酸性廢水處理底泥資源化利用途徑研究

黃雪平

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334200）

1 引言

酸性廢水是有色金屬工業(yè)的主要廢水，由于礦山處理酸性廢水量大，同時(shí)產(chǎn)生大量的固體廢棄物底泥［1］。高濃度泥漿處理雖然大幅減少了底泥的體積［2］，但由于底泥無(wú)法直接回收利用，這些底泥的堆置處理逐漸成為困擾礦山的另一難題。底泥大量堆放不僅會(huì)占用大量土地，同時(shí)也存在二次環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。從經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境三方面綜合考慮，研究將底泥固體廢棄物與有機(jī)肥料摻混，用作礦業(yè)廢棄地修復(fù)基質(zhì)改良，實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”，既解決了底泥的堆置難題和礦山污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，同時(shí)，可減少原來(lái)改良材料的使用量，降低生態(tài)恢復(fù)成本，具備較好的創(chuàng)新性和先進(jìn)性，對(duì)于資源節(jié)約型社會(huì)、綠色礦山建設(shè)均具有十分重要的意義。

2 底泥的基本理化性狀

（1）樣品采集。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察評(píng)估，在底泥過(guò)濾車間采集了4個(gè)具有代表性的底泥樣品。編號(hào)為DN-1～DN-4，每個(gè)樣品由3～5個(gè)子樣品混合而成。

（2）樣品理化分析。檢測(cè)指標(biāo)包括pH、EC、NAG-pH、NAG、總碳、總氮、總磷等。同時(shí)，考慮到底泥樣品中鈣含量很高，所以增加了對(duì)底泥總鈣和有效鈣的測(cè)定。

（3）數(shù)據(jù)結(jié)果及分析。從表1數(shù)據(jù)可知，底泥樣品pH均值為7.7，為中性偏堿；而在EC方面，其均值為689μS/cm，是正常土壤EC的范圍（100～300μS/cm）最大值的2倍多，顯示出底泥中存在高濃度的游離離子；NAG-pH均值為8.6，大于產(chǎn)酸閾值5.0，無(wú)產(chǎn)酸能力，凈產(chǎn)酸NAG為0kg H2SO4/t。在營(yíng)養(yǎng)情況方面，底泥樣品總氮和總磷含量均較低，均為0.4g/kg，分別為缺乏和甚缺乏水平。另外，我們測(cè)定了底泥樣品總鈣和有效鈣的含量，其均值分別為115 842mg/kg和96535mg/kg，可以看出底泥樣品中總鈣和有效鈣均非常高。

表1 底泥樣品檢測(cè)分析結(jié)果匯總統(tǒng)計(jì)

（4）檢測(cè)分析結(jié)論。從底泥樣品的檢測(cè)分析結(jié)果來(lái)看，底泥樣品呈現(xiàn)弱堿性，無(wú)產(chǎn)酸能力，但存在高濃度的游離離子；總氮、總磷含量十分低；底泥樣品中鈣含量很高。從理化性質(zhì)等方面分析，底泥通過(guò)改良應(yīng)用于礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)是可行的。

①底泥的弱堿性能夠中和一部分巖土的酸性，并且不會(huì)產(chǎn)酸，避免了可能的產(chǎn)酸風(fēng)險(xiǎn)；底泥中含有大量的鈣，這可以在一定程度上降低重金屬對(duì)植物的毒害作用。

②礦業(yè)廢棄地一般存在大量石塊或風(fēng)化的大顆粒碎石，整體上粒徑較大，容易透水，而底泥則粒徑細(xì)小，緊實(shí)度高，用于礦業(yè)廢棄地改良可以實(shí)現(xiàn)物理結(jié)構(gòu)互補(bǔ)，提升廢棄地的保水蓄水能力，滿足植物生長(zhǎng)需求。

③不經(jīng)改良直接使用底泥是不可取的。首先，由于底泥營(yíng)養(yǎng)成分如氮、磷等元素匱乏，并且底泥顆粒細(xì)小、物理結(jié)構(gòu)不良、極易板結(jié)，從而造成植物生長(zhǎng)困難；其次，選礦底泥中微生物很少，缺乏碳、氮、磷等元素循環(huán)相關(guān)的活性微生物，不能持久地改善土壤。因此，需要通過(guò)添加其他一些材料對(duì)其進(jìn)行改良，改善其物理結(jié)構(gòu)；添加有機(jī)質(zhì)增加植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)成分，引入有益功能微生物之后，才能將其用于生態(tài)恢復(fù)。

3 底泥應(yīng)用模擬小試

2015年5月25 日于德興銅礦壓濾機(jī)廠房取底泥運(yùn)至研究基地進(jìn)行模擬小試，試驗(yàn)分地栽與生態(tài)袋栽兩種模式。

試驗(yàn)步驟如下：

（1）利用底泥摻混有機(jī)肥料；

（2）利用微生物群落加速土壤熟化進(jìn)程；

（3）地栽與生態(tài)袋栽、三種配比底泥混合基質(zhì)模式；

（4）利用土壤種子庫(kù)及篩選植物進(jìn)行試種、試播。

圖1 底泥應(yīng)用模擬小試

經(jīng)過(guò)14天模擬小試，試驗(yàn)基本達(dá)到了我們的預(yù)期效果。其主要結(jié)果如下：

（1）底泥粘、粉、濕，在理化性質(zhì)方面，底泥與粗顆粒的有機(jī)肥料有較強(qiáng)的互補(bǔ)性，可改善土壤結(jié)構(gòu)、增加營(yíng)養(yǎng)元素含量。

