵。很多實驗室和野外實驗使用生物殺滅劑來抑制這些廢礦石和尾礦中的嗜鐵和嗜硫細菌。這就促進了陰離子表面活性劑的應用, 如十二烷基硫酸鈉( Sod-iumDodecylSulfate, SDS) 對這類微生物就是一種高效的生物殺滅劑。然而, 生物殺滅劑的應用效果變化很大, 它僅僅是短期控制并且需要重復使用化學藥劑。( g) 保護膜技術(microencapsulation, coating):采用溶解磷酸

11、鹽和過氧化氫聯(lián)用的技術, 事實上也是保護膜技術( coating technologies)之一。過氧化氫氧化黃鐵礦產(chǎn)生三價鐵, 三價鐵與磷酸鹽反應形成一個三價鐵磷酸鹽礦物的表面保護膜。在黃鐵礦表面形成氧化鐵/硅石膜, 這是另一項重要的保護膜技術（2）工程覆蓋技術由于尾礦壩、廢石場等是產(chǎn)生酸性廢水的主要來源之一,工程覆蓋技術是利用工程覆蓋物(包括尾礦壩基底處理)來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賴利等在加拿大西思斯蒂爾鉛鋅礦含黃鐵礦的酸性廢石堆上覆蓋復合土,并處理廢石堆基底,以降低酸水排出,其復合土包括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。對浸出液的監(jiān)測表明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,其中氧化鐵硫桿菌對硫化物的氧化有促進作用,對這些細菌進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,但選擇殺菌劑還應考慮到其本身的環(huán)境效應。美國頒布的FIFRA(聯(lián)邦殺菌劑、殺蟲劑、殺鼠劑法令)對此就有限制。對于一些無害型的殺菌劑顯然是可以使用的,如Pro2Mal產(chǎn)品就沒有毒性。事實上,該殺菌劑有助于所期望的

13、厭氧菌的生長。天然生長的氧化鐵硫桿菌有一種保護膜,可保護自身免受其所產(chǎn)生的酸對細胞質細胞壁的破壞,使用表面活性劑沖走了這層保護膜,酸就能滲入細胞內(nèi)部而達到殺菌的目的。對于尾礦堆,由于不斷擾動,因而必須定期噴灑,對于已經(jīng)復墾的礦山,可使用緩釋型殺菌劑,在幾年內(nèi)逐步釋放,從而達到長期控制的目的。事實上,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。如美國賓州巴特勒縣阿多比采礦公司的布蘭齊頓矸石場,矸石場中黃鐵礦含量達14. 2%,用石灰中和,每噸矸石需CaCO3444kg,該礦采用殺菌處理技術對尾礦進行綜合治理,在構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。對聚水系統(tǒng)的水質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%。當然,殺菌劑控制技術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,對環(huán)境危害已大大降低,而且還可以通過自然凈化作用予以凈化,不會對環(huán)境造成危害,可見殺菌劑處理技術具有廉價、高效的特點,是很有發(fā)展前途的酸性廢水凈化技術。(4) 利用電化學技術控制礦山酸性廢水電化學技術應用于防腐蝕已十分普遍,但用于酸性廢水的研究還很少, Shelp等目前正在開展利用電化學技術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、對環(huán)境十分有害。他們將含鐵建造中的硫化物作為化學電池的陰極,以一個插入附近礦坑酸性廢水中的廢鋼鐵作為電池陽極,然后以地下水構成電池回路。模擬試驗表明酸性廢水的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。他們還開展了另外一些試驗,即用Al和Zn作為消耗陽極,主要是為了阻止或顯著抑制酸的產(chǎn)生,并在硫化物水細菌之間形成還原環(huán)境;此外,還通過將H+轉化成H2 來提高酸性廢水的pH(5) 建立磷灰石排放系統(tǒng)來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, Choi和West等根據(jù)室內(nèi)試驗發(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,他們在靠近TerreHaute附近的綠谷廢礦(The GreenValleyAbandonedMine)附近建立了一個磷灰石排放系統(tǒng),主要目的是評價磷灰石排放系統(tǒng)實地控制酸性廢水的長期功效,該系統(tǒng)能有效地除去酸性廢水中高達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,但該系統(tǒng)的設計還有待改進,目前還處于完善之中。6 問題與展望酸性礦山廢水作為與礦業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境密切相關的研究領域, 盡管已經(jīng)取得了顯著進展, 但在很多方面還存在一定的問題, 有待于研究的進一步深入。(1) 有效

17、預防酸性礦山廢水的產(chǎn)生很重要, 但此類研究一直未能得到應有的重視。建立酸性礦山廢水的地球化學演化模型能預測和預防酸性礦山廢水的發(fā)生, 然而目前世界上建立的此類模型較少,且功能有待進一步提高, 我國對此研究尤其欠缺,應當給予高度重視。(2) 目前對實驗室條件下黃鐵礦的氧化過程的研究比較系統(tǒng)、全面, 但對野外現(xiàn)場多因素影響下的黃鐵礦氧化研究相對薄弱。在以后的工作中應深入探討復雜條件下酸性礦山廢水的形成機制, 特別關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程。(3) 由于水體中金屬的形態(tài)多變, 轉化過程及7 1 酸性礦山廢水研究的現(xiàn)狀及展望其生態(tài)效應復雜, 因此酸性礦山廢水中金屬

18、的形態(tài)及其轉化過程仍將是研究熱點。(4) 目前水文地球化學模擬方面的研究還顯粗糙, 有待于進一步細化和深入。應用地球化學模擬的成功與否, 主要取決于對地質和水文資料的掌握, 因此今后的地球化學模擬在該領域的應用, 必須建立在對礦山地質背景詳盡研究的基礎之上?？傊? 酸性礦山廢水及其有害元素造成的環(huán)境影響已成為各國關注的熱點。研究酸性礦山廢水及有害元素的形成與轉化規(guī)律, 有效預測和預防酸性礦山廢水的發(fā)生, 是環(huán)境科學發(fā)展的內(nèi)在要求, 也是實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要。5結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、廢水量的大小和現(xiàn)場具體條件而定。上述各種方法不僅可使礦山廢水達到國家