有色金属矿山酸性废水处理技术发展趋势.pdf

第6 3 卷第1 期 2011 年2 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．6 3 ，N o ．1 F e b ．20ll D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 0 2 1 1 ．2 0 1 1 ．0 1 ．0 2 7 有色金属矿山酸性废水处理技术发展趋势 杨晓松∽，邵立南2 1 ．中国矿业大学化学与环境工程学院，北京10 0 0 8 3 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京10 0 0 7 0 摘要在分析矿山酸性废水水质特点和排放特征的基础上，对近1 0 年问矿山酸性废水处理的相关论文进行查阅和统计分 析。对相关应H J 案例进行分析。结果表明，近年来我陶矿I J l 酸性废水处理的相关研究稳定增长，将l } I 和法和微生物法作为矿山酸 性处理的丰要研究方向，同时，一些新技术也逐渐成为新的研究热点。 关键词环境丁程；酸性废水；综述；有色矿⋯；处理技术；发展趋势 中图分类号X 7 5 1文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 1 I 0 1 0 1 1 4 0 4 随着社会经济的迅速发展，人类对矿产资源的 需求肇在f 1 益增加，矿产资源开采产牛大量工业废 水。其中，污染范围最广、危害程度最大的是矿山酸 性废水。由于有色矿⋯酸性废水酸度高 一般p H 1 ．5 2 ．5 ，含有种类多、浓度高的苇金属离子 一般含C u ，P b ，Z n ，C d ，A s 和M n 等 ，废水排放对 生态环境将造成严重污染。因此，根据有色金属矿 山酸性废水的水质特征，寻求技术可行、经济合理的 治理方法，消除矿山酸性废水的危害，保证矿产资源 开发可持续发展和避免重金属污染具有重要意义。 针对有色金属矿山酸性废水的水质特点和排放 特征，系统总结了矿山酸性废水处理技术的研究现 状，在此基础上，阐述其发展的趋势，对相关应用案 例进行了分析，以期对我闲有色矿山酸性废水处理 技术研究和应J I J 起到借鉴作用。 1矿山酸性废水及其危害性 1 ．1 酸性废水来源 由于金属矿体往往伴生着多种金属的硫化矿 物，在开采过程中，这些矿物在空气、水和细菌的共 同作用下，形成硫酸- 硫酸高铁溶液，并溶出矿石中 的多种金属离子。因巾i 产生含铜、铁、铅、锌、镉、砷 等的酸性废水。以F e S 氧化过程为例，矿山酸性废 水形成机制包括i 各步骤。 1 硫化物与氧起反应 收稿日期2 0 1 0 1 0 一l l 基金项目国家。卜一五”科技支撵项H 2 0 0 6 B A B 0 4 8 0 6 ；北京市 科技计划项目 D 0 9 0 3 0 3 0 3 7 9 0 9 0 2 作者简介杨晓松 1 9 6 5 一 ．男．黑龙汀齐齐哈尔市人，教授级高 工，博t 乍，丰委从事环境1 程等方面的研究和工 程设 计I 作。 生成可溶性硫酸盐，干燥环境下F e S 3 0 F e S O 。 S 0 2 ，潮湿环境中F e S 2 2 H2 0 7 0 2 2 F e S 0 4 2 H S O 。。 2 硫酸哑铁在硫酸和氧的作用下生成硫 酸铁，在此过程巾细菌是触媒剂，加速这个过程， 4 F e S O 。 2 H2 S 0 4 0 2 2 F e 2 S 0 4 3 2 H 2 0 。 3 硫酸铁可与硫化铁反应，进一步促进氧化，并加速酸 的形成，7 F e 2 S 0 4 3 F e S 2 8 H2 0 1 5 F e S 0 4 8 H 2 S O 。。总反应方程式为F e S 2 1 ．8 7 5 0 2 6 ．5 F e 4 ．2 5 H 2 0 7 ．