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第 4卷第 3期 2 0 0 6年 6月 矿 业 工 程 M i ni ng Eng i n e e r i ng 5 5 矿山酸性废水治理的研究综述 马 尧 胡宝群 孙 占学 东华理工学院 ，江西 抚州 3 4 4 0 0 0 摘要 矿山废水成分复杂 ，危 害性 大，其中以酸性废水 的污染最 为严重 。本 文总结 r国 内外 治理 酸性 废水的方法与研究现状 ，详细介绍 了中和法 、人工湿地和微生物法 的治理方法 关键词 矿山废水处理 ；中和法 ；人 工湿地 ；微生物法 中图分类号 x 7 0 3 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 8 5 5 0 2 0 0 6 0 3 0 0 5 5 0 3 0 引言 矿产 资源是人类 文 明必需 的物质 基础 。在矿 产开发 利 用过 程中不可避免 地要 破坏 和改变 自然环境 ，产生 各种 污 染物质 ，污染大气 、水 体及 土壤 ，给生态 环境 和人 体健康 带来诸多不利影 响。事实证 明 ，一些 国 家或地 区 的环境 污 染状 况，在某种程度上 总是与其矿产资源消耗水平 相一 致。 矿山废水 是矿 山环境 的 主要 污染 源之 一，其 中义 以酸 性废 水的危害最为严重 。矿山废水一般不能直 接循 环利用 ， 若排入河流、湖泊等水体，将 导致水体 p H值发生变化， 不利于细荫和微生物 的生长 ，妨碍水 体 自净 。酸性 废水 的 排入导致 水质酸化 ，同时 含有重 金属离 子 的酸性 废水会 毒 化土壤 ， 导致植 被枯萎 、死 亡 。因此 ，消除 矿 山酸 性废 水 基金项 目江 西省环保局科技r 贞目 2 0 0 3 和江 西省教育厅人文社 科项 目 o 4 J J 2 4 资助。 收稿 日期 2 0 0 5 1 1 2 4 作者简介 马尧 1 9 8 2 一 ，男 汉族 ，新疆 克拉玛依人 ．东华 理工学 院在读硕士研究生 ，环境工程专业 。 的危害已成为开采矿 山时必 须要考虑 的问题 。 1 矿 山废水 的成分 及危害 矿山废水是从采掘 场 、选 矿 厂 、尾 矿坝 、排 土 场 以及 生活区等地排出废水 的统 称 。开采 、选 矿 、运 输 、防尘 及 防火等诸 多生产及辅助 工艺 均需要 使用 大量 的水 ，这些 矿 山废 水排放量大 、持续性强 ，对 环境 污染严重 。 矿山废水 中的主要 污 染成 分 包 括有 机 和 油类 污染 物 、 氰化物 、酸和重金属 污染 、氟 化物 和 可溶性 盐类 。除此 之 外 ，还有热污染 、水的浊 度污 染以及 固体 悬浮 物和 颜 色变 化等污染形式 。 矿山废水 中有 机 污 染物 是指 其 中所含 的碳 水 化 合物 、 蛋 白质 、脂肪和木质 素等有 机化 合物 ] 。油类 樗染 物是 矿 山废 水 中较为普 遍 的污 染物 ，当 水面 油膜 厚度 在 1 0 e m 以上时 ，它会阻碍水面 的复 氧过程 ，阻碍 水分 蒸发 和大 气 与水体间的物质交换 ，改变水 面的 发射率 和进 入水 面表 层 的日光辐射，对局部区域气候可能造成影响，主要是影响 鱼类和其它水生物 的生长繁殖 J 。 矿山废水 中的重金 属主要 有 Hg 、Cr 、C d 、P b 、Z n 、 _ ．__ ●m⋯_● ．-．-．_．-．。⋯_ ●_ ●- ●-．__．--．_．-．- 。 ●。 ⋯●-●_ m．-．-．_．- ．-．_ ．- ．。⋯⋯●_ ●-●-．-- 为排水系统合理地配 备维修 小组 ，降低 人员成 本 ，将 为矿 井安全的科学决策提供 科学 的理论 指导 ，具 有一 定 的研 究 价值。排水系统可靠性指标的计算公式还可应用于其它系 统 ，如电机车运输 、压 风机 通风 和供 电系统 等类 似相 同条 件的贮备系统 的可靠性 指标计算与分析 。 参考文献 [ 1 ] 曹晋华 ，程侃 ．可靠性数学引论 [ M ]．北京 科学出版 社 ， 1 9 8 6，2 0 6 ～ 2 0 8 ． [ 2 ] 王再英 ．