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矿山废水的处理
资环学院矿加102班 聂庆民 14号
摘要：对我国目前的矿山废水的产生、危害、分类进行了简要的阐述。重点以矿山废水的pH进行分类阐述不同酸碱性矿山废水的处理方法。列举了石灰中和法处理矿山废水的工艺流程。
关键字：矿山废水、pH、处理方法、石灰中和法
Abstract: produce, harm, classification of our current mine wastewater are briefly described. Focus on the classification of different processing methods of acid mine drainage with mine wastewater by pH. Lists the process of mine wastewater by lime neutralization treatment.
Keywords: mine wastewater, pH, processing method, lime neutralization method
（一）、前言
我国是个水资源贫乏的国家，人均水资源仅为世界平均水平的四分之一。水资源短缺已经成为我国经济社会发展的主要制约因素之一。而在矿山开采、矿物富集分离的过程中又会产生大量的矿山废水，其中包括矿坑水、露采厂废水、选厂废水、尾矿库和废石场的淋滤水，这些水不仅白白浪费，而且更重要的是，它们的排放严重污染了地表水和地下水，危害环境。
（二）矿山废水概述
1、概念
矿山废水是在矿山范围内，从采掘地点、选矿厂、尾矿坝、排渣场以及生活区等地点排放的废水的总称，按生产过程可分为矿坑废水和选矿厂废水；按pH又分为酸性和碱性废水。酸性废水主要来源于矿坑水和废石场的淋滤液等，碱性水主要产生于选矿厂作业。
2、矿山废水的来源与危害
矿井水主要由伴随矿井开采而产生的地表渗透水、岩石孔隙水、矿坑水、地下含水层的疏放水、以及井下生产防尘、灌浆、充填污水,选矿厂和洗煤厂污水是矿山废水的主要来源。通常,矿井水pH值在7～8之间,属弱碱性。但是含硫的矿井水,其SO42-较多,大都是酸性水。在含硫矿井,由于矿石或围岩及含硫煤中含有硫化矿物。这些矿物经氧化、分解并溶解在矿井水中,形成酸性水。尤其在开采巷道中,在大量渗入地下水和良好的通风条件下,为硫化矿物的氧化、分解提供了极为有利的环境。
　　地下开采尤其是水力采煤、水沙充填采矿法排放的污水是不可忽视的。据统计,若不考虑回水利用,每产1t矿石,废水排放量为1m3左右;生产1t原煤约从井下排出废水0.5～10m3不等,最高可达60m3。而且有些矿山关闭后,还会有大量的废水继续污染矿区环境。并且矿山废水引起的影响范围远远超出矿区本身。
　　矿井水污染可分为矿物污染、有机物污染和细菌污染。在某些矿山中还存在放射性物质污染和热污染。矿物污染有砂、泥颗粒、矿物杂质、粉尘、溶解盐、酸和碱等;有机物污染有煤炭颗粒、油脂、生物生命代谢产物、木材及其它物质的氧化分解产物。以及受开采、运输过程中散落的粉矿、煤粉、岩粉及伴生矿物的污染,水体呈灰黑色、浑浊、水面浮有油膜,并散发少量的腥臭、油腥味。水质分析检验结果,化学耗氧量大,细菌总数和大肠菌群含量大,如未加处理,任其长期外排,对环境会产生一定的不良影响。
3、矿山废水中的主要污染物
一种物质排入水体后是否会造成水体污染,这主要取决于该物质的性质和在废水中的浓度、含这种物质废水的总排放量和受污染水体的特性、以及它吸收污染物质的容量。
