金属矿山酸性废水处理技术研究进展.pdf 4页

'Vo1．21，No．4第21卷第4期中国矿业2012年4月CHINAMININGMAGAZINEApr．2012金属矿山酸性废水处理技术研究进展张鑫，张焕祯(中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京100083)摘要：概述了矿山酸性废水的形成及危害，重点介绍了几种常见的处理矿山酸性废水的处理技术如中和法、硫化物沉淀法、吸附法、离子交换法和人工湿地法，同时介绍了它们的原理、特点和存在的问题，在此基础上，对矿山酸性废水处理技术的研究进行了展望。关键词：矿山酸性废水；处理技术；金属矿山中图分类号：X751．03文献标识码：B文章编号：1004—4051(2012)O4—0045—04ProgressinresearchofmetalmineacidwastewatertreatmentZHANGXin，ZHANGHuan-zhen(SchoolofWaterResourcesandEnvironment，ChinaUniversityofTechnology(Beijing)，Beijing100083，China)Abstract：Theformationandhazardsofacidminewastewaterweresummarized．Somecommontreat—menttechnologiesfortheacidminewastewatersuchasneutralizationmethod，sulfidesedimentmethod，ad—sorptionmethod，ionexchangemethodandartificialwetlandmethodwereintroduced．Theprinciples，char—acteristicsandproblemsofthesemethodswerealsodescribed．Basedontheaboveanalysis，prospectsfortheacidminewastewatertreatmenttechnologywereputforward．Keywords：acidminewastewater；treatmenttechnology；meta1mine随着经济社会的高速发展，对矿产资源的需能直接循环利用，矿山酸性废水若排入河流、湖泊求日益增加，矿产资源的开发利用过程难免对环等水体会导致水质酸化，使细菌、微生物的生长环境造成污染和破坏。矿山酸性废水不仅pH值较低境遭到破坏，降低水体的自净功能。废水的低pH还含有伴生的重金属，如不加适当处理就会对环值对水生生物特别是鱼类、藻类也构成极大威胁。境产生严重的污染，所以已开发出多种矿山酸性若酸性废水污染土壤还会使土壤酸化和毒化，导致废水的处理技术。因此对已有的处理技术进行归植被枯萎、死亡【3]。矿山酸性废水的危害不同于有纳总结，找出其研究和改进的突破口使其更加有机物，重金属是不可生物降解的，很难从环境当中效的处理矿山酸性废水是十分必要的。去除。一旦进入微生物或微生物群落，重金属就会1矿山酸性废水的形成及危害留在生物体内从而导致生物富集。被生物富集的重在大部分矿物开采过程中会产生大量矿坑涌金属能随着食物链以更高的浓度传递到其他物种当水。当矿石或围岩中含有的硫化物矿物与空气、中，引起生物放大作用。通过生物富集和生物放大水接触时，矿坑涌水就会被氧化成酸性矿坑废作用，重金属在生物体中的浓度远远高于其在环境水_】]。酸性矿坑水极易溶解矿石中的重金属，造中的浓度。高浓度的重金属对于生物体是具有毒性成矿坑水中重金属浓度严重超标。同时在雨水的的，严重危害生态环境和人类健康。冲刷作用下废石堆和尾矿也产生大量含有高浓度2矿山酸性废水的处理技术重金属的酸性淋滤水。目前，处理矿山酸性废水的方法主要有中和矿山酸性废水中含有大量的有害物质，一般不法、硫化物沉淀法、人工湿地法、吸附法和离子交换法等。