多级排水 系统 最优 控制模 型及分级 DP算法 1 ． 西 安矿业 学院学 报 ，1 9 9 7 2 ． C 3 ]Ho l l i n g s wo r t h D． Th e Wo r k f l o w Re f e r e n c e Mo d e l[ z ]． Wf M C TC一1 0 0 3。 l s s u e 1 ． 1． W o r k f l o w M a n a g e me nl Co a l i t io n， Br u s s e l s ， B e l g l um ， 1 9 9 7 ． [ 4 ] 俞 书韦 ．煤矿可靠性工程 引论 ．煤 炭工业出版社 ，l 9 8 8 ，1 5 ～ 2 0 ． Re s e a r c h a n d a pp l i c a t i o n o f r e l i a bi l i t y mo de l f o r de wa t e r i n g s y s t e m i n u n de r g r o u nd m i n e L I Hu i ．WAN G Y o n g - j i a n 。H OU Y a n - j i e i ． He n a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ，J i a o z u o 4 5 4 0 0 2；2 ． Z h e n g z h o u Un i v e r s i t y，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n r e l i a b i l i t y t h e o r y ， a r e l i a b i l i t y mo d e l f o r d e wa t e r i n g s y s t e m i n u n d e r g r o u n d mi n e i s e s t a b l i s h e d ． U s i n g t h e mo d e l ， t h e n u mb e r o f d e wa t e r i n g p u mp s i s d e t e r m i n e d t h u s t h e s a f e t y a n d r e l i a b i l i t y o f u n d e r g r o u n d d e wa t e r i n g s y s t e m a r e e n s u r e d ．Ap p l i c a t i o n o f t h e mo d e l i s a l s o p o s s i b l e i n o t h e r c o n s t r u c t i o n p r o j e c t s ． Ke y wo r d s d e wa t e r i n g s y s t e m i n u n d e r g r o u n d mi n e ； r e l i a b i l i t y mo d e l ；e f f e c t i v e n e s s 维普资讯 5 6 矿 业 工 程 第4 卷 第3 期 Ni 、C u 、C o 、Mn 、Ti 、V、Mo和 B j 等 。被重 金属 污染 的 矿 山废水排入农 田时 ，除 流失 一部 分外 ，另一部 分被 植物 吸收，剩余的大部分在泥土中聚积，当达到一定数量时， 农作物就会 出现病 害 。如 土壤 中含铜 达2 0 m g ／ k g 时 ，小 麦 会枯死I达到2 0 0 mg ／ k g 时，水稻会枯死。此外，重金属污 染的水还会使 土壤盐 碱化。’ 大多数金属 和非 金属矿 床 如煤 矿 都 含有 黄铁 矿 等 硫化物，若该硫化物含量低或不含有用元素，则常作废石 处理 ，堆放 于废石 堆或尾砂 库 。在地 表环境 中该 硫 化物将 迅速氧化，可形成含重金属离子浓度很高的酸性废水，成 为矿 山开采中最大的污染源 一 l 。 