礦山廢石場淋溶水的治理研究

康林剛

(金堆城鉬業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 華縣 714102)

礦山廢石場淋溶水的治理研究

康林剛

(金堆城鉬業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 華縣 714102)

對礦山廢石場區(qū)域的廢水進(jìn)行了全面監(jiān)測，對礦山廢石場淋溶水的現(xiàn)狀、成因進(jìn)行分析，結(jié)合某礦山廢石場淋溶水的現(xiàn)狀，提出淋溶水的治理措施，為國內(nèi)類似礦山廢石場的淋溶水治理提供參考。

廢石場； 淋溶水； 治理

1 前言

近年來國家大力推進(jìn)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作。礦山類廢水的治理長期以來都是環(huán)境治理的重點和難點，我國早期的研究就以重金屬污染因子的研究為主，對污染因子如何進(jìn)入水體及進(jìn)入量做了大量的室內(nèi)模擬實驗。廢石場經(jīng)過風(fēng)化，不同的礦石性質(zhì)造成對自然水體的污染，而且隨著時間的推移，污染物在水體中的濃度梯度會不斷擴(kuò)大。通過前人的研究可以看出，自然水體污染主要途徑有兩種[1]：一是大氣降水、山體裂隙水，使廢石場巖石中的各種污染因子通過淋溶作用進(jìn)入自然水體，導(dǎo)致水體污染；二是生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，超出自然水體的接納限制，造成自然水體水質(zhì)惡化。

2 某鉬礦山廢石場淋溶水現(xiàn)狀

2.1 廢石場現(xiàn)狀

廢石場總流域匯流面積為1.91km2，廢石場排滿后，頂部匯水面積為1.55km2。廢石場最終頂標(biāo)高1 360.0m，總高度193.9m。標(biāo)高1 340.0m以下排水系統(tǒng)按原設(shè)計已基本修建完成，以上壩面及頂部未見排水設(shè)施。廢石場頂部約2/3面積已覆土植被。

2.2 出水量

廢石場的廢水主要為淋溶水，即雨水沖刷廢石場內(nèi)的堆積物所產(chǎn)生的廢水。根據(jù)該地區(qū)水文手冊查的多年平均降雨量為900mm，多年平均蒸發(fā)量為500mm，徑流量為400mm，年徑流變差系數(shù)Cv=0.4，按照Cs=2Cv查P- Ⅲ曲線，得各頻率的徑流量和廢石場的出水量見表1。

表1 各頻率的徑流量和廢石場的出水量

如果把廢石場2015年的水量按中水年考慮，12月的出水約占2.4%，月水量為1.74萬m3，2015年實測的月水量4.008萬m3，明顯偏大，主要原因是降雨蓄積于廢石中所致。盡快排降廢石場的水量是減少這種蓄積的重要措施。

2.3 水質(zhì)檢測結(jié)果

對廢水水質(zhì)檢測結(jié)果見表2。對比《黃河流域(陜西段)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，主要為pH、Cu 、Cd、 Ni等指標(biāo)超標(biāo)。

表2 廢水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果 mg/L

注：pH無單位。

2.4 廢水成因

3 治理措施研究

為合理解決廢石場淋溶水問題，方案應(yīng)滿足清污分流的原則，即從兩方面進(jìn)行方案研究，首先從源頭截流，使山坡支溝內(nèi)的雨洪水少進(jìn)或不進(jìn)入堆填區(qū)，以減少入滲水量和下游出滲量；其次廢石場透水壩下游設(shè)截滲墻，將出滲污水全部截流，調(diào)節(jié)廢水pH使重金屬離子沉淀，供選礦廠生產(chǎn)用水；在選礦廠停產(chǎn)時，深度處理，達(dá)到《黃河流域(陜西段)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，臨時處置。

3.1 截流措施

(1)上游截流。在廢石場上游采用梯形斷面截洪明渠收集周邊山體、壩頂和壩面雨洪水，通過排水涵洞排入紋峪河。

(2)下游截流。下游修建混凝土結(jié)構(gòu)截滲墻，截滲墻基礎(chǔ)進(jìn)行帷幕灌漿處理。截滲墻設(shè)排水管，將截流滲水通過管道送至污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

(3)壩面防滲。壩面覆黃土(粘土)，對現(xiàn)有壩面進(jìn)行修正，清除植被，再覆黃土(粘土)，覆土厚度0.8～1.0m，目前已覆土植被面積約為整個面積的2/3，需要將剩余1/3覆土植被。