收稿日期：2011一10—122．1中和法作者简介：张鑫(1987一)，女，硕士研究生，研究方向为水处对于矿山酸性废水的处理目前国内外应用最理技术。E—mail：zhangxin1987Ol14@sina．corn；张焕祯(1959～)，教授，博士生导师。广泛的方法是中和法。中和法亦称氢氧化物沉淀 46中国矿业第21卷法，通过向酸性废水中投加中和剂，重金属离子费用，提高废水处理量，效果显著¨8引。另一方面与氢氧根反应，生成难溶的氢氧化物沉淀，从而沉淀底泥中残留的未经充分反应的中和药剂可以将酸性矿山废水中的重金属离子去除。再次参与反应，可以降低中和药剂消耗量，降低目前，国内通常以石灰或石灰石作为中和剂，处理成本_1。基于HDS法的这些优点，此方法的一般有三种工艺流程]：①直接投加石灰法。将石应用也十分广泛。在国外贝茨莱亨钢铁公司、科灰配制成石灰乳投入反应沟流入反应池，再在沉淀名科公司特雷尔冶炼厂均有使用。在国内该技术池沉淀后除去中和生成物；②石灰石中和滚筒法。由北京矿冶研究总院在德兴铜矿、新桥硫铁矿和将石灰石置于滚筒内，滚筒的旋转会引起石灰石相辽宁葫芦岛锌厂进行了推广应用。互撞击，破坏石灰石表面生成的CaSO4膜，从而扩苏打及苛性碱做中和剂虽然效果好，但价格大酸性水与石灰石的接触面，使中和反应继续下去；昂贵，一般不采用。所以开发研究出中和效果好③升流式变滤速膨胀中和法。将细颗粒石灰石或白价格低廉的新型中和剂尤为重要。兰秋平等口在云石装入圆锥体形的中和塔，水流自下而上通过滤德兴铜矿进行了利用电石渣替代石灰处理酸性废料，使中和反应进行得更加充分。水的试验研究，对电石渣替代石灰处理酸性废水对于直接投加石灰法最原始的方法是LDS法作了经济技术比较，此法降低了物耗、能耗，起(低密度泥浆法)。该方法是先向酸性矿山废水中加到“以废治废”的效果，取得了较好的经济、环入石灰浆进行pH值调整。然后加入絮凝剂，在浓境和社会效益。该方法有着广阔的发展前景，在密池中进行固液分离，最后出水排放，底渣进入尾其他矿山酸性废水处理中有很好的推广价值。矿库。虽然低浓度泥浆法操作简单，运行费用低，2．2硫化物沉淀法但此方法存在了许多问题，如：由于加入的石灰等硫化物沉淀法是利用硫化剂将水溶液中的重中和剂有一部分被沉淀物所包覆，使得底浆中还有金属离子转化为难溶的金属硫化物沉淀，然后加未反应的石灰，造成中和剂的浪费，使处理成本增入表面活性剂改变沉淀物表面的疏水性，疏水性加；沉降泥浆中的颗粒小，降低了沉降和分离的速沉淀物与起泡剂发生黏附上浮，从而去除或回收度，使得澄清过程缓慢泥浆沉降困难；结垢现象严水中重金属离子。硫化物沉淀法的优点是：许多重；处理能力较差，出水不稳定。重金属硫化物的溶解度比其氢氧化物的溶解度更为了克服LDS法的种种缺点，在此基础上发低，故可以达到更高的去除率；可以在相对较低展了HDS法(高浓度泥浆法)。这种工艺是在的pH值下，达到较高的金属沉淀率；金属硫化物LDS法的基础上将一部分泥浆回流到中和池的处具有优良的沉淀特性和稳定性，沉淀物难于反理方法。高浓度泥浆法相比低浓度泥浆法有以下溶[】。因此，用硫化物去除废水中溶解性的重金一些优点：降低了石灰的消耗量，从而降低了处属离子是一种有效的处理方法。常用的硫化剂有理成本；由于沉降底泥中的颗粒大，加快了沉降Na2S、NariS、H2S等引。和分离的速度；有效减少结垢现象，保证了设备硫化物沉淀法的缺点是：硫化剂来源有限，的正常运行；可以实现全自动控制水量、加入药价格比较昂贵；硫化物沉淀颗粒小，易形成胶体；剂和pH值；由于降低了废水中的钙等离子的含为使重金属离子充分沉淀，需向废水中加入过量量，减少了结垢现象使得仪表的使用寿命延长；的硫化剂，在酸性废水中易产生H。S气体，产生出水水质较稳定，能够符合排放标准；易对现有的石灰法处理系统进行改造，且改造费用低_7]。其二次污染l_】。这一缺点限制了该法的广泛应用。