5 F e 2 2 S 0 4 2 一 8 ．5 H 。 1 ．2 酸性废水性质和危害性 矿山酸性废水水嚣大，一般p H 值在2 ～4 ，重金 属离子的含鼍为每升几毫克至几百毫克，也有高达 数千毫克的情况，有的还含有一定数蹙的铜、锌、锰、 砷和二氧化硅等。呈现出典型的重金属污染特征。 矿山酸性废水会腐蚀管道、水泵、钢轨等矿井设 备和混凝土结构，而且，由于含有红褐色的F e O H 、沉淀，其色度和悬浮物都大大超标，含蕈金 属离子的酸性水对大多数植被都具有毒性作用，可 以导致植被的枯萎、死亡，土壤的酸化、毒化。此类 酸性水不经处理而直接排人河流则会消耗水的溶解 氧；废水的低p H 值对水生物特别是鱼类、藻类构成 极大威胁；更严蕈的是莺金离子通过食物链的富集 而最终危害人类的健康。 2我国矿山酸性废水处理的研究现状 在杏阅2 0 0 0 2 0 0 9 年期间有关矿I JJ 酸性废水 处理的相关文献的基础上，总结与阐明了我国在矿 山酸性废水处理方面的研究现状和发展趋势。 2 ．1 文献量的年代变化 图l 显示了近1 0 年矿山酸性废水处理文献量 万方数据 第1 期 杨晓橙等有色金属矿m 酸性废水处理技术垃展格势 的年代变化。对于各年份，深色柱高代表理论和应 用研究论文量．浅色柱高代表文献综述文献量．从而 总柱高反映了该年的文献总量。对文献总量的年代 变化进行拟台分析，发现髓时间推移，文献量呈现线 性增长趋势 Y I5 6 3 x 36 ，R 。 09 5 3 ，表明我 国矿山酸性废水处理研究处于稳定增长阶段。 洲 圈1 期刊文献■年代变化 F i g l L i t e r a t u mq u a n t i t yc h a n g ew i t hp e r i o d 2 ．2 处理技术研究的年代变化 对近I O 年矿山酸性废水处理技术研究论文的 数最进行统计，见表1 。从表1 可以看出，中和法和 微o E 物法一直魁研究的热点．但中和法的研究已经 从单纯的石灰中和法发展到现在的石灰法的改良技 术 如H D S 法 ，微生物法的研究热点已经转化为筛 选廉价可靠的碳源和适用的反应器上。2 0 0 5 年以 来膜{ 击和其他一些新技术被广泛的应用到矿山酸性 废水处理中．逐渐成为新的研究热点。对我国矿山 酸性废水处理方法归纳见表2 。 裹1 近1 0 年矿山酸性废水处理 方法研究论文的数■ T a b l e1 P a p e rq u a n t i t yo fm i n e m la c i d i c ⋯I ⋯t e rt r e aL m e n t 4 份 r ⋯№性m n m { 研女地女戢／篇 十自*t * №m 自№Ⅸ* 裹2 矿山酸性废水的常规处理方法 h h i e2C o ⋯n t I ⋯ll m a t m e n to fm i n e r a la c i d i cw a B l e w a l e f n 目 n 理原ⅫE 月 Ⅱ ＆∞目置 ”* m t ，m * * m ”* * m * 言裟i H ” 等￡“”“’i 姜罢嚣””“_ “月 ＆＆Ⅱ原目t Ⅱ原 m 自*S O ．1 。为s ”，进- ∞m 化 Ⅲ m * m Ⅱn 琉m * 戚‘8 木魂化” 日H 镕■体包I 、女∞作Ⅲ．∞ * t * * 裴i 芒篇篡鬈 日∞ 一 “““““⋯”2 品1 髫“““ N - H s ．1 42 s ．N a 1 日“m 低p H 值T 女障m 女■ n 目重盒属* 簸％好，m 理随 F d O ．，p H 月∞M目r ，日一攻隙女 木中多种重 ＆■ 子 工显m №；i 嚣、傲”“”” c r { * n 理，试Ⅲf 理目t ．成 岛 铁t 件倪淀囊粒m 长A 反鹰d R 需i 女气氯n ．E 应a ＆ * 求6 0 8 0 ℃．* * * 耗* d 高 登 登 自m ‰★．