礦山廢水的處理概念及工藝探討

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我國是個水資源貧乏的國家，人均水資源僅為世界平均水平的四分之一。水資源短缺已經成為我國經濟社會發展的主要制約因素之一。而在礦山開採、礦物富集分離的過程中又會產生大量的礦山廢水，其中包括礦坑水、露采廠廢水、選廠廢水、尾礦庫和廢石場的淋濾水，這些水不僅白白浪費，而且更重要的是，它們的排放嚴重污染了地表水和地下水，危害環境。

（一）礦山廢水概述

1、概念

礦山廢水是在礦山範圍內，從採掘地點、選礦廠、尾礦壩、排渣場以及生活區等地點排放的廢水的總稱，按生產過程可分為礦坑廢水和選礦廠廢水；按pH又分為酸性和鹼性廢水。酸性廢水主要來源於礦坑水和廢石場的淋濾液等，鹼性水主要產生於選礦廠作業。

2、礦山廢水的來源與危害

礦井水主要由伴隨礦井開採而產生的地表滲透水、岩石孔隙水、礦坑水、地下含水層的疏放水、以及井下生產防塵、灌漿、充填污水,選礦廠和洗煤廠污水是礦山廢水的主要來源。通常,礦井水pH值在7～8之間,屬弱鹼性。但是含硫的礦井水,其SO42-較多,大都是酸性水。在含硫礦井,由於礦石或圍岩及含硫煤中含有硫化礦物。這些礦物經氧化、分解並溶解在礦井水中,形成酸性水。尤其在開採巷道中,在大量滲入地下水和良好的通風條件下,為硫化礦物的氧化、分解提供了極為有利的環境。

地下開採尤其是水力採煤、水沙充填採礦法排放的污水是不可忽視的。據統計,若不考慮回水利用,每產1t礦石,廢水排放量為1m3左右;生產1t原煤約從井下排出廢水0.5～10m3不等,最高可達60m3。而且有些礦山關閉後,還會有大量的廢水繼續污染礦區環境。並且礦山廢水引起的影響範圍遠遠超出礦區本身。

礦井水污染可分為礦物污染、有機物污染和細菌污染。在某些礦山中還存在放射性物質污染和熱污染。礦物污染有砂、泥顆粒、礦物雜質、粉塵、溶解鹽、酸和鹼等;有機物污染有煤炭顆粒、油脂、生物生命代謝產物、木材及其它物質的氧化分解產物。以及受開採、運輸過程中散落的粉礦、煤粉、岩粉及伴生礦物的污染,水體呈灰黑色、渾濁、水面浮有油膜,並散發少量的腥臭、油腥味。水質分析檢驗結果,化學耗氧量大,細菌總數和大腸菌群含量大,如未加處理,任其長期外排,對環境會產生一定的不良影響。

3、礦山廢水中的主要污染物

一種物質排入水體後是否會造成水體污染,這主要取決於該物質的性質和在廢水中的濃度、含這種物質廢水的總排放量和受污染水體的特性、以及它吸收污染物質的容量。

礦山廢水中的主要污染物：

(1)有機污染物。礦山廢水池和尾礦池中植物的腐爛,可能使廢水中有機成分含量很高,選礦廠、洗煤廠、分析化驗室排放的廢水中含有酚、甲酚、萘酚等有機物,它們對水生物極為有害。

(2)油類污染物。油類污染物是礦山中較為普遍的污染物,含油廢水浸入孔隙內形成油膜,產生堵塞作用,破壞土壤結構,不利於植物的生長,甚至使農作物枯死。水面存在的油膜阻礙大氣中的氧向水體轉移,致使水體得不到氧,使水生生物因缺氧而死亡。

(3)酸鹼的污染。酸鹼污染是水體污染中存在的普遍現象,酸鹼廢水排入水體後,使水體pH值發生變化,抑制細菌和微生物的生長,妨礙水體自凈還可腐蝕船舶和水工建築物,破壞正常的生態循環。