矿山废水中的主要污染物：
　　(1)有机污染物。矿山废水池和尾矿池中植物的腐烂,可能使废水中有机成分含量很高,选矿厂、洗煤厂、分析化验室排放的废水中含有酚、甲酚、萘酚等有机物,它们对水生物极为有害。
　　(2)油类污染物。油类污染物是矿山中较为普遍的污染物,含油废水浸入孔隙内形成油膜,产生堵塞作用,破坏土壤结构,不利于植物的生长,甚至使农作物枯死。水面存在的油膜阻碍大气中的氧向水体转移,致使水体得不到氧,使水生生物因缺氧而死亡。
　　(3)酸碱的污染。酸碱污染是水体污染中存在的普遍现象,酸碱废水排入水体后,使水体pH值发生变化,抑制细菌和微生物的生长,妨碍水体自净还可腐蚀船舶和水工建筑物,破坏正常的生态循环。
（4)氧化物。氧化物有剧毒,一般人只要误服0.1g左右的氰化钠或氰化钾就会死亡。敏感的人甚至0.06g就可致死。当水中CN-含量达0.3～0.5mg/L时,便可使鱼致死。
4、我国矿山废水处理现状及存在的问题
我国矿山排放的废水种类主要有酸性废水、含盐废水和选矿废水等。目前存在的问题，一是废水处理装置能力不足，据统计目前还有30%左右的废水未经处理就直接外排；二是废水处理技术开发水平还不高；三是节约用水和废水治理的管理制度还不够完善。
（三）、矿山废水的处理方法
1、预处理
预处理时，分离废水中的悬浮物采用重力分离法和过滤法分离，使水质得到净化。
重力分离法是使废水中的悬浮物在重力作用下与水分离的方法，如选矿厂的尾砂坝 。
过滤法是废水通过带孔的过滤介质，悬浮物被阻留在过滤介质上的方法。
2、矿山废水处理方法
由于矿山废水是矿井内的天然溶滤水、选矿废水、选矿废渣堤堰的溢流水以及矿渣堆积场的浸出水等的总称，所以不同的废水有不同的污染物，对环境的污染程度也不同。因此，对于不同种类的矿山废水应运用不同的处理方法。
2.1酸性废水的处理方法
2.1.1概述
酸性矿山废水因pH低、酸度大，且含有大量的贵金属，一般都不能循环利用，通常排入矿山附近的河流、湖泊等水体，使水体的pH发生变化，抑制了水体中某些微生物的生长，妨碍水体的净化。酸性水与水体中的矿物质相互作用会产生某些盐类，对淡水生物和植物的生长产生不良影响，导致矿区周围的水体被严重污染。
2.1.2选矿流程技术改造
目前，我国运行的许多含硫化矿物的老矿山，当时在选矿流程设计中，都以提高有用矿物回收率为 目标，而对环保重视不够，使排放的尾矿水呈酸性，现在则需为治理废水支付大量费用。在矿物可选性允许，对回收率影响不大的条件下，建议对原选矿流程进行技术改造，尽可能采用碱性流程，使呈碱性的尾矿水与酸性矿坑水进行自然中和，中和后的水即可循环利用或排放。这是一种最经济、实用的治理方法。
2.1.3中和法
该方法是向废水中投人中和剂或碱性废水，使废水中金属离子生成氢氧化物沉淀与水分离，同时使废水达到排放标准。常见的中和剂有石灰、石灰石、苏打、苛性碱等。由于石灰来源广、价格低、操作简便，故石灰为常用中和剂。石灰石与石灰比较，中和时产生的泥渣体积小，占地较少，含水量较低，易于脱水，但中和反应速度不如石灰快。苏打及苛性碱作中和剂虽然效果好，但价格昂贵，一 般不采用。为了提高沉铁效果，中和法一般与将Fe 转变为Fe什的氧化或曝气过程相结合使用。
（1）、利用碱性废水进行中和治理
当矿山附近有造纸、制革、化纤、制碱类企业 时，利用其产生的碱性废水与矿山的酸性废水进行 中和。此法既能治酸又能治碱，以废治废，一举两得。采用该方法需要在酸性废水的各排放地点构筑中和反应池，将碱性废水用管道输送到反应池，并按需要量添加。该治理方法投资小、见效快、适应性强，予以采用。
