矿山酸性废水处理技术现状及进展_白润才

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
［14 ］
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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%
［ 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
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［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
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但在 比较稳定， 弱酸性的环境中还会进一步发生化学反应 。
பைடு நூலகம்
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。
［7 ］
活饮用水的质量标准， 此方法有利于酸性矿山废水 ［11 ］ 的资源化利用 。 杜平等人针对硫酸盐酸性矿山废水， 通过静态 试验确定了 SＲB 的最佳生长条件， 并利用自行设计 的厌氧生物反应器同步进行脱氮除磷， 去除水中重 金属。试验结果表明， 处理废水的效果较好， 工艺可 行， 但去除率不是很高， 需进一步完善
2+ 中毒而 大 量 死 亡。 水 中 Fe 经 过 氧 化 作 用 生 成
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1． 1
酸性矿山废水的形成及危害
酸性矿山废水的形成
酸性矿山废水的产生主要是由于在采矿的过程 中， 矿物中的硫在氧化环境中被氧化溶解于水中 ， 使
2－ 得水中的 SO4 含量增高， 成为地下水中的主要阴 离子， 并与阳离子生成硫酸盐。 因为硫酸盐是强酸
［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
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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
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
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
酸性废水产生的主要原因及其危害 ， 总结了目前处理 AMD 常用的工艺技术方法， 并对各种方法的基本原理及其优 缺点进行了分析。简要介绍了国内外在矿山酸性废水治理领域出现的一系列新的处理技术 ， 进一步阐述了国内外 废水处理技术的研究进展及发展趋势 ， 提出了发展高效、 廉价、 安全及操作简便的酸性矿山废水处理技术的必要性 和必然性。 关键词： 矿山酸性废水（ AMD） ； 环境危害； 水体污染； 治理技术； 废水处理 中图分类号： X703 文献标志码： A 文章编号： 1001 － 5485 （ 2015 ） 02 － 0014 － 06
Fe3 + 结合 OH － 产生 Fe（ OH） 3 红褐色沉淀， Fe3 + ， 使得 水体底部以及两岸呈现红色， 影响美观。此外， 人体 长期接触酸性矿山水， 会腐蚀皮肤， 造成手脚开裂等， 影响人体身体健康。未经处理的酸性矿山废水排出 后， 进入地表水体， 当这部分水用来灌溉用农田， 会破 坏土壤结构， 使得土壤板结， 抑制农作物的生长， 严重
［5 ］
质量 Ⅲ 类 标 准， 且 树 脂 对 镉 的 吸 附 容 量 可 达 77 ［10 ］ mg / L， 对砷的吸附容量为1． 5 mg / L 。 2． 2 微生物法 近年来， 利用微生物处理矿山酸性废水在国内
外都引起了研究者的高度重视。微生物法的去除机 理主要是利用微生物在适宜的条件下能将二价铁氧 化， 并利用处理过程中产生的能量进行自身繁殖的 特性， 向酸性废水中加入适当的微生物进行氧化处 理， 同时， 投加一定的中和剂及沉淀剂使金属离子沉 淀， 通过过滤的方式， 最终达到水处理的目的。在我 国此方法尚处于实验室研究阶段， 未得到广泛应用。 但国内许多研究者针对此方法进行了积极探索和研 究， 以期使微生物法能尽快应用到工业生产中 。 万由令等人对硫酸盐还原菌（ SＲB ） 法进行了改 进， 采用玉米芯做碳源来对矿山酸性废水进行处理 。
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
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
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
［ 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 ）