2 矿山酸性废水的处理方法 2 ． 1 中和法 2 ． 1 ． 1 作 用 机 理 中和法就 是向酸性废水 中投人 碱 中和剂 ，利 用 酸碱 的 中和反应达到增加废水 p H值的目的。同时，使重金属离 子与 氢氧根离子发 生反应 ，生成难 溶 的氢 氧化物 沉淀 ，净 化污 水 ] 。 中和法 是 目前处 理酸性废 水 比较成 熟 的方法 。中和 剂 主要 采用 石灰 石或石 灰；也有 采用 粉煤灰 、煤 矸 石 、电石 泥等作为中和剂；也可用碱性废液或废渣 电石渣、石灰 渣中和酸性废水 。 从理 论上 讲，在一定 p H 值下 石灰 或石 灰石 都 能使金 属沉 淀 。但 由于各尾 矿所要处 理废 水 中可能含 络合 试剂 或 离子，其沉淀及沉淀完成程度差异极大。同时处理后生成 的硫 酸钙渣较 多 ，容易造成二次污染 ] 。 2 ． 1 ． 2发 展 现 状 国内在矿山酸性 废水采 用 中和法 的处理 方面 ，基本 上 沿袭 石灰乳中和法 ] 。应用石灰石作中和剂处理酸性 废水 ， 经历 了石碾法、石 灰石 中和滚 筒法 、普 通 中和滤 池 、升 流 式膨 胀滤池和升流式变滤 速膨胀 中 和塔 法 。这些 方 法在 处 理含盐酸、硝酸及低浓度的酸性废水方面，均得到了广泛 的应 用_ 8 ] 。 美国环保局认为石灰石加石灰乳串联工艺处理含重金 属离 子的矿山酸性 废水是 最经 济的方 法，比单 纯 的石灰乳 中和法能降低 3 O 的处理成本 。在 日本 ，处理 酸性 废水 通 常使用石灰石作中和剂，使 p H达到 5左右，再加人中和 剂石 灰 ，p H值 继续 升高 。即通 过所谓 的二段 中 和法 处 理 含重 金属离子 的酸性废 水 。二段 中和法 在三 菱金 属 、细 仓 矿业 、同和矿业及小 坂矿业 等东北 地 区的矿山 得到 了广 泛 的应用 _ g ] 。 2 ． 2 人工湿地法 2 ． 2 ．1 作 用机 理 人工湿地法是根据 天然湿 地净 化污 水的机 理 ，由人工 将砾石、砂、土壤及煤渣等材质按一定比例填人，并有选 择性地种植有关植物 ，利用特 定植 物在湿地 中能 降低 酸性 水中金属离子的作用 ，让酸性水缓慢 流经人为的植 物群 落 ． 达到活体过滤的 目的。同时湿地 也 可为微生 物群落 的附着 生长提供条件，缓慢的水流与人工湿地单元基质发生一定 的中和作用E l o ] 。 湿地法具有投资少、运行费用低、易于管理、对有机 物的吸附去除能力强 等优点 ，对处 理煤矿 区酸性矿 井水 有很强可行性 。有 资料显 示 随着 地 下煤 炭资 源 大量 采 出 ， 岩体原有平衡遭到破坏，在采空区上方地表造成大面积塌 陷 ，这些塌 陷 区可 培养 、繁殖 大 量 的植物 、藻类 和 细菌 ， 是进行人工湿地处理 的基础 。 2 ． 2 ． 2应 用 目前 ，人 湿地法 在 国外 已用 于 实际 酸性 水 的 处理 如美国 已在煤矿 系统 建设 了 4 0 0多 座人 工湿 地 处理 系统 ， 使出水 p H 值 提 高 到 6～ 9 ，平 均 铁 总 含 量 不 大 于 3 mg ／ I 1 。德国 Wi s mu t 公 司的湿地 试验结 果表 明，采用 湿地法处理矿坑 含铀 废 水的 运行 费用 仅 为 2马克／ m。 约 合人民 币 9 ～】 0元／m ，远低于常规水处理方法 ，铀的去 除效果可达到 5 O _ 1 。 国 内对矿山废水采 用湿地 法处 理 的报 道还 很少 ，阳承 胜等人对广东韶关凡 口铅锌 矿采 矿废水 的研究 表 明，经 湿 地系统处理后 ，C O D、S S 、P b 、Z n 、C u和 C d的去 除率 分 别 为 9 2 ． 1 9 、9 g ． 6 2 、9 3 ． 9 8 、9 7 ． O 2 、9 6 ． 8 7 和 9 6 ． 3 9 ，主要污 染物 TS S 、P b 、Z n等均 达到 工业 排放 标 准 。此外 ，人_ _[ 湿地在处理铁矿酸性废水 的试 验结果表 明， 酸水 p H 值 由 2 ． 6升 高 到 6 ． 1 ；铜 离子 去除 率 9 9 ． 7 ；铁 离 子 9 9 ． 