矿山酸性废水治理的研究现状及发展趋势

SerialNo.486October.2009现　代　矿　业MORDENMINING总第486期2009年10月第10期

崔振红,341000江西省赣州市。矿山酸性废水治理的研究现状及发展趋势崔振红(江西理工大学资源与环境工程学院)

摘　要:介绍了矿山因酸性废水处理不当,造成的严重的环境污染状况。对矿山酸性废水的成因、特点、危害、应用及处理方法进行了综述。关键词:矿山废水;成因;处理中图分类号:X751 文献标识码:A 文章编号:167426082(2009)1020026203

AcidMineWastewaterTreatmentResearchandDevelopmentTrendCuiZhenhong(SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering,JiangxiUniversityofScienceandTechnology)Abstract:Acidminewastewaterresultedinseriousenvironmentalpollutionduetoimproperhan2dling.Thecauses,characteristics,hazards,applicationandprocessingmethodsofacidminewastewaterarereviewed.Keywords:Minewastewater;Cause;Processing

矿产资源是人类社会发展的物质基础。在矿产开发利用过程中不可避免地要破坏和改变自然环境,产生各种污染物质,污染大气、水体及土壤,给生态环境和人体健康带来诸多不利影响。事实证明,一些国家或地区的环境污染状况,在某种程度上总是与其矿产资源消耗水平相一致,矿山废水是矿山环境的主要污染源之一,其中又以酸性废水的危害最为严重。酸性废水的排入导致水质酸化,同时含有重金属离子的酸性废水会毒化土壤,导致植被枯萎、死亡。因此,消除矿山酸性废水的危害已成为矿山开采时必须要考虑的问题。1　矿山酸性废水的形成、特点及危害1.1　矿山酸性废水的形成金属矿山废水主要来自采矿生产中排出的矿坑水、废石场的雨淋污水和选矿厂排出的洗矿、尾矿废水。由于金属矿体往往伴生着多种金属的硫化矿物,在开采过程中,这些矿物在空气、水和细菌的共同作用下,形成硫酸～硫酸高铁溶液。并溶出矿石中的多种金属离子,因而产生含铜、铁、铅、锌、镉、砷等的酸性废水。矿山酸性废水形成机制如下[1],以FeS2氧化过程为例。(1)硫化物与氧起反应生成可溶性硫酸盐:干燥环境下:FeS

2+3O2=FeSO4+SO2

潮湿环境中:FeS

2+2H2O+7O2=2FeSO4+

2H2SO4

(2)硫酸亚铁在硫酸和氧的作用下生成硫酸

铁,在此过程中细菌是触媒剂,它大大加速这个过程:

4FeSO4+2H2SO4+O2=2Fe2(SO4)3+2H2O(3)硫酸铁可与硫化铁反应,进一步促进氧化

,

并加速酸的形成:

7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O=15FeSO4+8H2SO4

总反应方程式为:

FeS2+1.875O2+6.5Fe+4.25H2O=7.5Fe2++2SO2-4+8.5H+因此,一般在下列条件下容易形成酸性水:矿岩中含有黄铁矿;矿岩中没有足够数量消耗或中和酸的碳酸盐或其他碱性物质;黄铁矿被随意排弃在非专用的水池中。1.2　矿山酸性废水的特点矿山酸性废水一般pH值在2～4,重金属离子的含量为每升几毫克至几百毫克,也有高达数千毫克的情况,有的还含有一定数量的铜、锌、锰、砷和二氧化硅等[2]。并且,矿山废水水量大,据统计,每开采1t矿石,废水的排放量约为1m

3

,不少矿山每天

排放数千至数万立方米的废水。由于矿山废水主要62来源于地下水和地表降水,矿山开采完毕,这些水仍然继续流出,如果不采取措施,对环境将造成长期的不利影响。而且,矿山废水的水量与水质随着矿床类型、赋存条件、采矿方法和自然条件的不同,有很大的差异,其水质水量的变化规律也不同,水量波动很大,水的成分和含量变化也大。1.3　矿山酸性废水的危害矿山酸性废水会腐蚀管道、水泵、钢轨等矿井设备和混凝土结构,而且,由于含有红褐色的Fe(OH)3沉淀,其色度和悬浮物都大大超标,含重金属离子的酸性水对大多数植被都具有毒负作用,可以导致植被的枯萎、死亡,土壤的酸化、毒化。此类酸性水不经处理而直接排人河流则会消耗水的溶解氧;废水的低pH值对水生物特别是鱼类、藻类也构成极大威胁[3];更严重的是重金离子通过食物链的富集而最终危害人类的健康。2　矿山酸性废水的应用及处理方法2.1　矿山酸性废水的应用矿山酸性废水中有很多有用的金属物质。如铜、锰、铁等,如果将这些金属物质直接丢弃不仅对环境有严重污染,而且也是对资源的一种浪费,因此,随着资源越来越紧缺,人们将更加重视从废水中回收资源。刘茉、雷兆武等[4]研究了乳状液膜分离废水中铜离子的过程,并进行了液膜连续处理矿山酸性废水试验,试验证明,乳状液膜技术可以提取并且回收矿山酸性废水中的铜离子,但在制乳,提取分离及破乳的过程中还有一些具体问题要克服。Xin2chaoWei和RogerCViaderoJr[5]用矿山酸性废水作为原料来合成纳米磁性材料,试验表明,用矿山酸性废水为原料合成的纳米磁性材料绝大部分粒径都在10～15nm以内,并且颗粒形状以球形和立方体为主。因此,用矿山酸性废水作为原料来合成纳米磁性材料是可行的,并且和专门的化学原料相比,矿山酸性废水的成本要低得多。2.2　矿山酸性废水的处理方法2.2.1　中和法中和法就是向酸性废水中投人碱中和剂,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[6]。中和法是目前处理酸性废水比较成熟的方法。中和剂主要采用石灰石或石灰;也有采用粉煤灰、煤矸石、电石泥等作为中和剂;也可用碱性废液或废渣(电石渣、石灰渣)中和酸性废水。从理论上讲,在一定pH值下石灰或石灰石都能使金属沉淀。但由于各尾矿所要处理废水中可能含络合试剂或离子,

