矿山酸性废水处理技术现状及进展_白润才

［ 5 ］ 时会造成农作物大面积的死亡， 造成粮食减产 。
弱碱盐， 所 以 会 导 致 水 体 呈 酸 性 。以 黄 铁 矿 为 ， 例 酸性废水产生的具体过程如下： 2FeS2 + 7O2 + 2H2 O →2FeSO4 + 2H2 SO4 。 黄 铁 矿 在 氧 化 的 环 境 中 生 成 为 FeSO4 和 H2 SO4 ， 其中 生 成 的 H2 SO4 呈 酸 性， 但 FeSO4 不 稳 定， 在酸性水环境中还要进一步被氧化 。 4FeSO4 + 2H2 SO4 + O2 →2Fe2 （ SO4 ） 3 + 2H2 O 在此过程中生成的 Fe2 （ SO4 ）
在国民经济不断增长、 社会不断向前发展及人民 生活水平不断提高的过程中， 矿产资源起到了非常重 要的作用。然而， 由于长期对矿产资源无序的不合理 ， 开发 诱发的一系列严重的矿山环境问题也不容小 。矿山酸性废水（ AMD） 就是其中之一。AMD 因 其酸度大， 同时还含有铜、 铅、 锌、 镉等重金属离子， 所 觑 以对环境的影响非常大。一旦废水直接流入自然水 系进而汇入区域水系， 会给下游居民生活、 生产及其 赖以生存的生态环境造成极大的影响和危害。政府 和产业领导者都认定 AMD 为当今采矿工业所面对的 首要环境问题
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2Fe2 （ SO4 ） 3 + 6H2 O →2Fe（ OH） 3 + 3H2 SO4
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Fe2 （ SO4 ） 3 水解生成 Fe（ OH） 3 与 H2 SO4 ， 使水的 pH 值进一步减少。而生成的 Fe （ OH） 3 失水后， 生成 “铁帽” 。 不溶于水的黄褐色褐铁矿沉淀， 即所谓的 在此循环反应的过程中产生了大量的酸， 使水体 呈酸性。然而上述化学反应在一般情况下进行得比
［ 4 ］ 较缓慢， 而在硫氧化细菌参与下会使其加速进行 。
1． 2
矿山酸性废水的危害 随着采矿技术的不断进步与发展， 当矿山酸性
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水未经处理直接排出， 会造成水体污染。首先， 废水 具有极高的酸度， 会腐蚀管道及设备， 降低其使用寿 命， 增加维修成本， 使生产费用提高。 水中的重金属离子会使鱼类、 浮游生物、 藻类等
Fe2 + 平均去除率在 90% 以上， 重金属的平均去除率 在 99% 以上
［ 13 ］

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苏冰琴等以硫酸盐还原菌处理矿山酸性废水， 以污水处理厂污泥的酸性发酵产物为硫酸盐还原菌 （ SＲB ） 的碳源， 在厌氧膨胀颗粒污泥床（ EGSB ） 反应 器中， 进行实验研究。 试验结果表明， 常温 （ 20℃ ） 2－ ， SO 3 000 mg / L， pH 值 条件下 当废水中 浓度为 4 EGSB 反应器中液体升流速度为5． 0 m / h， 为3． 0 ， 水 2－ 力停留时间 HＲT = 13． 8 h， 碳源 COD / SO4 比值取 1． 0 左右时， SO4 2 － 还 处理后的污水 pH 值可达 6． 0 ， COD 去 除 率 为 45． 1% ， 原率 达 到 63． 6% ， 重金属 Mn2 + ， Ni2 + ， Zn2 + ， Cu2 + 去除率均在 89% 以上。 Fe2 + ， 出水酸度和重金属离子浓度均可达标排放
3
［3 ］
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国内外常用处理工艺及其分类