中，HDS相对于LDS一个最具突破性的进展是让为了防止二次污染问题，英国学者研究出了改进沉淀底泥按一定比例回流，回流泥浆与酸性废水的硫化物沉淀法，即在需处理的废水中有选择性快速混合，再循环参与到中和反应中。进行泥浆的加入硫化物离子和另一种重金属离子，该重金回流有两大好处，一方面循环底泥在反应体系中属的硫化物离子平衡浓度比需要除去的重金属污通过吸附、卷带、共沉等作用，可使反应物在其染物质的硫化物的平衡浓度高。由于加进去的重上附着并生长，经过多次循环往复后可粗粒化、金属的硫化物比废水中的重金属的硫化物更易溶晶体化，形成高密度、高浓度易于沉降的絮体，解，这样废水中原有的重金属离子就比添加进去加快了沉降速度，不仅如此，用此方法产生的污的重金属离子先分离出来，同时防止有害气体硫泥密度大，产生的污泥量少，大大节省了污泥输送化氢生成和硫化物离子残留问题。 第4期张鑫，等：金属矿山酸性废水处理技术研究进展472．3吸附法但离子交换中所用的交换树脂需要频繁地再吸附法在矿山酸性废水处理中占有重要的地位，生，使操作费用较高，因此在选择此法时要充分也是近几年来的研究热点。吸附法是利用多孔性的考虑其工业费用。另外此法操作要求严，废水处固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体理物浓度不宜太高，有的还存在再生废水问题、表面从而使其去除的方法。不同吸附剂的吸附机理树脂中毒和老化问题等。饱和树脂再生应朝着降不尽相同，有的物理吸附占主导，有的化学吸附占低解吸剂成本、优化再生操作条件、重金属可回主导。目前，常用的吸附剂主要有两类，一类是黏收利用的方向发展，但饱和树脂的再生问题研究土类矿物如膨润土、蒙脱土、凹凸棒石、硅藻土和还不够充分。海泡石等。黏土矿物具有独特的层状结构从而表现目前国内外都在研究金属氢氧化物沉淀一离子出良好的吸附和离子交换性能，在废水处理中有广交换吸附法与活性炭一离子交换吸附法。将其他废阔的应用前景。另一类是生物吸附剂如藻类、细菌、水处理技术与离子交换法相结合的处理技术，有真菌、树皮、果壳、锯末、秸秆、蔗渣等。C．A．Rios望成为最经济合理的方案_2引。等_】。人研究了粉煤灰、天然炉渣和人造沸石对酸性2．5人工湿地矿山废水重金属离子的去除效果的研究。Dinesh湿地处理系统是一种利用低洼湿地和沼泽地Mohan等_1研究了褐煤对矿山酸性废水中金属离子处理污水的方法。污水有控制地投配到种有芦苇、的吸附作用，结果表明褐煤能被用作矿山酸性废水香蒲等耐水性、沼泽性植物的湿地上，废水在沿处理的吸附剂。HepingCui等0=研究了斜发沸石对一定方向流行过程中，在耐水性植物和土壤共同矿山废水中锌等重金属在鼓泡塔中的吸附情况。作用下得以净化。人工湿地是人对自然湿地系统近年来对于新型吸附剂对重金属离子的去除的模拟，利用生态的方法来去除污染物，以达到效果研究有很多，但对于吸附机理、吸附剂再生净化污水的目的，它利用自然生态系统中的物理、方面的研究还有很多不足。吸附剂吸附重金属离化学和生物的三者协同作用，通过过滤、吸附、子后如不进行妥善处理容易造成二次污染，吸附共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来买现剂的重复利用对于降低处理成本具有重要意义，对污水的高效净化_2。所以对于吸附剂再生方面的研究还是十分必要的。湿地中重金属的去除机制是十分复杂的主要同时目前的研究大多是针对实验室模拟废水，对是通过物理，化学和各种各样的生物过程来完成于实际废水的研究很少，由于实际废水成分复杂，的，具体包括沉淀、过滤、吸附和共沉淀等[2。影响因素众多，所以研究的吸附剂的实用价值还同时各种去除作用又是相互影响，相互依赖的，不确定。目前许多研究者都对所研究的吸附剂进由于它的复杂性对于重金属离子的去除机理还有行改性以提高吸附剂的吸附性能，这无疑会增加待于进一步研究。处理成本，所以开发研究有效的天然吸附剂也是我国对于人工湿地法处理矿山酸性废水的研究吸附法的一个重要的研究方向。