鐵山嶂廢棄礦區(qū)礦山廢水處理工藝研究

周劍波

（廣東省地質(zhì)建設(shè)工程集團(tuán)公司，廣州 510080）

礦產(chǎn)資源是人類社會發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，礦山開采已成為推進(jìn)我國工業(yè)化、城市化和農(nóng)村現(xiàn)代化進(jìn)程的重要手段[1]。資源的過度開發(fā)及不合理利用導(dǎo)致巖體裸露、水體污染、土壤流失、植被破壞、生物多樣性銳減、地質(zhì)災(zāi)害等諸多生態(tài)環(huán)境問題[2]。山水林田湖草是生命共同體[3]，該理念的提出為礦山生態(tài)環(huán)境治理指明了方向。山水林田湖草各要素組成多層次、關(guān)系復(fù)雜且有序的生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)各要素相互關(guān)聯(lián)，緊密聯(lián)系[4]。

鐵山嶂硫鐵礦自開采以來未設(shè)置專門的截排水設(shè)施，棄渣排土場和礦石堆場沒有采取任何防滲措施。廢棄露天采場和棄渣排土場內(nèi)，大量的廢渣、廢棄巖土等固體廢棄物在空氣氧化、雨水淋濾、地表水沖刷和滲濾下經(jīng)過一系列的氧化、水解等反應(yīng)，形成SO4

2-及重金屬含量較高的酸性廢水。酸性廢水排入河流湖泊，會改變水體pH，影響水生物生長和繁殖，大幅降低水體自凈能力。酸性廢水中的重金屬離子通過沉淀、絡(luò)合、吸收、鰲合和氧化還原等作用在自然水體中發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化，若進(jìn)入地下水、飲用水源、耕地灌溉水源等，會產(chǎn)生持續(xù)性危害，對人體健康造成不良影響。下面將針對鐵山嶂廢棄礦區(qū)礦山廢水處理進(jìn)行研究。

1 廢水處理工藝比選

酸性廢水處理工藝包括石灰中和法、中和沉淀法、離子交換法、置換法、吸附法和氧化法等，分別適用于不同來源、不同性質(zhì)的酸性廢水。若以達(dá)標(biāo)處理或回用為目的，一般選用石灰中和法及其優(yōu)化方法；若涉及廢水有價(jià)金屬回收，通?？紤]離子交換法、置換法、吸附法和生物氧化法等方法。工程實(shí)踐中，石灰中和法及其優(yōu)化方法是主流，使用率超過90%。酸性廢水的常用處理方法比較如表1 所示。

表1 酸性廢水常用處理方法比較

原水含有鐵、錳、鎘、銅、鉛、鋅、鎳等重金屬離子，其沉淀pH 不盡相同。理論上，鐵（三價(jià)）的氫氧化物在pH 為4～5 的條件下完全沉淀，在pH為12～13 的條件下開始溶解；錳、鎘、鎳的氫氧化物在pH 為9～10 的條件下完全沉淀；銅的氫氧化物在pH 為8～9 的條件下完全沉淀；鉛的氫氧化物在pH 為8～9 的條件下完全沉淀，在pH=13 的條件下完全溶解；鋅的氫氧化物在pH 為7～8 的條件下完全沉淀，在pH 為10～11 的條件下開始溶解。根據(jù)不同重金屬的不同沉淀特點(diǎn)，可以控制pH，通過多級沉淀分別去除不同的重金屬離子。經(jīng)綜合考慮，鐵山嶂廢棄礦區(qū)酸性廢水?dāng)M采用“化學(xué)沉淀+錳砂過濾”的工藝路線，工藝流程如圖1 所示。

圖1 “化學(xué)沉淀+錳砂過濾”工藝流程

2 污水處理反應(yīng)機(jī)理

污水處理工藝涉及4 類反應(yīng)，即中和硫酸反應(yīng)、除氟反應(yīng)、重金屬去除反應(yīng)和絮凝反應(yīng)。中和硫酸反應(yīng)如式（1）和式（2）所示，除氟反應(yīng)如式（3）所示，重金屬去除反應(yīng)如式（4）至式（9）所示。絮凝反應(yīng)主要涉及鐵鹽、鎂鹽絮凝沉淀，如式（10）至式（13）所示。其間可外加絮凝劑。投加聚丙烯酰胺（PAM）作為絮凝劑，可以有效提升絮凝作用，廢水中的有害物質(zhì)及懸浮物得以有效去除，確保廢水處理穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3 污染物預(yù)期去除效果分析

鐵山嶂廢棄礦區(qū)采用“化學(xué)沉淀和錳砂過濾”組合工藝，對酸性廢水中的重金屬離子進(jìn)行處理，包括鐵、錳、鎘、銅等。從出水標(biāo)準(zhǔn)限值來看，鐵濃度不大于5.0 mg/L，錳濃度不大于2 mg/L，鎘濃度不大于0.1 mg/L，銅濃度不大于0.5 mg/L，鉛濃度不大于1 mg/L，鋅濃度不大于2 mg/L，鎳濃度不大于1 mg/L。各污染物預(yù)期處理效果如表2 所示，均符合出水排放限值要求。

表2 各重金屬預(yù)期去除效果

4 綜合效益分析

4.1 環(huán)境效益

建設(shè)污水處理站及配套設(shè)施，持續(xù)運(yùn)營污水處理站，有效處理廢棄礦區(qū)酸性廢水，可以顯著削減重金屬污染物排放量，更好地保護(hù)周邊水體（官田河、石馬河、寧江），改善生態(tài)環(huán)境。

4.2 社會效益

工程實(shí)施降低了廢棄礦區(qū)酸性廢水對周邊水體的污染威脅，有效減少水土流失，保持土地肥力，起到良好的固土作用，防止下游河道淤塞，避免危害農(nóng)田。同時(shí)，可防止水土流失造成滑坡而危及居民及道路安全，而且對下游水源地起到保護(hù)作用。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

污水處理站及配套設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)營可以有效地控制現(xiàn)有重金屬污染，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，并起到防災(zāi)減災(zāi)作用，有效保障下游村莊安全。同時(shí)，該項(xiàng)目的實(shí)施有利于區(qū)域全面發(fā)展，促進(jìn)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設(shè)，并進(jìn)一步增強(qiáng)當(dāng)?shù)孛癖姯h(huán)境保護(hù)意識，供類似礦山酸性廢水治理項(xiàng)目借鑒。

5 結(jié)論

鐵山嶂硫鐵礦未對廢棄露天采場和棄渣排土場進(jìn)行治理，大量的固體廢棄物在多種物化作用下形成酸性廢水，大幅降低水體自凈能力，嚴(yán)重威脅下游水體安全，開展生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理勢在必行。經(jīng)工藝比選，鐵山嶂廢棄礦區(qū)選定“化學(xué)沉淀+錳砂過濾”的工藝路線對酸性廢水進(jìn)行處理，其具有較好的針對性，可達(dá)到預(yù)期的重金屬去除效果，綜合效益突出。