矿山废水的危害及治理技术研究进展 2010

August 2010

金 属 矿 山 总第410期

METALMINE

2010年第8期

矿山废水的危害及治理技术研究进展

严 群 黄俊文 唐美香 赖 华 罗仙平

(江西理工大学)

*

摘 要 分析了矿山废水的来源和危害,介绍了酸碱中和法、混凝沉降法、化学氧化法、人工湿地法和微生物法等5种矿山废水治理技术的研究进展。

关键词 矿山废水 治理技术 研究进展

ResearchProgressintheDamageofMineWastewateranditsTreatmentTechniques

YanQun HuangJunwen TangMeixiang LaiHua LuoXianping

(JiangxiUniversityofScienceandTechnology)

Abstract Thepaperanalysedthesourcesofminewastewateranditsdamages,introducedresearchprogressoffivewastewatertreatingtechniquesasacid-baseneutralization,coagulationsedimentation,chemicaloxidation,constructedwe-tlandandbiologicaltreatment.

Keywords Minewastewater,Treatmenttechniques,Researchprogress

我国是第3大矿业大国,但长期以来,我国的矿产资源开发基本上走的是一条以浪费资源和牺牲环

境为代价的粗放式发展道路。随着我国矿山建设的迅速发展,矿山环境的污染和破坏越来越严重,而其中矿山废水是矿山环境的主要污染源之一。据统计,我国矿山每年因采矿、选矿而排放的废水量达12~15亿,t占有色金属工业废水总量的30%左右

[1]

石浮选时使用的各种有机和无机浮选药剂,此外还

含有钠、镁、钙等的硫酸盐,氯化物或氢氧化物,以及不溶解的分散杂质。矿山废水产生的危害主要有以下几方面:

(1)腐蚀管道、水泵、钢轨等设备设施,同时直接

[3]

威胁拦污、蓄污设施(如污水坝等)的安全与稳定。

(2)含重金属离子的矿山废水排入农田,对大多数植物都具有毒负作用,导致大部分植物枯萎,死亡,严重影响农作物的产量和质量。少部分植物吸收重金属后,通过食物链危害人类健康。

(3)矿山废水直接排入河流、湖泊或渗入地下,导致水质恶化,对鱼类、藻类和人类构成极大威胁。

[4]

,其中有很大部分是未经处理直接排放的,不

仅造成严重的环境污染,而且是一种巨大的水资源浪费。因此,寻求经济实用的矿山废水治理方法,对保护矿山环境和节约水资源有重要意义。

1 矿山废水的来源及危害

1.1 矿山废水的来源

矿山废水是在矿山范围内,从采掘地点、选矿厂、尾矿坝、排渣场以及生活区等地点排出的废水的统称。根据pH值的不同,矿山废水可分为酸性废水和碱性废水两类

[2]

2 矿山废水治理技术研究进展

鉴于矿山废水具有排放量大、污染范围广、成分复杂等特点,目前已逐步发展出酸碱中和法、混凝沉降法、化学氧化法、人工湿地法、生物法等处理技术。2.1 酸碱中和法

酸碱中和法是向废水中投加中和剂,利用酸碱中和反应来调节废水的pH值,并去除废水中的有

*江西省科技支撑计划项目(编号:2009AE01702),江西省教育厅科学技术研究项目(编号:GJJ09236),四川省科技支撑计划项目(2008GZ0240)。

严 群(1973)),女,江西理工大学建筑与测绘工程学院,副教授,博士,341000江西省赣州市红旗大道86号。

。酸性废水是矿石和围岩中

含有的硫化矿物在矿石的开采、运输、选矿及废石排放和尾矿贮存等生产过程中,由于氧化、风化、分解等综合作用而形成的废水;碱性废水是在对矿石进

行浮选时,为获取最佳分离效果,需在矿浆体系中加入碱性pH调整剂而产生的废水。1.2 矿山废水的危害

矿山废水中的有害物质主要是重金属离子和矿

#183#

总第410期 金 属 矿 山 害物质。向酸性矿山废水中投加碱性中和剂,一方面可以使废水的pH值接近中性,另一方面可使废水中的重金属离子与中和剂发生化学反应形成溶解度较小的氢氧化物或碳酸盐沉淀而从废水中分离出来。常用的酸性废水中和剂有石灰、消石灰、石灰石等,也可采用粉煤灰、煤矸石、碱性废液或废渣中和酸性废水。其中石灰以价格低廉、处理成本低等优势而成为处理酸性矿山废水最常用的中和剂。