取得了一定的理论和实践成果。人工湿地处理铁矿2．4离子交换法酸性废水的实验结果表明l_25]酸性废水pH值由2．6离子交换法在废水处理中，主要用于去除废升高到6．1；铜离子由25．79×10减少到0．099×水中溶解态的离子。离子交换的实质是不溶性离10一，去除率为99．7；铁离子由36．50×10降子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与溶液到O．031N10一，去除率为99．8；锰离子从393．6中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸×10降低到107．20×10～，去除率为70．9。附过程，通常是可逆性化学吸附。人工湿地法具有投资少、运行费用低等优点，废水中重金属离子基本上是以离子状态存在，但此法在具体应用上还存在许多问题如占地面积用离子交换法处理能有效地除去和回收废水中的重大，处理受环境影响很大等。为了解决人工湿地金属离子，具有处理容量大，出水水质好，能回收法的不足今后需深入开展以下几方面的研究：一水等特点而得以应用，此法用于含锌、铜、镍、铬是研究填料吸附量与污水起始浓度和填料用量的等重金属阳离子废水的治理以及处理含放射性的碱函数关系及相关参数的测定问题；二是加强人工性物质均取得了较好的效果。徐新阳等采用离子湿地基质去除污染物机理的研究，开发吸附量大、交换法处理某铜矿山酸性废水，获得了理想的处理价格低廉的新兴基质材料；三是加强寻找适宜寒效果，处理后的废水达到国家排放标准。冷环境且对重金属富集能力强的水生植物_2引。 48中国矿业第21卷3结论何孝磊，程一松，何丽．HDS工艺处理某矿山酸性废水试验研究口]．金属矿山，2010(1)：147—150，174．酸性矿山废水成分复杂，处理方法众多。中杨晓松，刘峰彪，宋文涛，等．高密度泥浆法处理酸性矿和法应用最广泛，但仍需研究处理效果好且价格山废水[J]．有色金属，2005，57(4)：97—100．低廉的中和剂。硫化物沉淀法在处理过程中容易兰秋平，占幼鸿．利用电石渣替代石灰处理酸性水的研究产生二次污染。对于吸附法和离子交换法，开发与应用[J]．矿业快报，2007(4)：41—43，91．优良的吸附剂和离子交换剂十分重要。人工湿地傅贤书，黄琼玉．重金属废水的转化法处理[J]．环境化学，1984，3(6)：1o一16．处理技术应加强对基质和耐酸耐重金属植物的研徐根良，肖大松，肖敏．重金属废水处理技术综述[J]．究。在矿山废水的处理过程中应结合酸性废水性水处理技术，1991，17(2)：77—86．质和矿山所处区域的实际情况，有针对性地选择程义，何哲祥，郭朝晖．矿山酸性废水处理技术新进展适宜的处理方法。总之，无论选择那种处理方法[J]．矿业快报，2006(444)：136—139．都应兼顾方法的有经济性和有效性，实现经济效C．A．Rios，C．D．Williams，C．I．Roberts．Removalofheavymetalsfromacidminedrainage(AMD)usingcoal益和环境效益的双赢。一flyash，naturalclinkerandsyntheticzeolites[J]．Journal参考文献0fHazardousMaterials，2008，156：23—35．[1]饶俊，张锦瑞，徐晖．酸性矿山废水处理技术及其发展前[19]DineshMohan，SubhashChander．Removalandrecoveryof景[J]．矿业工程，2005，3(3)：4749．metalionsfromacidminedrainageusingligniteAlowcost[2]AtaAkcil，SonerKoldas．AcidMineDrainage(AMD)：口口口口口口口sorbentLJ]．JournalofHazardousMaterials，2006，B137：causes，treatmentandcasestudies_J]．