8 ；锰 离 子 7 0 ． 9 【 ” 】 。 2 ． 3 微生 物法 这是目前国内外处理酸性矿山废水的最新方法。具有 费用低 、适用性强 、无 二 次污 染 、可 回收短 缺原 料单质 硫 等优点成为最有潜 力的含硫酸盐 矿山酸性废 水的处理方法 。 2 ． 3 ． 1 硫 酸盐还 原茵 S R B 法 处理酸性废水 利用 自然界硫循环原 理的 生物法处 理含 重金 属离子 酸 性废水是 一 门前 沿 技术 ，该 方 法 就是 利 用 硫 酸盐 还 原 菌 S R B S u l f a t e R e d u c i n g B a c t e r i a 将 s i 还原 为 H2 s 并进一步通过生物氧化作用将 H s氧化为单质 s的过 程 s R B分类及特性 。硫 酸盐 还原菌 种类 较多 ，广 泛 分布于海水 、淡水和适宜 的陆 地环境 中E g g ] 。从 微生物学 角 度 ，人们将 S R B分为 l 1 个 属 4 O多种。根据不 同的生理 生 化特性 ，可 以分为异化 硫酸盐 还原 细菌和异 化硫 还原 细菌 “ 异化”是指还原的硫酸盐组分并未同化为细菌的细胞组 分 ，而是作 为产物释放 。前者利用乳酸盐 、丙酮 酸盐和乙 醇等作为碳源和 能量基 质 ，还原 硫酸盐 生成硫 化物 ；后者 则不能还原硫酸盐 ，只能还原 元素硫。 s R I j 对 s j 的还 原机 理。关于 S R B代 谢机 理的 研究 目前还不成 熟 ，特别是对 于 S R B合成代谢 机理的 了解 较 少 ，但 是 有 关 分 解 代 谢 的 机 理 一 般 可 以概 括 3个 阶 段 1 有机碳源在 厌氧 状态 下 被 降解 ．同时 通过 “ 基 质水平磷酸化” 产生 少量 AT P；2 前一 阶段 释 放产 生的 高能电子通过 S RB中特 有 的电 子传 递链 如 细胞 色素 C、 黄素蛋白等逐级传递，产生大量的 A TP ；3 降解产生 的电子被传递给氧化 态的硫 元素 ，并 通过还 原 酶将 其还原 为 s ，此时需要消耗 AT P提供 能量 。 】 。 2 ． 3 ． 2应 用进 展 目前 ，S R B法在国内的报道不 多 ，国外对此 已有研究 。 维普资讯 2 0 0 6 年第 3期 马 尧等 矿 山酸性废 水治理 的研 究综述 5 7 1 9 9 3年 日本金属矿业 集团用全 混合反应 器处理 重金属 矿山 酸性废水 ，该工 艺的原理是 S RB在厌 氧条件下产 生的 H s 和废水中的重金属离 子反应 生成不 溶性硫 化物沉 淀于反 应 器中L z s ] 。 1 9 9 4 ～1 9 9 8年 ，由美 国 环保 总 署 E P A提 供 资金 ， 利用 S R B对 利利 奥芬 博伊 矿 的酸性 矿 山废水 进行 处理 和 控制。半工业 试验结果表 明 ，金属 去除率达到 Z n 9 9 、Al 9 9 、Mn 9 6 、C d 9 8 0／ o 和 c u 9 6 l J 。 3 结语 综上所述 ，矿 山废 水处 理方法 主要 包括 中和法 、湿 地 法和微生物法 ；1 中和法 比较经济 、有效 、简 单，但 极易 产生大量 的硫酸钙 固体废弃 物，造成 二次污染 ；2 湿地 法 具有投资少、运行 费用低 、易于管理 和对有 机物 的吸 附去 除能力强等优 点，但 占地 面积大 ，对 硫化氢的处理不彻 底 ， 造成大气 污染 3 微 生物 法处 理 矿 山酸性 废 水具 有费 用 低、适用性强、町回收短缺原料单质硫等优点，因此，该 法成 为最 有潜力的矿山废 水处理方法之一 。 参考文献 [ 1 ] 韦冠俊 ．矿 山环境 工程[ M]．冶金 工业 出版社 ，2 0 0 l 一 0 9 9 6～ 9 8 ． [ 2 ] 杨根祥 ，沙 日娜 。乌云高娃等 ．矿 山酸性废水 的污染与治理 技术研究 E J ]． 西部探矿工程 ，2 0 0 0 6 2 6 ～2 8 ． E 3 ] 阳正熙 ．矿区酸性废水的成因及其 防治 [ J ]． 世界采矿快 报 ， 1 9 9 9 1 o 4 2 ～ 4 5 ． E 4 3 季建文 ．