（4)氧化物。氧化物有劇毒,一般人只要誤服0.1g左右的氰化鈉或氰化鉀就會死亡。敏感的人甚至0.06g就可致死。當水中CN-含量達0.3～0.5mg/L時,便可使魚致死。

4、我國礦山廢水處理現狀及存在的問題

我國礦山排放的廢水種類主要有酸性廢水、含鹽廢水和選礦廢水等。目前存在的問題，一是廢水處理裝置能力不足，據統計目前還有30%左右的廢水未經處理就直接外排；二是廢水處理技術開發水平還不高；三是節約用水和廢水治理的管理制度還不夠完善。

（二）、礦山廢水的處理方法

1、預處理

預處理時，分離廢水中的懸浮物採用重力分離法和過濾法分離，使水質得到凈化。

重力分離法是使廢水中的懸浮物在重力作用下與水分離的方法，如選礦廠的尾砂壩 。

過濾法是廢水通過帶孔的過濾介質，懸浮物被阻留在過濾介質上的方法。

2、礦山廢水處理方法

由於礦山廢水是礦井內的天然溶濾水、選礦廢水、選礦廢渣堤堰的溢流水以及礦渣堆積場的浸出水等的總稱，所以不同的廢水有不同的污染物，對環境的污染程度也不同。因此，對於不同種類的礦山廢水應運用不同的處理方法。

2.1酸性廢水的處理方法

2.1.1概述

酸性礦山廢水因pH低、酸度大，且含有大量的貴金屬，一般都不能循環利用，通常排入礦山附近的河流、湖泊等水體，使水體的pH發生變化，抑制了水體中某些微生物的生長，妨礙水體的凈化。酸性水與水體中的礦物質相互作用會產生某些鹽類，對淡水生物和植物的生長產生不良影響，導致礦區周圍的水體被嚴重污染。

2.1.2選礦流程技術改造

目前，我國運行的許多含硫化礦物的老礦山，當時在選礦流程設計中，都以提高有用礦物回收率為 目標，而對環保重視不夠，使排放的尾礦水呈酸性，現在則需為治理廢水支付大量費用。在礦物可選性允許，對回收率影響不大的條件下，建議對原選礦流程進行技術改造，儘可能採用鹼性流程，使呈鹼性的尾礦水與酸性礦坑水進行自然中和，中和後的水即可循環利用或排放。這是一種最經濟、實用的治理方法。

2.1.3中和法

該方法是向廢水中投人中和劑或鹼性廢水，使廢水中金屬離子生成氫氧化物沉澱與水分離，同時使廢水達到排放標準。常見的中和劑有石灰、石灰石、蘇打、苛性鹼等。由於石灰來源廣、價格低、操作簡便，故石灰為常用中和劑。石灰石與石灰比較，中和時產生的泥渣體積小，佔地較少，含水量較低，易於脫水，但中和反應速度不如石灰快。蘇打及苛性鹼作中和劑雖然效果好，但價格昂貴，一 般不採用。為了提高沉鐵效果，中和法一般與將Fe 轉變為Fe什的氧化或曝氣過程相結合使用。

（1）、利用鹼性廢水進行中和治理

當礦山附近有造紙、製革、化纖、制鹼類企業 時，利用其產生的鹼性廢水與礦山的酸性廢水進行 中和。此法既能治酸又能治鹼，以廢治廢，一舉兩得。採用該方法需要在酸性廢水的各排放地點構築中和反應池，將鹼性廢水用管道輸送到反應池，並按需要量添加。該治理方法投資小、見效快、適應性強，予以採用。

（2）、添加石灰或石灰乳進行中和

在酸性廢水中添加石灰或石灰乳是一種傳統的酸性廢水治理方法。該方法的優點是對酸性廢水的濃度、水量和排放點的適應性較強，但治理成本高，沉渣多且難以處理。因此，該方法適用於廢水排放量小、濃度不穩定及要求水循環利用率高的情況。例如，向山硫鐵礦將 pH值為3～4、流量約4000m ／d的礦坑酸性水，揚送到選礦廠上部的高位水池，再流人中和池，加入pH值為 12～14的石灰乳，用量0．8～1．5kg／m ，可將廢水 pH值調整為8～9，直接供選礦廠使用。