n 4 ※ * 兰懋 H 和嗍盘属冉子8自圳2 s ∞处理{ ∞E ★”Ⅲ。 ‘ 3 我国有色金属矿山酸性废水处理的 发展趋势 随着对有色金属矿山酸性废水处理研究的蒯 ，近年来呈现出了新的发展趋势。 3 ．1 从传统处理工艺向先进替代工艺方向发展 传统的矿t l I 酸性废水处坪技术存在肴处理效率 低、处理般果不稳定的缺点。，近年来，经过广大科研 人塌的努力钻研，对传统的矿山酸性废水处理技术 进行了改进和强化，研发出新的先进替代工艺，更适 台于实际生产应用。 案例I 。高浓度泥浆法 H D S 在铜陵新桥矿业 有限公司废水处理中的应用。H D S 工艺提升了石 灰法简单实用、管理方便、基建和运行费用低等优 点，同时有效克服和解决了石灰法的结垢严重、朽泥 密度低、操作环境恶劣等缺点．成为其最佳的先进实 呲o oo，，，， 筹淼淼篙淼 万方数据 有色盒属第6 3 卷 用替代技术。H D S 的工艺流程如图2 所示。 』上』姓 图2H D S 工艺流程 F i g2l I D S ⋯e B sf l o w s h e e t H D S 的l 。艺具有许多优点。 I 反应槽中的反应充 分利川r 回流底泥中剩余的有效钙，减少了新鲜石 灰的投加量。同常规石灰法比较，处理同体积酸性 废水可减少石灰消耗5 ％～1 0 ％。 2 沉淀槽中发 生r 品棱诱导作川，新产生的C a S O 。附着在品核上 面，使品核不断的成长，减少丁设备管道皇占垢．加快 了底泥沉降和分离。常规石灰法通常1 月停产清垢 一欢．| f l 『采用H D S 法通常1 年停产清垢一次，节省 大母设备维护费用，并能大大提高了设备的使_ f } f 率。 3 在原有水处理设施基础上，将常规石灰法改造 为H D S 法，可提高处理能力5 0 ％以上，并且易于对 现有的石灰法娃理系统的改造，改造费用低。 4 H D S 法产生污泥含固率高，通常可达2 0 ％一3 0 ％， 同常规打灰法产生含固率I ％左右的污泥比较．污 泥体积是其1 ／2 0 ～I ／3 0 ，可以节省大量的污抛处氍 或输送费用。 5 自动控制系统采用前馈式串极 P I D 控制技术，建立了精确的H D S 控制数学模型， 对各种运行工艺参数进行精确控制和智能坍调，保 证处理水质、处理能力及系统稳定运行，并设有可与 外部控制中心莲接的接口，且控制系统的电气元件 设有防尘、防湿的装置。改变了常规石灰法采用手 动操作的方式，可实现金自动化操作，药剂投加更加 合理、科学，可有敢降低运行费用。 6 拄制合适的 J 二艺条件 如p H 低于90 能够使废水中多种重金 属离子 C u ．P h ，Z n ．C d ，M n ，C r ，F e 等 同时达到规定 标准，克服r 多级石灰法工艺排水p H 返词的弊端。 采用H D S 工艺对废水处理站的改造，废水处理 量由原来的1 0 0 0 0 m 3 ／d 提高到4 5 0 0 0 m ’／d ，日回用 水量约为1 0 0 0 0 m 3 。处理费用由I2 ／t 降到05 3 ／I ．年节约运行费用及水资源费约5 0 0 多万元。 3 ．2 从末端治理向谭头控制- 过程调控- 末端治理 技术集成方向发展 “术端治理”往往并不能从根本r 消除污染，而 只是污染物在不同介质巾的转移，特别是有毒有害 的物质，往往在新的介质中转化为新的污染物，形成 “治不胜治”的恶性循环。通过源头控制技术、过程 调控技术、废水处理同用技术的综合研究，开发出矿 山酸性废水集成控制技术。三部分内存既具有各自 的特定功能，叉互相联系，是典型的系统工程，整体 上体现出清洁年产的研究思路和方法。 案例2 ，德兴铜矿矿山酸性废水综台治理。将 矿山酸性废水集成控制技术应用于德兴铜矿矿山酸 性废水综合治理工程中，取得了显著的环境、经济和 社会效益。 I 源头控制技术。清亍亏分流，控制雨 季合理爆破堆存城，清除边坡斜面残存的岩石及凹 陷坑，杜绝雨水积存酸化。 