矿山废水的危害及治理技术研究进展

鉴于矿山废水具有排放量大、污染范围广、成分复杂等特点, 目前已逐步发展出酸碱中和法、混凝沉降法、化学氧化法、人工湿地法、生物法等处理技术。

酸碱中和法是向废水中投加中和剂, 利用酸碱中和反应来调节废水的pH值, 并去除废水中的有害物质。向酸性矿山废水中投加碱性中和剂, 一方面可以使废水的pH值接近中性, 另一方面可使废水中的重金属离子与中和剂发生化学反应形成溶解度较小的氢氧化物或碳酸盐沉淀而从废水中分离出来。常用的酸性废水中和剂有石灰、消石灰、石灰石等, 也可采用粉煤灰、煤矸石、碱性废液或废渣中和酸性废水。其中石灰以价格低廉、处理成本低等优势而成为处理酸性矿山废水最常用的中和剂。

王洪忠等^[5]研究了以中和法处理排入孝妇河的矿山酸性废水, 试验先用碳酸钙将废水pH值中和至4.5左右, 再改用氢氧化钙继续升高pH, 最终出水pH值达到7.5, 硫酸根和总铁含量为微量, 达到排放要求。李学金等^[6]研究了采用两段中和法处理某铁矿尾矿库酸性废水, 首先以矿物或废渣作中和剂, 将废水的pH值调至4左右, 再用石灰乳进行中和。试验结果表明:当石灰用量为0.5～0.8 kg/m³, 絮凝剂投加比例为2×10^-6时, 出水pH值达到6～8, 水质达到国家排放标准;两段中和法比一段法节省石灰用量, 节约处理费用。Feng D等^[7]利用炼铁渣和炼钢渣的碱性和吸附性来中和酸性矿山废水并去除废水中的铜、铅等重金属离子, 在南非某金矿选矿废水的处理中获得了成功。

酸碱中和法是处理酸性矿山废水最常用的传统方法, 具有工艺简单、操作方便、运行费用低等优点, 但也存在结垢严重、沉淀污泥量大、易造成二次污染等弊端。在处理酸性矿山废水时, 为了提高处理效果, 常将中和法与氧化法等其他方法结合使用。

混凝沉降法是通过向废水中投加混凝剂来破坏胶体的稳定性, 使细小悬浮颗粒和胶体颗粒聚集成较粗大的颗粒而沉降, 从而达到废水净化的目的。常用的混凝剂有明矾、氯化铝、聚合氯化铝 (PAC) 、聚合硫酸铁 (PFS) 、聚合氯化铁 (PFC) 、聚丙烯酰胺 (PAM) 等。

混凝沉降法作为一种基本的水净化方法, 被广泛用于各种污水的处理, 其主要机理是通过吸附架桥、沉淀物网捕、压缩双电层作用使胶体脱稳并凝结成絮体而沉降。针对不同的矿山废水, 常将混凝沉降法与吸附法、化学氧化法等组成不同的处理工艺。严群等^[8]采用混凝沉降—活性炭吸附工艺处理四川省攀西地区某铅锌矿的选矿废水, 不但降低了废水的重金属离子浓度, 还解决了废水中COD_Cr偏高的问题, 经过处理的废水回用后可得到与新鲜水相当的选矿指标。孙水裕^[9]等对江苏某铅锌硫化矿浮选厂的废水进行了净化处理与回用研究, 结果表明:采用混凝沉降—化学氧化工艺, 出水的各项指标均能达到国家排放标准, 但处理费用较高;采用混凝沉降—活性炭吸附工艺, 处理费用低, 出水的固体悬浮物和重金属含量达标, 化学需氧量和起泡性有一定降低, 处理后废水的回用效果与生活自来水的效果相当。

化学氧化法是彻底去除废水中污染物的有效方法之一。通过化学氧化, 可以将液态或气态的无机物和有机物转化成微毒、无毒的物质, 或将其转化成易于分离的形态, 达到降低废水COD, BOD及毒性的目的。处理废水常用的化学氧化剂有臭氧、次氯酸钠、过氧化氢、Fenton试剂等。

选矿废水中的药剂残余量较大, 利用化学氧化法能将难降解有机物氧化成小分子有机物, 改善废水的可生化性。赵永红等^[10]进行了采用漂白粉氧化法去除水中黄药的试验研究, 在漂白粉加入量为15 mg/L, pH值为3, 氧化时间3 h时, 可将浓度为10 mg/L的黄药溶液完全降解。吉鸿安^[11]采用臭氧氧化法对含超标黄药和2号油的选矿废水中进行了研究, 试验结果表明, 选矿废水中的黄药和2号油能被臭氧有效分解, 氧化时间为5 min时, 黄药和2号油的去除率都达到了99%以上。

自从1972年Kickuth提出“根区理论”^[12]以来, 人工湿地技术作为一种独特的新型污水处理技术进入了水污染控制领域。1974年, 第1个用于污水处理的人工湿地系统在西德的Othfrensen建成^[13], 此后, 人工湿地技术因其优越的性能而获得了较快的发展。近年来, 人工湿地工艺作为传统污水处理技术的替代工艺, 已被广泛应用于生活污水、工业废水、农业废水的处理。

人工湿地属于自然生物污水处理系统, 是一种污水处理与利用相结合的实用技术, 其核心是基质-微生物-植物的复合生态系统, 利用这种复合系统的物理、化学及生物三重协同作用, 通过过滤、吸附、沉淀、溶解、络合反应、离子交换、植物吸收和微生物分解等多种途径实现对污水的净化。矿山废水中的悬浮物、有机污染物等可通过基质的过滤作用、湿地植物的拦截作用、植物根系生物膜的吸附作用、湿地生物的摄食作用和微生物的降解作用等得以去除, 而矿山废水中的重金属离子则可通过填料的吸附作用和化学反应得以去除, 同时, 基质虽一般不能与废水中的重金属发生化学反应形成沉淀, 但可以通过络合作用将重金属转化为低毒状态^[14]。

阳承胜等^[15]研究了以宽叶香蒲为优势物种的人工湿地系统对广东省韶关市凡口铅锌矿废水的净化效能, 结果表明:经人工湿地系统处理后, 废水中COD, 固体悬浮物, Pb, Zn, Cu和Cd的去除率分别达92.19%, 99.62%, 93.98%, 97.02%, 96.87%和96.39%, 水质得到明显改善, 主要污染物SS, Pb, Zn, Cu和Cd的含量均达到工业标准, 并接近农灌标准。Sardar Khan等^[16]研究了用人工湿地法去除工业废水中的重金属离子, 试验结果表明:该法对工业废水中的Cd, Fe, Cr和Cu有较好的去除效果, 去除率分别为91.9%, 74.1%, 89.0%和48.3%。