（3）、使用鹼性濾料進行中和

對於酸性廢水排放量大、範圍廣、地點較分散的廢石場、尾礦庫等地方，宜使用價格低廉的石灰石、白雲石、大理石等物料作緩蝕劑進行過濾中和處理。根據廢水含酸濃度不同，構築普通濾池、升降式濾池或卧式濾筒。此法處理後的廢水含酸濃度僅為17g／L_lJ

2.1.4硫化法

硫化法是向廢水中投入硫化劑，使廢水中的金屬離子形成硫化物沉澱而除去的方法。通常使用的硫化劑有硫化氫、硫化鈉等。此法的pH值適應範圍大，產生的硫化物比氫氧化物溶解度更小，去除效率高，泥渣中金屬品位高，便於回收利用。但硫化劑來源有限，價格比較昂貴，產生的硫化氫有惡臭，對人體有危害，使用不當時可造成空氣污染。

2.1.5置換中和法

在水溶液中，較負電性的金屬可置換出較正電性的金屬，達到與水分離的目的，此即稱之為置換法。鐵較銅負電性，利用鐵屑置換廢水中的銅可得到品位較高的海綿銅。但該法不能將廢水酸度降下來，必須與中和法等方法聯合使用，以達到廢水排放或回收的目的。

2.1.6沉澱浮選法

沉澱浮選法是將廢水中的金屬離子轉化為氫氧化物或硫化物沉澱，然後用浮選沉澱物的方法，逐一 回收有價金屬。該方法具有處理效率高、適應性廣、佔地少、產出泥渣少等優點，因而是處理廢水常用的方法。

2.1.7萃取電積法

廢水的萃取處理法，是利用分配定律的原理，用一種與水互不相溶，而對廢水中某種污染物溶解度很大的有機溶劑 (萃取劑)，從廢水中分離出污染物的方法。該方法的優點是設備簡單、易操作，萃取劑中重金屬含量高，反萃取後可送去電解得到金屬，是一種極好的處理方法。但這種方法要求廢水中的金屬含量較高，否則處理效率低、成本高。

2.2鹼性廢水的處理方法

2.2.1概述

鹼性污水和酸性污水一樣，是所有工業廢水中最常見的一種污水。如果不經過處理就直接排放，將腐蝕管道、渠道和水工建築物;排人水體後將改變水體的pH值，影響水體的自凈作用，破壞河流的自然生態，導致水生資源減少或毀滅;滲人土壤則造成土質的鹽鹼化，破壞土層的松疏狀態，影響農作物的生長和增產。另外，含鹼污水中一般都含有大量的有機物，會大量消耗水體中的溶解氧，造成魚類缺氧窒息死亡。人類如果飲用濃度偏高的鹼性水，新陳代謝將會受到影響，導致消化系統失調。因此，必須進行適當的處理後，使廢水pH值處於6一9之間，方能排放到受納水體。

2.2.1酸鹼中和法

採用投加酸性物質處理鹼性廢水，讓兩者中和後，加以過濾使鹼性廢水基本凈化。中和處理被認為是廢水處理中最低要求之一。同時，對部分和全部澄清以及循環加工來說是必要的環節。很久以來，人們一直使用鹽酸和硫酸之類的礦物酸與鹼性廢水作中和處理。然而，用鹽酸中和鹼性廢水會隨之生成自然界河流中所不能容許的大量氯化鈉。同時，建築結構物和加工設備會受到酸性蒸汽的腐蝕。同樣，硫酸會導致硫酸鹽的生成。由於硫酸鹽對混凝土建築物的侵蝕，許多國家對硫酸鹽在廢水中的含量規定不超過400 mg／L。為此，儘管硫酸在價格上比鹽酸低，但硫酸通常不作為中和劑。近年來，人們一直在尋找妥善處理這些問題的辦法。