2 过程调控技术。从 整个矿区的角度制定柑染调控处理的嗍络体系，包 括对矿t h 酸中I 废水在尾矿库、水处理站、酸性水库之 问合理调控与分配、尾矿库中和沉淀后水叫用于各 卡产工序等。 3 未端治理技术。采用H D S 技术对 原有的废水处理站进行改造，提高处理蘑，解决原有 石灰中和法产渣鼍_ 人、储运闲难、操作环境f 分恶 劣、管道腐蚀严重、运行费H 1 商等一系列问题。 工程实施前后的废水走向见图3 平“ 图4 。[ 程 实施后可减少向大坞河排放酸性废水1 0 9 27 万 m 3 ／a ．减少向大坞河排放污染物c u ，r F e ．C O D ， s 0 。‘。分别达到5 2 29 ，6 9 6 3 1 ．1 2 8 20 和8 9 2 7 95 t ／a 。有效地保障了大坞河的生态环境，实现r 大坞 河变清的目标。 图3 工程实施前的废水走向 F i g 3W a B t e w s l e FI r e n db e b “ p 州e c li m p l e m e n t a t i o n 3 ．3 从单纯的选标排放向回收有价金一和水资豫 方向发展 目前矿山企业常用的矿山酸性废水处理方法几 万方数据 第1 期杨晓松等有色金属矿山酸性废水处理技术发展趋势 圈4 工程实施后的废水走向 F i g4W ⋯a t e ⋯n da f t e rp 州e c Ii m p l e m e n l a t l o ． 乎都是中和沉淀，然后达标排放。这样不仅浪费废 水中的有价金属资源，而且污水处理赞用也很高．同 时由于将重金属都从水中转移到沉渣中，易造成二 次污染。因此先从废水中回收有价金属资源，然后 将处理后的水资源回用将成为今后的发展趋势。 膜分离技术具有网收有价金属．处理后满足生 产工艺对水质各项要求，对有价金属离子的截留率 不低于8 5 ％、总回收率较常规工艺提高5 ％以上．工 艺系统全自动控制、维护方便．占地面积是传统处理 方法的1 ／3 ～1 ／5 的优势，被许多学者用来进行矿山 参考文献 废水处理和有价金属凹收的研究”“1 。随着理论研 究的椿人，相笑的巾试也在积极的开展。 朱振兴“利用改进硫化沉淀法处理铜矿酸性 废水，实现c u2 ’的选择性沉淀和回收．其去腺率达 9 93 4 1 ％。回收沉渣古铜率达到4 5 ％左右，C u ． P b ，c r 去除率分别为9 38 5 ％，8 64 5 ％． 9 37 5 ％，再结台二段中和处理就能使其它蘑金属离 子达标排放。 4 结论 ”我国矿山酸性废水处理的相关研究处于稳 定增长阶段；近年来，随着我国矿山酸性废水问题变 得比较突出，关于其处理方面的相关研究得到了越 来越多的重视。 2 在矿山酸性废水处理的相关研究中，一直 主要从事中和法和微生物法方面的研究，在2 0 0 5 年 以后膜法和其他新技术逐渐成为新的研究热点。 3 我国矿山酸性废水处理研究的发展趋势 从传统处理工艺向先进替代工艺方向发展；从末端 处理向源头控制优化调控一末端治理技术集成方向 发展；从单纯的达标排放向回收有价金属和水资源 方向发展。 I ] 黄万抚．棘沽反溶透法处理矿山古重金属离子废水的试验研究[ J ] 矿业工程，2 0 0 5 ．3 4 3 6 3 7 2 ] 钟常明．许撮赶．方夕蜱膜耦台工艺处理矿山酸性废水的研究【J ] 水处理技术，2 0 0 7 ．3 3 I2 8 5 8 7 3 ] 钟常明．方步辉．许振良 纳滤虞脱除矿山酸性废东中重金属离子试验研究[ J ]环境科学与技术．2 0 0 7 ．3 0 7 1 0 一l3 4 ] 钟常明反渗透和纳滤及其耦台技术处理矿山酸性废水的应用研究[ D 】t } 每华东理工大学，2 0 0 71 0 一I5 5 ] 钟常明，许振良，方夕辉超低压反渗透膜处理矿山酸性废水及回用[ J 】水处理技术，2 0 0 7 ．