（2）、添加石灰或石灰乳进行中和
在酸性废水中添加石灰或石灰乳是一种传统的酸性废水治理方法。该方法的优点是对酸性废水的浓度、水量和排放点的适应性较强，但治理成本高，沉渣多且难以处理。因此，该方法适用于废水排放量小、浓度不稳定及要求水循环利用率高的情况。例如，向山硫铁矿将 pH值为3～4、流量约4000m ／d的矿坑酸性水，扬送到选矿厂上部的高位水池，再流人中和池，加入pH值为 12～14的石灰乳，用量0．8～1．5kg／m ，可将废水 pH值调整为8～9，直接供选矿厂使用。
（3）、使用碱性滤料进行中和
对于酸性废水排放量大、范围广、地点较分散的废石场、尾矿库等地方，宜使用价格低廉的石灰石、白云石、大理石等物料作缓蚀剂进行过滤中和处理。根据废水含酸浓度不同，构筑普通滤池、升降式滤池或卧式滤筒。此法处理后的废水含酸浓度仅为17g／L_lJ
2.1.4硫化法
硫化法是向废水中投入硫化剂，使废水中的金属离子形成硫化物沉淀而除去的方法。通常使用的硫化剂有硫化氢、硫化钠等。此法的pH值适应范围大，产生的硫化物比氢氧化物溶解度更小，去除效率高，泥渣中金属品位高，便于回收利用。但硫化剂来源有限，价格比较昂贵，产生的硫化氢有恶臭，对人体有危害，使用不当时可造成空气污染。
2.1.5置换中和法
在水溶液中，较负电性的金属可置换出较正电性的金属，达到与水分离的目的，此即称之为置换法。铁较铜负电性，利用铁屑置换废水中的铜可得到品位较高的海绵铜。但该法不能将废水酸度降下来，必须与中和法等方法联合使用，以达到废水排放或回收的目的。
2.1.6沉淀浮选法
沉淀浮选法是将废水中的金属离子转化为氢氧化物或硫化物沉淀，然后用浮选沉淀物的方法，逐一 回收有价金属。该方法具有处理效率高、适应性广、占地少、产出泥渣少等优点，因而是处理废水常用的方法。
2.1.7萃取电积法
废水的萃取处理法，是利用分配定律的原理，用一种与水互不相溶，而对废水中某种污染物溶解度很大的有机溶剂 (萃取剂)，从废水中分离出污染物的方法。该方法的优点是设备简单、易操作，萃取剂中重金属含量高，反萃取后可送去电解得到金属，是一种极好的处理方法。但这种方法要求废水中的金属含量较高，否则处理效率低、成本高。
2.2碱性废水的处理方法
2.2.1概述
碱性污水和酸性污水一样，是所有工业废水中最常见的一种污水。如果不经过处理就直接排放，将腐蚀管道、渠道和水工建筑物;排人水体后将改变水体的pH值，影响水体的自净作用，破坏河流的自然生态，导致水生资源减少或毁灭;渗人土壤则造成土质的盐碱化，破坏土层的松疏状态，影响农作物的生长和增产。另外，含碱污水中一般都含有大量的有机物，会大量消耗水体中的溶解氧，造成鱼类缺氧窒息死亡。人类如果饮用浓度偏高的碱性水，新陈代谢将会受到影响，导致消化系统失调。因此，必须进行适当的处理后，使废水pH值处于6一9之间，方能排放到受纳水体。
2.2.1酸碱中和法
采用投加酸性物质处理碱性废水，让两者中和后，加以过滤使碱性废水基本净化。中和处理被认为是废水处理中最低要求之一。同时，对部分和全部澄清以及循环加工来说是必要的环节。很久以来，人们一直使用盐酸和硫酸之类的矿物酸与碱性废水作中和处理。然而，用盐酸中和碱性废水会随之生成自然界河流中所不能容许的大量氯化钠。同时，建筑结构物和加工设备会受到酸性蒸汽的腐蚀。同样，硫酸会导致硫酸盐的生成。由于硫酸盐对混凝土建筑物的侵蚀，许多国家对硫酸盐在废水中的含量规定不超过400 mg／L。为此，尽管硫酸在价格上比盐酸低，但硫酸通常不作为中和剂。近年来，人们一直在寻找妥善处理这些问题的办法。