3.2 淋溶水處理

3.2.1 處理標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《黃河流域(陜西段)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，廢水排入陜西省境內(nèi)黃河干、支流流域及其封閉水域均執(zhí)行此標(biāo)準(zhǔn)。由此確定廢石場淋溶水處理后出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見表3。由此可見，淋溶水主要pH、Cd超標(biāo)。

表3 污水處理站出水水質(zhì) mg/L

注：pH值無單位。

3.2.2 處理方法

目前，實用的重金屬廢水處理方法包括化學(xué)沉淀法、膜分離法、離子交換法、電化學(xué)法等。

(1)化學(xué)沉淀法[2]的原理是通過投加硫化物、石灰[3]、聚合硫酸鐵、碳酸鹽以及由以上幾種沉淀劑組成的混合沉淀劑，使廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬離子轉(zhuǎn)變成為不溶于水的重金屬化合物，再通過過濾和分離使沉淀物從水溶液中除去。

化學(xué)沉淀法是目前廢水重金屬污染處理應(yīng)用最廣的方法。但產(chǎn)生含重金屬的污泥量比較大，有可能產(chǎn)生二次污染；若廢水中重金屬離子以絡(luò)合物形式存在，則有可能使出水中重金屬離子含量不達(dá)標(biāo)；多種重金屬共存時，需根據(jù)每種重金屬的最佳沉淀pH值逐一調(diào)節(jié)[4～5]，反應(yīng)池較多，土建工程量大；另外，該方法受沉淀劑和環(huán)境條件的影響大，穩(wěn)定性較差，隨著環(huán)保要求的逐步提高，需增加深度處理[6]。

(2)膜分離的基本原理是在某種推動力作用下，利用膜的選擇透過性進(jìn)行分離和濃縮。根據(jù)膜截留組分粒徑大小的不同及膜性能的差異，目前常見的膜分離過程可分為微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析等。

(3)離子交換法[7]是在離子交換器中進(jìn)行，此方法借助離子交換劑來完成。在交換器中按要求裝入不同類型的離子交換劑，重金屬離子的溶液通過交換劑時，交換劑上的離子同水中的重金屬離子進(jìn)行交換，達(dá)到除去水中重金屬離子的目的。

(4)電化學(xué)法[8]是在電場的作用下，金屬電極產(chǎn)生電子形成“微凝劑”(鐵或鋁的氫氧化物)，水中的懸浮顆粒、膠體污染物在絮凝劑作用下失穩(wěn)，脫穩(wěn)后的污染物顆粒與微絮凝劑之間相互碰撞，結(jié)合成大絮體而沉淀。

不同處理工藝的對比見表4。結(jié)合廢石場水質(zhì)的具體指標(biāo)，按照工藝簡便、經(jīng)濟(jì)合理、效果最佳的思路采用化學(xué)沉淀法+石英砂過濾的處理方法。

表4 不同處理工藝對比

3.2.3 化學(xué)沉淀法原理分析

重金屬化學(xué)沉淀法處理包括堿性化學(xué)沉淀法、硫化物沉淀法和其他化學(xué)沉淀法。表5即為常見廢水中重金屬污染物的適用處理技術(shù)。

表5 常見廢水中重金屬污染物的適用處理技術(shù)

該方法的原理是(以該水質(zhì)最突出的污染物質(zhì)Cd為例)： 根據(jù)碳酸鎘難溶于水的特性，調(diào)節(jié)水的pH>8，水中存在的重碳酸根離子會有一部分轉(zhuǎn)化為碳酸根離子，碳酸根離子能夠與鎘離子生成難溶于水的碳酸鎘，從水中沉淀析出。然后再投加鐵鹽或鋁鹽混凝劑，利用混凝劑產(chǎn)生的氫氧化鐵或氫氧化鋁絮體，將細(xì)小的碳酸鎘顆粒、水中的泥沙等凝聚在一起，形成沉降性很好的較大顆粒，通過沉淀過濾去除。