3 3 6 7 7 8 0 6 】陈明，倪文，黄万抚反掺透处理金铜矿山酸性废水[ J ] 膜科学与技术，2 0 0 8 ．2 9 3 9 5 9 9 7 ] 钟常明，方岁辉，许振良超低压反渗透膜浓缩处理矿山醴性废水【J 】水处理技术．2 0 0 8 ，3 4 5 7 0 7 3 8 ] 钟常明．豢晓1 母．许振良超低压反巷透膜处理矿山酸性废水膜污染及清洗的研究[ J ] 承处理技术，2 0 0 9 ．3 5 5 7 3 7 5 9 ] 朱振辨改进性硫化中和沉淀法对德兴铜矿酸性音锕废水的处理研究[ D ] 南昌南昌航空大学．2 0 0 8 5 4 5 5 D e v e l o p m e n tT e n d e n c yo fN o n - f e r r o u sM e t a lM i n e r a lA c i d i cW a s t e w a t e rT r e a t m e n tT e c h n o l o g y g A N GX 一”“ 。2 ，S H A OL i ⋯2 1S c h o o lF C h e m i c a l ⅡdE ⋯一fE n g i n e e r i n g ．C U M T ．＆“q1 0 0 0 8 3 ； 2B e O i n g ＆⋯tR ⋯r c hJ m m u ko f M i n i n g ＆M e t a l l u r g y ．B e 啦n g1 0 0 0 7 0 ，C h i n a l A b s t r a c t B a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ew i l i e rq u a l i t ya n dd i s c h a r g ec h a r a c t e r i s t i c so fm i n e r a la c i d i cw f l s t e w a t e r ．r e l a t e d p a p e ml i n k i n gw i t hm i n e r a la c i d i cw a m e w a t e r [ g e a t m e n [ i nr e c e n t l y1 0y ⋯a l es e a r c h e da n ds t a t i s t i c a l l ya n a l y z e d ． a n dt h er e l e v a n tc a s e 8a r ed e s c r i b e dT h er e s u h ss h o wt h a it h es t u d yo nm i n e r a Ja c i d i cw a B k w a t e rt r e a t m e n tl Bo D as t a b l es t a g ei nC h i n aT h ea t t e n t i o ni sf o c u s e do nn e u t r a l i z a t i o na n db i o c h e m i s t r yu n t i lo t h e ra d v a n c e dt e c h n o l o g y b e c a m en e wr e s e a r c hh o t s p o t K e y w o r d s e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ；a c i d i cw a s t e w a [ e r ；r e v i e w ；n o n f o c u sm e t a lm i n e L m a ”⋯l ； d e v e l o p m e n tt e n d e n c y 辫 一 w ， ／～ ≥ 万方数据