王洪忠等

[5]

2010年第8期

标。孙水裕

[9]

等对江苏某铅锌硫化矿浮选厂的废水

进行了净化处理与回用研究,结果表明:采用混凝沉

降)化学氧化工艺,出水的各项指标均能达到国家排放标准,但处理费用较高;采用混凝沉降)活性炭吸附工艺,处理费用低,出水的固体悬浮物和重金属含量达标,化学需氧量和起泡性有一定降低,处理后废水的回用效果与生活自来水的效果相当。2.3 化学氧化法

化学氧化法是彻底去除废水中污染物的有效方法之一。通过化学氧化,可以将液态或气态的无机物和有机物转化成微毒、无毒的物质,或将其转化成易于分离的形态,达到降低废水COD,BOD及毒性的目的。处理废水常用的化学氧化剂有臭氧、次氯酸钠、过氧化氢、Fenton试剂等。

选矿废水中的药剂残余量较大,利用化学氧化法能将难降解有机物氧化成小分子有机物,改善废

[10]

水的可生化性。赵永红等进行了采用漂白粉氧化法去除水中黄药的试验研究,在漂白粉加入量为15mg/L,pH值为3,氧化时间3h时,可将浓度为

[11]

10mg/L的黄药溶液完全降解。吉鸿安采用臭氧氧化法对含超标黄药和2号油的选矿废水中进行了研究,试验结果表明,选矿废水中的黄药和2号油能被臭氧有效分解,氧化时间为5min时,黄药和2号油的去除率都达到了99%以上。2.4 人工湿地法

自从1972年Kickuth提出/根区理论0

[12]

研究了以中和法处理排入孝妇河

的矿山酸性废水,试验先用碳酸钙将废水pH值中

和至4.5左右,再改用氢氧化钙继续升高pH,最终出水pH值达到7.5,硫酸根和总铁含量为微量,达到排放要求。李学金等研究了采用两段中和法处理某铁矿尾矿库酸性废水,首先以矿物或废渣作中和剂,将废水的pH值调至4左右,再用石灰乳进行中和。试验结果表明:当石灰用量为0.5~0.8kg/m,絮凝剂投加比例为2@10时,出水pH值达到6~8,水质达到国家排放标准;两段中和法比一段法节省石灰用量,节约处理费用。FengD等

[7]

3

-6

[6]

利

用炼铁渣和炼钢渣的碱性和吸附性来中和酸性矿山废水并去除废水中的铜、铅等重金属离子,在南非某金矿选矿废水的处理中获得了成功。

酸碱中和法是处理酸性矿山废水最常用的传统方法,具有工艺简单、操作方便、运行费用低等优点,但也存在结垢严重、沉淀污泥量大、易造成二次污染等弊端。在处理酸性矿山废水时,为了提高处理效果,常将中和法与氧化法等其他方法结合使用。2.2 混凝沉降法

混凝沉降法是通过向废水中投加混凝剂来破坏胶体的稳定性,使细小悬浮颗粒和胶体颗粒聚集成较粗大的颗粒而沉降,从而达到废水净化的目的。常用的混凝剂有明矾、氯化铝、聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铁(PFC)、聚丙烯酰胺(PAM)等。

混凝沉降法作为一种基本的水净化方法,被广泛用于各种污水的处理,其主要机理是通过吸附架桥、沉淀物网捕、压缩双电层作用使胶体脱稳并凝结成絮体而沉降。针对不同的矿山废水,常将混凝沉降法与吸附法、化学氧化法等组成不同的处理工艺。严群等

[8]

以来,

人工湿地技术作为一种独特的新型污水处理技术进入了水污染控制领域。1974年,第1个用于污水处

[13]

理的人工湿地系统在西德的Othfrensen建成,此后,人工湿地技术因其优越的性能而获得了较快的发展。近年来,人工湿地工艺作为传统污水处理技术的替代工艺,已被广泛应用于生活污水、工业废水、农业废水的处理。