碳酸鎘的溶解沉淀反應(yīng)式為：

3.2.4 試驗結(jié)論

試驗結(jié)果見表6，測定上清液的水質(zhì)情況，結(jié)論如下。

表6 化學(xué)沉淀法處理上清液水質(zhì)檢測結(jié)果 mg/L

注：pH無單位。

廢石場淋溶水受硫化礦自然氧化的影響，廢水呈酸性并浸出一定量的重金屬物質(zhì)。通過石灰中和法的工藝，pH為8.46時可達(dá)標(biāo)，且投放石灰量最少，可以將廢水中的關(guān)鍵控制指標(biāo)Cd處理達(dá)到0.08mg/L以下，Cu處理達(dá)到0.5mg/L以下，Ni處理達(dá)到1.0mg/L以下，滿足《黃河流域(陜西段)污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

石灰中和法的工藝處理該廢水，預(yù)計將產(chǎn)生含水率70%廢渣量為75kg/m3的廢水。

3.2.5 廢水處理工藝

廢石場淋溶水的pH值為3，硬度較高，主要重金屬污染物為銅、鎘、鎳。結(jié)合水質(zhì)參數(shù)，本次設(shè)計采用弱堿性化學(xué)沉淀法和硫化物沉淀法處理該廢水，即投加石灰乳使pH值達(dá)到8.5～9，使銅、鎘、鎳等離子生成氫氧化鹽和碳酸鹽沉淀，達(dá)到去除目的。當(dāng)出水不達(dá)標(biāo)時，投加備用的Na2S，使重金屬生成其硫化物沉淀，達(dá)到去除目的。由于該廢水硬度較高，運(yùn)行過程中會產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，堵塞管道，故盡量減少管道使用，采用明渠。經(jīng)處理后，處理水清液送至選廠高位水池循環(huán)使用，廢水最終進(jìn)入尾礦庫，尾礦庫庫區(qū)為石灰質(zhì)巖，庫水呈弱堿性環(huán)境，不會造成重金屬離子遷移。

3.2.6 污泥處理工藝

污泥經(jīng)壓濾后外運(yùn)至污泥處置場。根據(jù)《國家危險廢物名錄》，最終產(chǎn)生的污泥不屬于危險廢物。按其為一般工業(yè)固體廢物Ⅱ類，處置場需進(jìn)行防滲處理。當(dāng)貯存、處置場服務(wù)期滿或因故不再承擔(dān)新的貯存、處置任務(wù)時，應(yīng)分別予以關(guān)閉或封場。關(guān)閉或封場前，必須編制關(guān)閉或封場計劃，報請所在地縣級以上環(huán)境保護(hù)行政主管部門核準(zhǔn)，并采取污染防止措施。 關(guān)閉或封場時，表面坡度一般不超過33%。關(guān)閉或封場后，仍需繼續(xù)維護(hù)管理，以防止覆土層下沉、開裂，致使?jié)B濾液量增加，防止堆體失穩(wěn)造成滑坡等事故，直到穩(wěn)定為止。為防止固體廢物直接暴露和雨水滲入堆體內(nèi)，封場時表面應(yīng)覆土2層，第一層為阻隔層，覆20～45cm厚的粘土，并壓實，防止雨水滲入固體廢物堆體內(nèi)；第二層為覆蓋層，覆天然土壤，以利植物生長，其厚度視栽種植物種類而定。封場后，滲濾液及其處理后的排放水的監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)繼續(xù)維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，直至水質(zhì)穩(wěn)定為止。地下水監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)繼續(xù)維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

廢石場的淋溶水大多都存在重金屬析出的情況，應(yīng)對采場、廢石場的廢水建立全面的檢測機(jī)制，對于廢水進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)、合理的治理。首先要先從源頭減少水量，最大限度清污分流，控制廢石場雨水的下滲量。其次選擇科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、簡便的污水處理方法，充分考慮投資和運(yùn)行成本，盡可能地首先考慮生產(chǎn)回用。經(jīng)過試驗和研究是能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的，外排時要深度處理，確保達(dá)標(biāo)排放。最后污泥處理要按一般工業(yè)固體廢物Ⅱ類處置，防止對周邊水系造成污染，全面建設(shè)綠色礦山，可持續(xù)發(fā)展礦山。

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Study of leaching water treatment of mine waste dump

The waste water in mine waste dump was comprehensively monitored, and the present situation, cause of formation were analyzed. Combined with the situation of a mine waste dump, the treatment measures were put forward, which provided reference for the similar mines treating leaching water.

waste dump; leaching water; treatment

1672-609X(2017)05-0014-03

TD745

A

2017-04-10

康林剛(1980-)，男，陜西扶風(fēng)人，工程師，從事礦山安全生產(chǎn)管理工作。