2.2.2絮凝法
碱性废水中往往含有大量的悬浮物质，可以选用投加絮凝剂的方法来处理。自制的具有可调性的镁盐凝聚剂不仅具有良好的处理效果，而且可以大幅度降低治理成本，具有较好的环境和经济效益。
2.2.3化学沉淀法
化学沉淀法是在废水中加入适当的沉淀剂，使废水中的有害物质变成难溶物而沉淀除去。采用CuO沉淀剂与含有机硫废碱液进行固液反应，经过滤回收NaOH，碱液中的有机硫由滤渣吸附除去，灼烧滤渣得到的CuO可循环使用，得到副产品亚硫酸钠。
2.2.5微生物法
微生物法分为生物氧化法和生物硫化法，具有成本低、适用性强、无二次污染，能吸收或吸附重金属、分解丙生成重金属硫化物沉淀而回收等特点，已得到广泛应用。
2.2.6混凝斜管沉淀法
来自选矿车间的废水，先通过沉砂池进行固液分离，沉砂通过卸砂门排入尾矿砂场，溢流进入上清液，通过投药混合后进入反应器进行混凝反应，然后流入斜管沉淀池，使细粒、有害悬浮物进一步去除，沉泥通过阀门排至尾矿砂场，出水则进入清水池并回用，实现了废水零排放。
2.2.7混凝沉淀—活性炭吸附—回收技术
用明矾和PAM混凝沉淀，再用粉末状活性炭净化后，出水水质可达到国家矿山废水排放标准，不仅可以全部回用，不影响选矿指标，而且可以减少选矿过程的药剂用量。该法流程简单，效果好，具有广泛的工业应用前景。
(四)、九龙矿业石灰中和法处理酸性矿山废水工艺流程
1、工艺流程
废水处理工艺采用 “两级药剂中和+空气氧化+混凝沉淀+深度过滤”的水处理工艺，工艺流程框图如下：

工艺流程简述：矿山废水经管道收集后自流进入PH调节池，在PH训节池内投加石灰干粉进行药剂巾和反应，PH控制范围为8-9。废水经中和后自流进人调节池，在凋节池内均匀来水水质水培，调节池底部设置曝气系统埘废水进行空气氧化，将废水中大量的 Fe2~离子氧化成Fe离子，Fe离子与水中氢氧根反应生成氢氧化铁沉淀。废水经调节池空气氧化后 自流进人预沉池进行固液分离，沉淀物通过排泥泵输送至污泥池，上清液自流进入曝气反应池，曝气反应池底部设置曝气系统，对废水进行二次空气氧化反应后通过提升泵输送至斜板沉淀器，通过投』JI1混凝剂 (PAC)和絮凝剂 (PAM)，使悬浮物形成大量矾“花 “，在斜板沉淀器Lfl进行二次周液分离，沉淀物通过重力排人污泥池，上清液自流进入中问水池，通过提升泵输送至石英砂过滤器进行深度过滤处理，进一步去除水中残留胶体及少量悬浮物，废水经过滤后 自流进人排放池，达标排放。
2、处理设施运行情况
经过三个多月的调试运行，对矿山废水处理设施的运行效果进行了验收监测。监测因子：PH、SS、COD、NH3一N，监测结果见表2。

监测结果显示：矿山废水处理设施运行效果良好，各项出水指标均达到国家 《污水综合排放标准》GB8978—1996巾的一级标准中的污染物排放限值，优于设计标准值。
（五）展望
对于矿山废水的处理，我们要持续地发展高效、廉价、安全及操作简便的处理技术，同时，加强对废水的管理，满足当代人的需求，减少排放量，又不对后代满足其需要而构成危害，这是我国矿业发展走可持续发展的必经之路。

参考文献：
【1】 李仕文，周云.矿山废水处理技术的研究进展.科技创新导报，2011（35）.
【2】 饶俊，张锦瑞，徐辉.酸性矿山废水处理技术及其发展前景.【J】.矿业工程，2005,3（3）：47-49.
【3】 刘建明，吴叔兵.碱性废水处理及回收利用研究进展.【J】.中国资源综合利用，2008,26（9）：20-26.