人工湿地属于自然生物污水处理系统,是一种污水处理与利用相结合的实用技术,其核心是基质-微生物-植物的复合生态系统,利用这种复合系统的物理、化学及生物三重协同作用,通过过滤、吸附、沉淀、溶解、络合反应、离子交换、植物吸收和微生物分解等多种途径实现对污水的净化。矿山废水中的悬浮物、有机污染物等可通过基质的过滤作用、湿地植物的拦截作用、植物根系生物膜的吸附作用、湿地生物的摄食作用和微生物的降解作用等得以去除,而矿山废水中的重金属离子则可通过填料的吸

采用混凝沉降)活性炭吸附工艺处理四川省攀

西地区某铅锌矿的选矿废水,不但降低了废水的重金属离子浓度,还解决了废水中CODCr偏高的问题,经过处理的废水回用后可得到与新鲜水相当的选矿指

#184# 严 群等:矿山废水的危害及治理技术研究进展 附作用和化学反应得以去除,同时,基质虽一般不能与废水中的重金属发生化学反应形成沉淀,但可以

[14]

通过络合作用将重金属转化为低毒状态。阳承胜等研究了以宽叶香蒲为优势物种的人工湿地系统对广东省韶关市凡口铅锌矿废水的净化效能,结果表明:经人工湿地系统处理后,废水中COD,固体悬浮物,Pb,Zn,Cu和Cd的去除率分别达92.19%,99.62%,93.98%,97.02%,96.87%和96.39%,水质得到明显改善,主要污染物SS,Pb,Zn,Cu和Cd的含量均达到工业标准,并接近农灌标

[16]

准。SardarKhan等研究了用人工湿地法去除工业废水中的重金属离子,试验结果表明:该法对工业废水中的Cd,Fe,Cr和Cu有较好的去除效果,去除率分别为91.9%,74.1%,.0%和48.3%。2.5 生物法

生物法通过生物有机体或其代谢产物与金属离子之间的相互作用达到净化污水的目的,具有成本低、环境友好等优点,已成为各国研究的热点。生物法包括生物吸附法、硫酸盐还原菌法等。生物吸附法(Biosorption)是利用微生物(活的、死的或它们的衍生物)分离水体系中的重金属离子的方法。微生物从溶液中分离重金属离子的机理分两种情况:一是胞内外的富集及胞外的沉淀,二是细胞表面的吸附或络合。细胞表面的吸附或络合对微生物是否具有活性无要求,而胞内和胞外的大量富集则往往要求微生物具有活性

[17]

[15]

2010年第8期

制,半工业试验结果表明,Zn,A1,Mn,Cd,Cu的去除率为99%,99%,96%,98%,96%

[21]

[20]

;CarmenM.Ne-

culita和GeraldJ.Zagury以枫木木屑和锯末作为反应器的有机碳源,进行了利用SRB处理酸性矿山废水的试验研究,结果表明,废水中SO4的浓度可由5500mg/L降至小于1mg/L,Fe,N,iCd,Zn,和Mn的去除率都在91.8%以上;JamesM.Castro[22]

等以马铃薯皮和肉牛厂粪便的混合物充当电子供体进行矿山废水生物处理试验,使废水水质有很大的改观,SO4,Fe,As的浓度分别由1200,100,5mg/L降为接近零,pH值升至中性。在国内,肖利

[23]

萍、刘文颖、褚玉芬2008年将锯屑与鸡粪混合物的发酵产物作为SRB的碳源,采用被动处理技术对酸性矿山废水进行试验,结果表明,酸性矿山废水在试验装置内停留一定时间后,由于SRB对SO4的还原作用,废水获得了充足的碱度,Fe和Cu的去除率均大于90%,SO4的浓度也有大幅度降低。

2-2-2-2-

3 结 语

目前处理矿山废水的方法主要有酸碱中和法、混凝沉降法、化学氧化法、人工湿地法和生物法5种。酸碱中和法和混凝沉降法都具有工艺简单、操作方便、运行费用低等优点,但也存在结垢严重,沉淀污泥量大,易造成二次污染等弊端。化学氧化法最显著的特点就是操作简单并能有效处理各种形态的污染物,但处理费用较高,因此很难在生产实践中推广应用。人工湿地法具有投资低、操作简单、抗冲击能力强和运行费用低廉等优点,但占地面积大,易受外界环境的影响,对一些难处理的废水效果不佳,有一定的局限性。微生物法作为一项新的实用技术,具有费用低、容易管理、适用性强、无二次污染、可回收短缺原料单质硫和一些重金属离子如铜、锌等优点,被越来越多地应用于废水处理中,但如何在常温下保持微生物的活性,如何消除重金属离子对微生物的抑制作用,以及微生物在废水处理中的作用机理等,都有待更深入的研究。