JournalofCleaner刀1545—1553．Production，2006，14：1139—1145．[20]HepingCui，LorettaY．Li，JohnR．Grace．Explorationof[3]丛志远，赵峰华．酸性矿山废水研究的现状及展望[J]．remediationofacidrockdrainagewithclinoptiloliteassor—中国矿业，2003，12(3)：l518．bentinaslurrybubblecolumnforbothheavymetalcapture[4]马尧，胡宝群，孙占学．矿山废水处理的研究综述[J]．andregeneration[J]．WaterResearch，2006(40)：3359—铀矿冶，2006，25(4)：199—203．3366．[5]杨正全，李晓丹，高波．矿山废水污染与防治[J]．辽宁[21]徐新阳，尚阿嘎布．矿山酸性含铜废水的处理研究[J]．工程技术大学学报，2002，21(4)：523525．金属矿山，2006(11)：76—78．[6]马思远，李泽琴．矿山酸性废水处理方法探讨EJ]．矿冶，[22]陈秀芳．离子交换法在废水处理中的应用[J]．科技情报开2009，l8(4)：83—86．发与经济，2004，14(7)：148149，155．[7]贾乙东．HDS工艺处理高酸高污染负荷型重金属废水[23]徐志诚．酸性矿井水的人工湿地处理方法综述[J]．矿业EJ]．有色矿冶，2007，23(5)：57—59．安全与环保，2005，32(2)：4042，57．[8]罗良德．利用HDS技术处理铜矿山废水的试验研究[J]．E24]A．S．Sheoran，V．Sheoran．Heavymetalremovalmecha铜业工程，2004(2)：17一I9．nismofacidminedrainageinwetlands：Acriticalreview[9]白怀良，钟铁，高铜生．矿山酸性废水治理HDS工艺技术[J]．MineralsEngineering，2006(19)：105—116．研究[J]．金属矿山，2008(9)：143—145，151．[253唐述虞．铁矿酸性排水的人工湿地处理[J]．环境工程，[1O]刘峰彪．高密度泥浆法处理硫铁矿废水试验研究[J]．有色1996，14(4)：3—7．金属：选矿部分，2008，(6)：28—32．[26]周海兰．人工湿地在重金属废水处理中的应用[J]．环境[11]刘伟东．高密度泥浆法处理矿区污水的应用与实践EJ]．有科学与管理，2007，32(9)：89—91，114．色．金属：选矿部分，2008(3)：33—35．米柴米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米第一届中深层地热资源高效开发与利用会议召开近日，中国地质大学(北京)主办的“第一届中深层地热资源高效开发与利用会议”在地大国际会议中心召开。国际地热协会主席、美国工程院院士、斯坦福大学RolandHorne教授、中国科学院汪集院士、中国工程院多吉院士等多位国内外知名专家学者就如何高效开发与利用地热资源做了专题报告，国内部分地热资源勘查与开发企业代表也一同为推动我国地热资源走向规模化开发与利用进行了研讨。会议分析了地热资源在全球和在我国的分布情况，提出我国地热资源储量丰富、分布广泛。据不完全统计，仅12个主要沉积盆地地热资源储量折合标准煤就高达8532亿t，可采资源量折合标准煤2560亿t；我国大陆3000m至lO000m深处干热岩资源储量折合标准煤高达860万亿t，相当于目前全国年度能源消耗总量的26万倍。中国的地热利用也走在世界的前列：目前我国中低温地热资源每年直接利用的能量在近20年来一直稳居世界第一；我国地源热泵所利用的浅层地热能在短短十年多的时间内已跃居世界第二。'