其沉淀及沉淀完成程度差异极大。同时处理后生成的硫酸钙渣较多,容易造成二次污染[7]。国内在矿山酸性废水采用中和法的处理方面,

基本上沿袭石灰乳中和法[8]。应用石灰石作中和剂处理酸性废水,经历了石碾法、石灰石中和滚筒法、普通中和滤池、升流式膨胀滤池和升流式变滤速膨胀中和塔法。这些方法在处理含盐酸、硝酸及低浓度的酸性废水方面,均得到了广泛的应用[9]。美国环保局认为石灰石加石灰乳串联工艺处理含重金属离子的矿山酸性废水是最经济的方法,比单纯的石灰乳中和法能降低30%的处理成本。在日本,处理酸性废水通常使用石灰石作中和剂,使pH达到5

左右,再加人中和剂石灰,pH值继续升高。即通过所谓的二段中和法处理含重金属离子的酸性废水。二段中和法在三菱金属、细仓矿业、同和矿业及小坂矿业等东北地区的矿山得到了广泛应用[10]。2.2.2　人工湿地法人工湿地法是根据天然湿地净化污水的机理,

由人工将砾石、砂、土壤及煤渣等材质按一定比例填入,并有选择性地种植有关植物,利用特定植物在湿地中能降低酸性水中金属离子的作用,让酸性水缓慢流经人为的植物群落。达到活体过滤的目的。同时湿地也可为微生物群落的附着生长提供条件,缓慢的水流与人工湿地单元基质发生一定的中和作用[11]。目前,人工湿地法在国外已用于实际酸性水的处理,如美国已在煤矿系统建设了400多座人工湿地处理系统,使出水pH值提高到6～9,平均铁总含量不大于3mg/L[12]。德国Wismut公司的湿地试验结果表明,采用湿地法处理矿坑含铀废水的运行费用仅为2马克/m(约合人民币9～10元/m),远低于常规水处理方法,铀的去除效果可达到50%[13]。国内对矿山废水采用湿地法处理的报道还很少,阳承胜等人对广东韶关凡口铅锌矿采矿废水的研究表明,经湿地系统处理后,COD、SS、Pb、Zn、Cu和Cd的去除率分别为92.19%、99.62%、93.98%、97.02%、96.87%和96.39%,主要污染物TSS、Pb、Zn等均达到工业排放标准。此外,人工湿地在处理铁矿酸性废水的试验结果表明,酸水pH值由2.6

升高到6.1;铜离子去除率99.7%;铁离子99.8%;

锰离子70.9%[14～16]。2.2.3　微生物法72

崔振红:矿山酸性废水治理的研究现状及发展趋势 2009年10月第10期这是目前国内外处理酸性矿山废水的最新方法。具有费用低、适用性强、无二次污染、可回收短缺原料单质硫等优点成为最有潜力的含硫酸盐矿山酸性废水的处理方法。利用自然界硫循环原理的生物法处理含重金属离子酸性废水是一门前沿技术,该方法就是利用硫酸盐还原菌(SRB———SulfateReducingBacteria)将SO2-4还原为H2S并进一步通过生物氧化作用将H2S氧化为单质S的过程[17]。硫酸盐还原菌种类

较多,广泛分布于海水、淡水和适宜的陆地环境中[18]。从微生物学角度,人们将SRB分为11个属,

40多种。根据不同的生理生化特性,可以分为异化硫酸盐还原细菌和异化硫还原细菌(“异化”是指还原的硫酸盐组分并未同化为细菌的细胞组分,而是作为产物释放)。前者利用乳酸盐、丙酮酸盐和乙醇等作为碳源和能量基质,还原硫酸盐生成硫化物;

后者则不能还原硫酸盐,只能还原元素硫。3　结　语综上所述,矿山废水处理方法主要包括中和法、湿地法和微生物法。因微生物法处理矿山酸性废水具有费用低、适用性强、可回收短缺原料单质硫等优点,因此,该法成为最有潜力的矿山废水处理方法之一。而与此相比,矿山废水的综合回收利用最具发展前景。

参　考　文　献:

[1]　韦冠俊.矿山环境工程[M].北京:冶金工业出版社,2001.92～96.

[2]　熊报国,矿山废水处理的研究与应用[J].环境与开发,1999,14(4):37～40.[3]　PeppasA,KomnitsasK.HalikiaI.Useoforganiccovel～foracid

minedrainagecontrol[J].MineralsEngineering,2000,13(5):563～574.

[4]　刘　茉,雷兆武.乳状液膜自矿山含铜酸性废水中提取铜的研究[J].化学工程师,2005,122(11):6～8.

[5]　XinchaoWei,RogerCViaderoJr.Synthesisofmagnetitenanopar2ticleswithferricironrecoveredfromacidminedrainage:Implica2tionsforenvironmentalengineering[J].ColloidsandSurfacesA:Physi2cochemicalandEngineeringAspects.2007,294(2):280～286.[6]　杨根祥.矿山酸性废水的污染与治理技术研究[J].西部探矿工程,2000(6):51～52.