参 考 文 献

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[4] 邱廷省,王俊峰,罗仙平.重金属污染土壤治理技术应用现状

。硫酸盐还原菌法是利用硫

酸盐还原菌(SulfateReducingBacteria,lSRB)将

2-SO4还原为H2S,并进一步通过生物氧化作用将H2S氧化为单质S的方法骤:首先,SBR将SO

2-4

2-4

[18]

。该方法包括3个步

还原为硫化物,既可以去除

2-

废水中的SO,又可提高废水的pH值,降低废水对环境的危害;其次,利用还原过程中产生的S与废水中的重金属离子发生反应,生成重金属硫化物沉淀,有效去除废水中的重金属离子;最后,通过生物

2-氧化作用将H2S(S)氧化为单质硫。利用生物法处理矿山废水具有费用低、容易管理、适用性强、无二次污染、可回收金属资源等优点,因此,生物法在矿山废水处理方面具有很大的潜力。国外应用生物法处理矿山废水的实例较多,例如:Esteves等用改性后的马尾藻作吸附剂,处理质量浓度为98mg/L的含锌废水,锌的去除率可达99.7%;在1994)1998年间,由美国环保总署提供资金,利用SRB对利利-奥芬博伊矿的酸性矿山废水进行处理和控

[19]

#185#

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(收稿日期 2010-06-05)

#信息苑#重庆铁矿铝土矿整装勘查纳入国家找矿行动计划

市备忘录的实际行动,是与企业合作推进矿产资源勘查、建立上游开发企业和下游生产企业强强

联合模式的有机尝试。重庆市铁矿铝土矿整装勘查项目通过合作推动资源勘查增加铁矿铝土矿资源储量,将对重庆市贯彻落实西部大开发战略、促进地方经济发展起到重要作用。重庆市铁矿资源主要分布在巫山、綦江地区,2009年底保有储量约2亿;t铝土矿资源主要分布在南川、武隆地区,2009年底保有储量约6000万t。整装勘查项目设置1048km的铁

2

矿勘查区和3246km的铝土矿勘查区,预计提交可利用的铁矿石资源储量5亿、t铝土矿石资源储量1亿,t这将有效缓解重庆市快速发展对铁铝资源的巨大需求压力,为建设重庆市千亿元级的钢铁产业基地和铝业基地提供本地资源保障,促进重庆市资源加工产业的发展。如资源探明后重庆钢铁集团在使用本地铁矿石基础上每年节约进口矿石物流费用计约7亿元,资源优势迅即转化为产业优势、经济优势;中铝120万t氧化铝项目也将拥有良好的资源保障基础。

(重庆市公众信息网 2010-07-30)

2

近日,重庆市铁矿铝土矿整装勘查项目合作协

议签署完成,标志着作为国家找矿行动计划重要内容之一的重庆市铁矿铝土矿整装勘查项目全面启动,国土资源部副、党组成员、中国地质调查局汪民、重庆市副凌月明出席协议签字仪式,这是重庆市与国土资源部签署5关于推进统筹城乡综合配套改革工作备忘录6之后围绕矿产资源勘查推进共同合作形成的重要成果。重庆市铁矿铝土矿整装勘查项目是国土资源部组织的全国首批6个整装勘查项目之一,项目投资经费共计6亿元,其中财政投入1.5亿,其余部分由地方财政和企业共同投入。结合重庆市即将部署实施的3年找矿计划,重庆市矿产资源勘查项目投资将达13亿元。这是自2006年印发5关于加强地质工作的决定6以来,重庆市贯彻落实决定和立足国内提高矿产资源保障能力、努力实现矿产资源勘查新突破指示的重大部署,是、地方与企业三方共同探索实践地质找矿新机制的重要举措,是借鉴国际勘查开采一体化道路成功经验的具体试步,是落实国家找矿行动计划和部

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