铀矿 山废 水处 理铀 镭 的去 除 [ M]原 子能 出版 社 。 1 9 8 2 0 33 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． 4 3 ～ 5 3 ． I n Sy m p o s i u m o n W e t l a n d s o f t i l e U n g l a c i a t e d Ap p a l a c h i a n Re g i o n， W e s t Vi r g i nia Uni v e r s i t y， M o r g a nt o wn， W V． B r o ok s ， R．， D． E． Sa mu e I ， a n d J ． B ．HⅢ． 1 9 8 5 ． W e t l a n ds a n d wa t e r m a n a g e me nt on m ine d I a n d s ． Pr o c e e d i n g s o f a Co n f e r e n c e ． Th e Pe nn s y l v a n i a St a t e Un i v e r s i t y， Un i v e r s i t y Pa r k， PA． S a mu e l ， D． E．．J ． C． S e n c i nd i v e r ， a n d H． W． Ra u c h ． 1 9 8 8 ． W a t e r a n d s o l I p a r a me t e r s a f f e c t i n g g r o wl h of c a t t a i l s ． P ． 3 67～ 3 7 4 ． 1 n M i n e Dr a i n a g e a n d S u r f a c e M i n e Re c l a ma t i o n Vo l 。 】． I n f o 。 Ci r c u l a r No 。 9 l 8 3， U。 S 。 B u r e a u of M i n e s Ap r i l 1 9 21 ， 1 9 8 8 P i t t s bu r g h， PA， 唐志坚，张平 ．左社 强 ．低浓度 含铀废 水处理 技术的研 究 进 展 厂 J ]． 工业用 水与废水 ，2 0 0 3 4 9 ～l 2 ． 徐乐昌 ．德 国铀矿 山和水 冶厂退 役治 理状 况 [ J ]． 轴 矿 冶 ，2 0 0 1 3 1 6 1 ～1 7 O ． 祝玉学 ．矿 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a c i d mi n e d r a i n a g e i s t h e wo r s t e o n t a mi n a t i v e ． Th i s p a p e r h a s s u m ma r i z e d t h e d e v e l o p me n t a n d t h e c u r r e n t s i t u a t i o n o f a c i d mi n e d r a i n a g e t r e a t me n t s ； i t h a s i n t r o d u c e d n e u t r a l i z a t i o n me t h o d， c o n s t r u c t e d we t l a n d a n d mi c r o o r g a n i s m me t h o d i n d e t a i l ． Ke y wo r d s mi n e wa s t e wa t e r t r e a t me n t ； n e u t r a l i z a t i o n me t h o d； c o n s t r u c t e d we t l a n d； mi c r o o r g a n i s m me t h o d [ 二 二 蔓 圣 二 力 明 阳 q 钉 阳 I I I 维普资讯