（2）種植的斑茅、刺槐三天內(nèi)度過(guò)緩苗期，土壤種子庫(kù)及撒播的種子三天內(nèi)開(kāi)始發(fā)芽、生長(zhǎng)。

（3）對(duì)于底泥摻混有機(jī)肥料的生態(tài)袋栽種與地栽模式，植物的生長(zhǎng)發(fā)芽時(shí)間及生長(zhǎng)狀況并沒(méi)有顯著差異。

（4）底泥摻混土壤和有機(jī)肥料的試驗(yàn)組與僅用底泥的對(duì)照組試驗(yàn)效果對(duì)比明顯，在未經(jīng)改良的底泥上植物生長(zhǎng)明顯不良。

（5）利用底泥，人工調(diào)制高團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、強(qiáng)保水與透水性、富營(yíng)養(yǎng)化的生態(tài)袋客土完全可以滿足植物生長(zhǎng)。

（6）底泥分別控制在70%、50%、30%與有機(jī)肥料按體積進(jìn)行配比，試驗(yàn)結(jié)果存在差異；通過(guò)觀察植物生長(zhǎng)情況，底泥控制在30%左右，植物生長(zhǎng)情況相對(duì)最好，生物量最大。

4 底泥應(yīng)用于礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)

4.1 礦業(yè)廢棄地的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題

礦山廢棄地是一類特殊的退化的生態(tài)系統(tǒng)，由于受到人為的巨大干擾，超出了原有生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)容限［3］。礦山廢棄地分為精礦篩選后剩余巖石碎塊和低品味礦石堆積而成的廢石堆、尾礦砂形成的尾礦庫(kù)、矸石堆積的矸石山和剝離物壓占陡坡排巖場(chǎng)（排土場(chǎng)）［4］。礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境問(wèn)題主要表現(xiàn)為：（1）土壤基質(zhì)物理結(jié)構(gòu)不良，持水保肥能力差，導(dǎo)致缺乏植物能夠自然生根和伸展的介質(zhì)；（2）N、P、K及有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足［5］；（3）存在重金屬、高鹽分等有毒有害物質(zhì)限制植物生長(zhǎng)［6］；（4）地表土極端pH值或鹽堿化等環(huán)境條件使得植被難以生長(zhǎng)。

4.2 改良底泥應(yīng)用于礦山排土場(chǎng)

模擬小試結(jié)果初步驗(yàn)證了植物能夠在摻混有機(jī)肥料的底泥中生長(zhǎng)良好。因此，在江西德興銅礦水龍山排土場(chǎng)選擇10000m2的區(qū)域進(jìn)行了中試試驗(yàn)。按模擬小試最佳結(jié)果，底泥控制在體積30%與有機(jī)肥料配比，并與排土場(chǎng)表層30cm的土壤摻混，進(jìn)行土壤改良。按2株/m2的用量直栽喬灌木袋苗與撒播植物種子、土壤種子庫(kù)，種植完成后，用稻草覆蓋遮蔭。中試試驗(yàn)取得了良好生態(tài)恢復(fù)效果，進(jìn)一步證實(shí)底泥添加有機(jī)肥料調(diào)配制成的人工基質(zhì)能夠滿足植被重建的需求（見(jiàn)圖2）。

圖2 底泥用于礦業(yè)廢棄地修復(fù)的中試現(xiàn)場(chǎng)照片

5 底泥資源化利用的展望

（1）“以廢治廢”，利用底泥提高礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)治理效果，研究與探索底泥摻混礦業(yè)廢棄地土壤，進(jìn)行酸堿中和、粘粗互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)綜合改良土壤酸性、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，建立免維護(hù)、不退化、多物種良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)的一種方法。

（2）建立底泥廢棄物用于重金屬礦業(yè)廢棄地修復(fù)的全新技術(shù)體系，探討底泥與有機(jī)肥料的最優(yōu)配比、適宜種植植物品種等相關(guān)的技術(shù)工藝參數(shù)。

（3）通過(guò)在典型礦山建立技術(shù)示范區(qū)，并從酸化和重金屬溶出控制、微生物群落調(diào)節(jié)以及植被恢復(fù)效果等幾方面進(jìn)一步研究修復(fù)內(nèi)在機(jī)制，評(píng)估技術(shù)的修復(fù)效果，建立相應(yīng)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

（4）按“以廢治廢”，覆蓋50cm厚度的底泥計(jì)，每平方米可消耗0.5m3的底泥廢棄物，明顯減輕了礦企的底泥處理壓力，節(jié)約了大量處理費(fèi)用。并且，由于底泥的使用減少了原有改良材料的添加，相比降低了約6%的修復(fù)成本。

（5）解決酸性廢水處理底泥廢棄物的出路問(wèn)題，避免大量堆置帶來(lái)的土地占用、污染和安全問(wèn)題；同時(shí)，開(kāi)發(fā)的修復(fù)新技術(shù)能夠從源頭防控重金屬污染，避免礦區(qū)周邊土壤和水體污染，改善生態(tài)環(huán)境，維護(hù)人們的身體健康，對(duì)于資源節(jié)約型社會(huì)、綠色礦山建設(shè)均具有十分重要的意義。