目前国内外对矿山酸性水处理方法主要有化学
。
但在 比较稳定， 弱酸性的环境中还会进一步发生化学反应 。
处理、 物理处理及生物处理等， 其中最常用的工艺方 法主要包括中和法、 微生物法、 人工湿地法及膜法等。
收稿日期： 2013 － 11 － 21 ； 修回日期： 2013 － 12 － 23 （ 电话） 13941890015 （ 电子信箱） bairuncai@ 作者简介： 白润才（ 1961 － ） ， 男， 辽宁阜新人， 教授， 主要从事露天开采理论与技术方向的研究， 126． com。
［12 ］
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并 董慧等人用硫酸盐还原菌处理矿山酸性废水， 以葡萄糖及豆奶粉作为硫酸盐还原菌的碳氮源， 在厌 氧条件下研究其最优生长条件及处理效果。结果表 明， 在废水的 pH 为3． 0 左右， 水温为 26 ～ 27 ℃ ， 水中 Fe2 + 的质量度小于 450 mg / L， m （ COD ） / m （ SO4 2 － ） （ 摩尔质量比） 大于1． 5 的条件下， SO4 2 － 去除效果稳
2－ 定， 平均去除率在 80% 以上； 而 m （ COD ） / m （ SO4 ） （ 摩尔质量比） 大于2． 0 时， COD 有较好的降解效果，
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李笛等人针对矿山酸性废水中的微量有毒的重 金属的去除进行了研究。 通过对比石灰石法、 石灰 法、 石灰石 － 石灰法的去除效果得出， 石灰法与石灰 石 － 石灰法的去除率相当， 但高于石灰石法， 但石灰 石 － 石灰二段法， 相对于石灰法来说石灰的投加量 ［8 ］ 降低了 1 /3 ， 沉渣产生量也相对减少 。 何孝磊等人从节约成本的角度出发采用高密度 泥浆法 （ HDS ） 对某矿酸性废水进行处理。 实验结 果表明， 中和所用药剂量可降低16． 7% ， 絮凝所用药 剂量也有所降低， 从而减少了处理费用。 在处理过 程中， 泥水分离时间短、 中和渣沉降性能好， 并且处 ［9 ］ 。 理后的废水可达标排放 黄羽飞等人针对某锡矿中的酸性废水进行研 究， 采用高浓度泥浆工艺 （ HDS ） 及树脂吸附法进行 深度处理。实验结果表明， 经过处理的废水水质达 标， 经树脂吸附后废水中镉、 砷均可达到地表水环境
第32 卷第2 期 2 015 年2 月
长 江 科 学 院 院 报 Journal of Yangtze Ｒiver Scientific Ｒesearch Institute
Vol． 32 No． 2 Feb． 2 0 1 5 2015 ， 32 （ 02 ） ： 14 － 19
DOI： 10． 3969 / j． issn． 1001 － 5485． 2015． 02． 004
矿山酸性废水处理技术现状及进展
1 李 白润才 ， 1 1， 2 1 彬 ， 李三川 ， 刘光伟
（ 1． 辽宁工程技术大学 矿业学院 ， 辽宁 阜新 123000 ； 摘
2． 平庄煤业集团 元宝山露天煤矿 ， 内蒙古 赤峰 024076 ）
要： 矿山酸性废水（ AMD） 因其酸度大， 同时还含有铜、 铅、 锌、 镉等重金属离子， 对环境危害极大。 分析了矿山
第2 期
白润才 等
矿山酸性废水处理技术现状及进展
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2． 1
中和法
