淺談金屬礦山選礦尾礦的廢水處理

楊 萍，黃金波，曾維偉

（湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412006）

“十三五”期間，某公司堅(jiān)持“科學(xué)發(fā)展、節(jié)能減排、提高效益、提升產(chǎn)業(yè)”的發(fā)展原則，堅(jiān)持以保護(hù)環(huán)境為第一發(fā)展要義，不斷革新現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)及廢水處理技術(shù)，不斷調(diào)整企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步提升企業(yè)生產(chǎn)力、降低生產(chǎn)成本，該公司將新開(kāi)發(fā)白鎢礦床，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)鎢精礦6 000 t、工業(yè)總產(chǎn)值9億元、利稅3億元的戰(zhàn)略目標(biāo)，爭(zhēng)做有色金屬行業(yè)的龍頭企業(yè)。

1 金屬礦山選礦尾礦及其廢水的危害

有色金屬行業(yè)在選礦環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生大量的廢料及廢水，我國(guó)通常采用礦漿的形式將廢水排出。我國(guó)礦業(yè)每年會(huì)排出數(shù)以億噸計(jì)的廢水，以礦漿的形式，主要通過(guò)壓力管道和泵直接排出，這是我國(guó)金屬行業(yè)能耗高的主要原因之一。

選礦環(huán)節(jié)廢水中含有大量重金屬離子，如鉻、鉛、汞及其他重金屬元素，若處理不當(dāng)會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐耐寥拉h(huán)境和水環(huán)境造成嚴(yán)重污染，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響當(dāng)?shù)卣５纳镦滙w系[1]。此外，廢水中的硫醇類、氰化物等有害有機(jī)物對(duì)人體有很大的毒性，尤其是對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)和肝臟系統(tǒng)，民眾長(zhǎng)期飲用該類水源會(huì)嚴(yán)重影響肝腎功能。黃藥類有毒物質(zhì)對(duì)魚的毒性非常大，在短時(shí)間內(nèi)會(huì)殺死大部分幼魚。我國(guó)選礦廢水年產(chǎn)量數(shù)億噸，若不經(jīng)處理直接排放到環(huán)境中，會(huì)造成難以想象的后果。創(chuàng)新并應(yīng)用科學(xué)的選礦廢水處理回用技術(shù)，對(duì)我國(guó)金屬行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2 國(guó)內(nèi)外選礦尾礦廢水處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 中和法

中和法是有色金屬行業(yè)在污水處理環(huán)節(jié)常采用的方法之一，只要在廢水中投入適量的中和劑，就能中和廢水中的重金屬離子，重金屬離子與中和劑發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化物，通過(guò)沉淀處理，使廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[2]。以傳統(tǒng)的中和法為基礎(chǔ)，現(xiàn)階段的中和技術(shù)仍在不斷優(yōu)化，大部分采礦企業(yè)向廢水中加入石灰和氫氧化鈉來(lái)提升廢水的pH值。此外，部分企業(yè)采用HDS法提升廢水處理能力，以解決單用生石灰效果不佳的問(wèn)題。

2.2 微生物法

微生物法處理廢水的機(jī)理是利用微生物自身的凈化功能，為微生物創(chuàng)造適宜的生存條件，與廢水中的重金屬離子發(fā)生氧化反應(yīng)。由于微生物能夠在適宜的環(huán)境下自我繁殖，用這種方法處理廢水能夠達(dá)到滿意的效果。采用微生物法處理廢水時(shí)，還可依據(jù)比例向廢水中加入適量中和劑，使重金屬離子完全沉淀，以此增強(qiáng)廢水處理效果。企業(yè)通常采用硫酸鹽還原菌或者其他種類的微生物作為微生物處理劑，并在廢水中投入適量的葡萄糖、豆奶粉作為微生物菌落的碳基，在廢水處理過(guò)程中一般選擇厭氧環(huán)境，微生物存活的時(shí)間更長(zhǎng)，有利于沉淀廢水中的重金屬離子。

2.3 人工濕地法

人工濕地法是較為安全的處理技術(shù)之一，通過(guò)人造技術(shù)栽培水土和植物，為廢水處理打造自然化廢水處理環(huán)境，該方法也是利用土壤中的微生物及自然環(huán)境處理廢水[3]。人工濕地法建造及運(yùn)維成本低，由于是自然環(huán)境，其廢水處理能耗幾乎為零，操作極其簡(jiǎn)單。該種方法并沒(méi)有被大量推廣使用，一是受到礦區(qū)面積的影響，建造人工濕地需要大量的土地面積，我國(guó)礦區(qū)一般不具備這樣的條件；二是礦區(qū)周邊的自然環(huán)境較差，建造人工濕地成本較高。

2.4 膜分離法

膜分離技術(shù)在金屬選礦廢水處理中是極為常見(jiàn)的方法，隨著我國(guó)高分子材料行業(yè)飛速發(fā)展，采用高分子膜進(jìn)行廢水處理，能夠提升處理效率、降低能耗。同時(shí)，膜分離技術(shù)的廢水處理設(shè)備簡(jiǎn)單，操作十分便捷。