2.2.2絮凝法

鹼性廢水中往往含有大量的懸浮物質，可以選用投加絮凝劑的方法來處理。自製的具有可調性的鎂鹽凝聚劑不僅具有良好的處理效果，而且可以大幅度降低治理成本，具有較好的環境和經濟效益。

2.2.3化學沉澱法

化學沉澱法是在廢水中加入適當的沉澱劑，使廢水中的有害物質變成難溶物而沉澱除去。採用CuO沉澱劑與含有機硫廢鹼液進行固液反應，經過濾回收NaOH，鹼液中的有機硫由濾渣吸附除去，灼燒濾渣得到的CuO可循環使用，得到副產品亞硫酸鈉。

2.2.5微生物法

微生物法分為生物氧化法和生物硫化法，具有成本低、適用性強、無二次污染，能吸收或吸附重金屬、分解丙生成重金屬硫化物沉澱而回收等特點，已得到廣泛應用。

2.2.6混凝斜管沉澱法

來自選礦車間的廢水，先通過沉砂池進行固液分離，沉砂通過卸砂門排入尾礦砂場，溢流進入上清液，通過投藥混合後進入反應器進行混凝反應，然後流入斜管沉澱池，使細粒、有害懸浮物進一步去除，沉泥通過閥門排至尾礦砂場，出水則進入清水池並回用，實現了廢水零排放。

2.2.7混凝沉澱—活性炭吸附—回收技術

用明礬和PAM混凝沉澱，再用粉末狀活性炭凈化後，出水水質可達到國家礦山廢水排放標準，不僅可以全部回用，不影響選礦指標，而且可以減少選礦過程的藥劑用量。該法流程簡單，效果好，具有廣泛的工業應用前景。

(三)、某礦業石灰中和法處理酸性礦山廢水工藝流程

1、工藝流程

廢水處理工藝採用「兩級藥劑中和+空氣氧化+混凝沉澱+深度過濾」的水處理工藝，工藝流程框圖如下：

工藝流程簡述：礦山廢水經管道收集後自流進入PH調節池，在PH訓節池內投加石灰乾粉進行藥劑巾和反應，PH控制範圍為8-9。廢水經中和後自流進人調節池，在凋節池內均勻來水水質水培，調節池底部設置曝氣系統塒廢水進行空氣氧化，將廢水中大量的 Fe2~離子氧化成Fe離子，Fe離子與水中氫氧根反應生成氫氧化鐵沉澱。廢水經調節池空氣氧化後 自流進人預沉池進行固液分離，沉澱物通過排泥泵輸送至污泥池，上清液自流進入曝氣反應池，曝氣反應池底部設置曝氣系統，對廢水進行二次空氣氧化反應後通過提升泵輸送至斜板沉澱器，通過投』JI1混凝劑 (PAC)和絮凝劑 (PAM)，使懸浮物形成大量礬「花 「，在斜板沉澱器Lfl進行二次周液分離，沉澱物通過重力排人污泥池，上清液自流進入中問水池，通過提升泵輸送至石英砂過濾器進行深度過濾處理，進一步去除水中殘留膠體及少量懸浮物，廢水經過濾後 自流進人排放池，達標排放。

2、處理設施運行情況

經過三個多月的調試運行，對礦山廢水處理設施的運行效果進行了驗收監測。監測因子：PH、SS、COD、NH3一N，監測結果見表2。

監測結果顯示：礦山廢水處理設施運行效果良好，各項出水指標均達到國家 《污水綜合排放標準》GB8978—1996巾的一級標準中的污染物排放限值，優於設計標準值。

（四）展望

對於礦山廢水的處理，我們要持續地發展高效、廉價、安全及操作簡便的處理技術，同時，加強對廢水的管理，滿足當代人的需求，減少排放量，又不對後代滿足其需要而構成危害，這是我國礦業發展走可持續發展的必經之路。

來源：礦山環保

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