中和法是最常用的处理方法， 该方法是向废水 中投入中和剂， 使废水中重金属离子生成氢氧化物 沉淀与水分离， 使废水达到排放标准。 一般采用石 灰石或石灰作为中和剂进行中和处理 。但传统的中 和法渣量大、 管道及设备易结垢、 易产生 2 次污染等 缺点。不少学者针对此种情况， 在原有的中和方法 的基础上进行了改进， 并且取得了不错的效果。 郑 雅杰等人在传统中和法的基础上对其工艺进行优 化， 用石灰和氢氧化钠二段中和法来处理酸性矿山 废水。 结果表明， 处理后的废水中铁、 锰、 锌离子的 99． 7% ， 去除率均可达到 以上 水质达到国标规定的 排放要求。与传统的中和法比较， 此方法产生的渣 量小， 而且生成的渣具有一定的利用价值 ， 可减轻环 境的压力
2－ 实验结果表明， 处理后的废水中 SO4 的含量降低 到221． 1 mg / L。其中重金属离子的含量也可达到生
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庄明龙采用硫化钠做沉淀剂可将铜、 铁离子分 离， 当其加入硫化钠浓度为 0． 80 g / L， 反应时间为 15 min时， 铜的回收率可达到99． 96% ， 铁的回收率 为7． 92% 。采用石灰做中和剂， 中和废水酸度， 处理 后的水可以达到 GB8978 —1996《污水综合排放标 准》 的一级排放标准， 而且处理的水还可达到回收 ［6 ］ 再利用的要求 。 杨晓松等人针对传统石灰法处理矿山酸性废水 的不足， 研究了高浓度泥浆法 （ HDS ） 对废水的处理 机理。研究结果表明， 此工艺可加快污泥沉降与分 ， Zeta 离的速度 底泥 电位的提高， 使硫酸钙更加容 易附着， 减小了管路、 设备结垢。处理后的污水水质 稳 定 并 且 可 以 达 到 排 放 二 级 标 准， 处理效果较 好
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长江科学院院报
2015 年
微生物法简单易行， 成本低廉， 不仅容易回收金 属元素， 而且可以有效去除水中的 N 和 P 等营养物 质， 解决了 2 次污染问题， 达到高效率低能耗的效 果， 在我国有广泛的发展前景。 但是由于其对 pH 值、 温度等条件要求较高， 因此， 为使其更广泛地应 用还需要进行更深入的研究与探索 。 2． 3 人工湿地法 人工湿地一般由人工基质和生长在其上的水生 植物组成， 是一种独特的土壤—植物—微生物生态 系统。人工湿地法处理酸性废水的基本原理就是在 湿地植物、 水体和基质的共同作用下实现对污水的 净化。这一过程主要包括物理作用、 化学作用和生 物作用。 其中物理作用主要是过滤、 沉积作用。 利用人 工湿地的基质层及密集的植物茎叶和根系， 对流入 湿地的酸性水进行过滤、 截留， 并将悬浮物沉积在基 质中； 化学作用主要包括化学沉淀、 吸附、 离子交换、 拮抗和氧化还原反应等。利用一系列化学反应将可 溶性化合物转化成不溶状态， 从水体中分离出来。 此外， 人工湿地系统本身是一个生物生态系统 ， 生物 作用过程对污染物的去除起着非常重要的作用 。 人工湿地系统对废水的处理作用是相互影响、 相互依赖的， 各因素之间的相互作用使得人工湿地 系统成为一个复杂的净化体系。由于它的复杂性对 于重金属离子的去除机理还有待于进一步研究 。 人工湿地系统具有建造成本和运行成本低、 能 耗低、 操作简单、 适应能力强等优点， 同时如果选择 合适的植物品种还有美化环境的作用 ， 然而， 此法同 时也存在着占地面积较大、 受环境影响大、 湿地维护 费用较高等问题。 2． 4 膜 法 膜分离技术作为一种高新技术在工业废水处理 领域已有广泛的研究和探索，由于其分离效率高、 无相变、 节能环保、 设备简单、 操作简便等特点，使 其在水处理领域具有相当的技术优势 ，已成为水处 理领域中不可或缺的技术之一。 陈明等人用两段反渗透工艺处理金铜矿酸性废 水。实验结果显示， 水的回收率达36． 79% ， 透过液 可满足排放标准。处理后的浓缩液用硫化沉淀浮选 法， 处理后得到的铜渣中含铜率为26． 3% ， 其中铜可 回收利用， 并且回收率可达到 74%