2.5 電化學(xué)技術(shù)

電化學(xué)技術(shù)在我國(guó)防腐行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，但在金屬礦廢水處理工作中應(yīng)用較少。國(guó)外的電化學(xué)技術(shù)常采用金屬鋁和鋅作為陽(yáng)極，與硫化物、水、細(xì)菌一同將氫離子還原成氫氣，提升廢水的pH值。該方法雖然操作簡(jiǎn)單，但我國(guó)該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展并不完善，采用這種方法處理廢水能耗較高。

2.6 微生物燃料電池技術(shù)

微生物燃料電池與微生物法相似，即利用微生物的呼吸作用產(chǎn)生電能，以微生物作為整個(gè)反應(yīng)的催化劑。該技術(shù)是一種全新的處理技術(shù)，在我國(guó)還處在試驗(yàn)階段，并沒(méi)有大量推廣。

2.7 源頭治理技術(shù)

隨著近幾年環(huán)保政策趨于嚴(yán)苛，金屬礦廢水處理更重視對(duì)源頭的把控。我國(guó)大多數(shù)企業(yè)已經(jīng)按照國(guó)家制定的廢水分類標(biāo)準(zhǔn)及排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)廢水進(jìn)行分類處理，加強(qiáng)對(duì)源頭的把控以減少?gòu)U水對(duì)環(huán)境的影響。

3 金屬礦山選礦尾礦廢水處理的實(shí)際應(yīng)用

3.1 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水樣品取自公司尾礦庫(kù)水樣，水質(zhì)具體成分如表1所示。水樣分析結(jié)果表明，廢水中的銅離子、鉛離子嚴(yán)重超標(biāo)，且廢水外觀呈現(xiàn)起泡狀態(tài)，并不能滿足廢水回用的要求。

表1 原水與廢水水質(zhì)對(duì)比

3.2 廢水循環(huán)利用試驗(yàn)方案

廢水中的絕大部分雜質(zhì)和顆粒經(jīng)過(guò)自然沉淀都被去除，但在選礦過(guò)程中因添加藥劑部分微顆粒形成了體系穩(wěn)定的膠體，處理該膠體應(yīng)該加入強(qiáng)酸、強(qiáng)堿以破壞膠體的穩(wěn)定性，從而過(guò)濾出廢水中的懸浮物。

隨著廢水的重復(fù)利用次數(shù)增加，廢水中的重金屬離子濃度會(huì)逐漸提升，重金屬離子越多越不利于選礦捕集。為了加強(qiáng)對(duì)廢水中金屬的捕集，減小起泡對(duì)廢水處理的影響，筆者設(shè)計(jì)出以下試驗(yàn)方案，如圖1所示。

圖1 廢水循環(huán)利用試驗(yàn)工藝流程設(shè)計(jì)

3.3 試驗(yàn)確定與討論

在廢水中加入石灰后，廢水中的固液平衡被打破，廢水中的懸浮物和重金屬鉛離子含量隨著石灰含量增加而降低，廢渣的沉降速度不斷上升。待石灰用量達(dá)到18 mL時(shí)，沉淀速度最快，廢水的透明度最佳，且重金屬離子的含量較低。因此，加入石灰進(jìn)行中和時(shí)，石灰用量以18 mL為最佳，每立方米廢水加入600 g石灰。

在確定最佳脫穩(wěn)劑用量后，加入不同種類、不同劑量的絮凝劑再次試驗(yàn)，人們可以得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，PAM（聚丙烯酰胺）在16 mg/L時(shí)沉降速度最快，而苛性淀粉在0.2 g/L時(shí)的沉降速度最快，且上層澄清液中的重金屬離子也能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但廢水的起泡性較強(qiáng)，不能達(dá)到循環(huán)處理要求。由于固體懸浮物含量較高，加入脫穩(wěn)劑和絮凝劑之后5 min，廢水中的懸浮物開(kāi)始沉降，前30 min懸浮物開(kāi)始絮凝成團(tuán)，速度較慢，60 min后沉降速度加快，懸浮物數(shù)量也隨之減少。

4 結(jié)論

隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)力度不斷加強(qiáng)，金屬礦山廢水處理技術(shù)仍需革新，以滿足日益嚴(yán)苛的環(huán)保要求。在廢水處理環(huán)節(jié)，用單一的廢水處理技術(shù)并不能滿足行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。由于各個(gè)地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在差異，各企業(yè)應(yīng)該結(jié)合本地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、礦金屬成分、廢水來(lái)源以及生產(chǎn)工藝流程等多項(xiàng)因素綜合考量，不斷革新廢水處理技術(shù)并突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸，以促進(jìn)金屬行業(yè)快速發(fā)展，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)做出積極貢獻(xiàn)。