【4】 杨新华，蒋 旺.含SCN一矿山废水处理回用工艺研究.【J】.中国矿山工程，2013,42（1）：38-41.
【5】 马明晶.石灰中和法在酸性矿山废水治理中的应用.科学论坛，2012（31）.
【6】 张一敏.二次资源利用【M】.长沙：中南大学出版社，2010:204-210.
【7】 陈国山.采矿概论【M】.北京：冶金工业出版社，2007:174-178.
【8】 肖丽萍，高小雨.膨润土复合吸附剂中碱性材料筛选及对酸性矿山废水处理.【J】.非金属矿，2013,:36（5）：60-64.
【9】 万祥云.颗粒状污泥活性炭流化床吸附处理含铜矿山废水.【J】.化工环保，2013,33（4）：312-315.
【10】 程素春，韦玲，谢芸芸.矿山废水中硫酸盐还原菌的富集分离研究.【J】.广州化工，2013,41（7）：78-79.
【11】 黄羽飞，陈宇，刘峰彪.HDS工艺及树脂吸附法深度处理酸性矿山废水的试验研究.【J】.有色金属，2012，（6）：49-52,64.
【12】 陈旭.矿山废水中三价铬的处理实验研究.【J】.煤炭技术，2012,31（10）：201-203.
【13】 杜新亮，刘长武，刘树新.承压开采技术在地下矿山废水减排中的应用.【J】.2012（2）：43-46.
【14】 陈隆玉.用天然沸石去除酸性矿山废水中重金属的动力学研究.【J】.铀矿冶，2012,31（1）：34-34.
【15】 杜平，刘书贤，谭广柱.srb法处理酸性矿山废水的实验研究.水资源与水工程学报.2012（3）.
【16】 董慧，张瑞雪，吴攀.利用硫酸盐还原菌去除矿山废水中污染物试验研究.【J】.水处理技术，2012,38（15）：31-35.
【17】 谢越，周立祥.生物成因次生铁矿物对酸性矿山废水中三价砷的吸附.【J】.土壤学报，2012,49（3）：481-490.
【18】 张武刚，王兆慧，王焕丽.Fenton氧化/高浓度泥浆法处理矿山废水.环境工程学报.2012（6）.
【19】 黄珊，周立祥.葡聚糖对酸性矿山废水中次生铁矿物形成的影响.【J】.矿物学报，2012,32（1）：166-171.
【20】 郑雅杰，彭映林，乐红春.酸性矿山废水中锌铁锰的分离及回收.中南大学学报.2011（7）.
【21】 刘运松.矿山环境存在的主要问题及治理方法研究.【J】.中国科技信息，2011（14）：17-17,21.
【22】 王超.矿山废水中重金属离子在包气带中的吸附特征.【J】.湖南环境生物职业技术学院学报，2011,17（2）：18-21.
【23】 郑雅杰，彭映林，李长虹.二段中和法处理酸性矿山废水.【J】.中南大学学报，2011,42（5）：1215-1219.
【24】 王琪玮.浅谈酸性矿山废水危害及防治.管理观察.2011（11）.
【25】 张诚，柳建设，付瑾.铜矿矿山废水的物化净化处理研究.【J】.铜业工程，2011（2）：73-75.
【26】 王选科，王小春，喻德勇.浅论黄金矿山废水处理工艺及其对环境的影响.【J】.科技致富向导，2011（5）：318-318,382.
【27】 赵志强，魏明安，王方汉.铅锌矿山废水及固体废弃物的环保-资源综合利用集成新技术研究.【J】.中国科技成果，2011（24）：54-56.
【28】 张诚，柳建设，王兆慧.德兴铜矿矿山废水处理工业试验.【J】.金属矿山，2011（7）：146-149.
【29】 杨高英.有色金属矿山废水管理研究.【J】.中国矿业，2010（12）：39-41.
【30】 刘羽，刘红.硫酸盐还原菌处理废水的应用进展.【J】.广州化工，2010,38（9）：37-38,66.