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        鐵山嶂廢棄礦區(qū)礦山廢水處理工藝研究

        2022-12-10 13:15:18周劍波
        中國資源綜合利用 2022年11期
        關鍵詞:鐵山廢水處理酸性

        周劍波

        (廣東省地質(zhì)建設工程集團公司,廣州 510080)

        礦產(chǎn)資源是人類社會發(fā)展和國民經(jīng)濟建設的重要物質(zhì)基礎,礦山開采已成為推進我國工業(yè)化、城市化和農(nóng)村現(xiàn)代化進程的重要手段[1]。資源的過度開發(fā)及不合理利用導致巖體裸露、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、關系復雜且有序的生態(tài)系統(tǒng),系統(tǒng)內(nèi)各要素相互關聯(lián),緊密聯(lián)系[4]。

        鐵山嶂硫鐵礦自開采以來未設置專門的截排水設施,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,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。若以達標處理或回用為目的,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)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,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)酸性廢水擬采用“化學沉淀+錳砂過濾”的工藝路線,工藝流程如圖1 所示。

        圖1 “化學沉淀+錳砂過濾”工藝流程

        2 污水處理反應機理

        污水處理工藝涉及4 類反應,即中和硫酸反應、除氟反應、重金屬去除反應和絮凝反應。中和硫酸反應如式(1)和式(2)所示,除氟反應如式(3)所示,重金屬去除反應如式(4)至式(9)所示。絮凝反應主要涉及鐵鹽、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)定達標。

        3 污染物預期去除效果分析

        鐵山嶂廢棄礦區(qū)采用“化學沉淀和錳砂過濾”組合工藝,對酸性廢水中的重金屬離子進行處理,包括鐵、錳、鎘、銅等。從出水標準限值來看,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 各重金屬預期去除效果

        4 綜合效益分析

        4.1 環(huán)境效益

        建設污水處理站及配套設施,持續(xù)運營污水處理站,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,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作用。

        4.3 經(jīng)濟效益

        污水處理站及配套設施的建設和運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,并起到防災減災作用,有效保障下游村莊安全。同時,該項目的實施有利于區(qū)域全面發(fā)展,促進資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設,并進一步增強當?shù)孛癖姯h(huán)境保護意識,供類似礦山酸性廢水治理項目借鑒。

        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,嚴重威脅下游水體安全,開展生態(tài)環(huán)境恢復治理勢在必行。經(jīng)工藝比選,鐵山嶂廢棄礦區(qū)選定“化學沉淀+錳砂過濾”的工藝路線對酸性廢水進行處理,其具有較好的針對性,可達到預期的重金屬去除效果,綜合效益突出。

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