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硫铁矿酸性废水治理工艺

发布时间:2021-11-17 9:57:58  中国污水处理工程网

  硫铁矿是一种丰富的矿产资源,主要是由地幔中的硫与地壳中的铁及其他杂质元素,如Al、Mn、Gu、Zn、Pb等在适宜的地球化学条件下,经过成千上万年的成矿演化形成的。所以硫铁矿的主要成分是FeS2(黄铁矿、白铁矿)、FeS(磁黄铁矿),同时还含有Al、Mn、Gu、Zn、Pb等金属元素。由于硫铁矿的主要成分FeS2具有还原性,在空气、水和细菌的作用下,会生成硫酸等酸性物质,致使工程废水呈酸性;同时,因矿石内含有Gu、Zn、Pb等重金属杂质元素,致使废水内还含有重金属。因此,酸性矿山废水具有低pH,高重金属浓度的特点,存在高环境污染隐患。

  酸性矿山废水若不经治理、处置,往往会通过地表径流和地下渗透等方式,对生态区系产生较大的负面影响。随着采矿业的发展,我国的酸性矿山废水问题也日趋严重。本文结合酸性废水的危害,形成原因,阐述了现状酸性废水处置的集中有效方式。

  1、酸性废水的成分及危害

  酸性矿山废水主要含有:金属离子(Fe、Al、Mn、Cu、Pb、Cd、As等)、硫化物、氟化物、SS、COD等。类比相关矿山检测资料,硫铁矿酸性废水成分如下表所示:

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  同时,根据统计,每产生1t硫精矿,要生产12t左右的酸性废水。结合上表可知,硫铁矿酸性废水具有低pH值、高重金属含量、产生量大的特征,存在高环境污染隐患。该废水可通过地表径流和地下渗透等形式,使得地表水和地下水酸化和盐化,破坏土壤的团粒结构,使土地板结,农作物枯黄,对生态区系产生较大的负面影响。

  由此可知,对硫铁矿酸性废水进行有效防治是非常必要的。

  2、酸性废水的产生及原因

  酸性废水主要包含矿井涌水、废石场淋溶废水。它是由矿石中所含的硫化矿物经过氧化、分解,最终溶解在水源中形成。其主要成因如下:

  2.1 FeS2的氧化反应

  (1)在氧气和水的环境中,硫铁矿氧化生成硫酸和亚铁离子;

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  (2)在酸性条件下,亚铁离子进一步被氧化,生成三价铁离子;

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  (3)三价铁离子水解生成氢氧化铁,进一步增强矿井水的酸性,同时使其呈现黄褐色;

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  (4)同时,三价铁离子具有一定的氧化性,促进了FeS2的氧化反应。

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  2.2 微生物的催化,促进氧化作用

  硫杆菌、氧化铁硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、嗜热嗜酸硫球菌、氧化铁的金属菌及硫磺细菌等,对硫酸和高价铁离子的形成有促进作用,在一定的pH和温度范围内有较强的催化氧化活力,在常温下能使硫铁矿的氧化速率提高几十倍。

  2.3 饱和CO2溶液,增加溶液酸性

  在采空区出水和巷道墙壁渗水中存在着饱和或超饱和形式的CO2,这些游离的气体形成的酸度也不容忽视。但随着水的流动,CO2将不断逸出,酸度降低,pH升高,导致一些如A13+、Fe3+等金属离子发生水解,如反应(3)。据研究,由这些金属硫酸盐水解形成的酸度相当大。

  2.4 形成铜、铅等硫酸盐

  另外,氧化形成的硫酸和硫酸高铁溶液可将铜、铅等金属转化为硫酸盐,从矿物中析出,如:

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  生成的单质s在细菌的作用下发生反应:

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  矿井水的酸性进一步增强。

  3、酸性废水控制对策

  目前,酸性废水的处理方法主要有3种,包括:中和沉淀法、硫化沉淀法、高浓度泥浆法。分述如下:

  3.1 中和沉淀法

  中和沉淀法(LDS法)是目前国内酸性矿井水处理最常用的方法。其原理是利用酸碱的中和反应达到降低酸度、升高pH值的目的。同时,利用中和剂的某些组分与重金属离子形成溶度积较小的氢氧化物或碳酸盐沉淀。目前,矿山常用的中和剂主要为石灰石、石灰、石灰石-石灰联用,常见的处理工艺有中和滚筒法、升流式膨胀过滤中和法、曝气硫化床处理法等。此类方法可于一定pH条件下去除多种金属离子,具有工艺简单、可靠,处理成本低等特点。

  3.2 硫化沉淀法

  硫化沉淀法是利用硫化剂将废水中的重金属离子转化为不溶或者难溶的硫化物。该方法较中和沉淀法而言,具有沉淀物溶度积小、沉渣含水率低,不易因反溶而造成二次污染的优点。但硫化沉淀法产渣量少,硫化剂具有毒性,且易生成H2S气体污染空气;处理成本高。

  3.3 高浓度泥浆法

  高浓度泥浆法(HDS法)是将传统中和沉淀法中稀疏底泥(一般固含量为1%~4%)回流,先与石灰乳液混合后再与废水进行反应,沉淀后返回。通过底泥的多次循环往复,充分利用了底泥中碱性,有效降低石灰消耗量;循环往复过程,底泥中生成的硫酸钙和氢氧化物等沉淀物出现晶体化、粗颗粒化现象,易于底泥降解;同时,反应器中保持较高的底泥浓度,底泥中的晶中物、颗粒物可为反应物、结构物提供附着、沉积的场所,可大大减少、延缓设备和管路的结垢,延长使用寿命,利于操作维护和实现自动化控制。

  总体而言,矿山酸性废水处理采用的工艺主要为石灰中和法、硫化物沉淀法等。石灰中和法对水质有较强的适应性,工艺简单、处理费用低而被广泛应用,但处理后出水浊度较高,污泥浓度低,仅有1%~2%,污泥量大,储存处置难,易造成二次污染。硫化物沉淀法对重金属处理更彻底,但药剂成本高昂,仅适用于有价金属回收,且出水中硫离子易超标。高浓度泥浆法(HDS)是常规石灰法的发展,可有效克服常规石灰中和法结垢严重、污泥浓度低、出水水质不稳定的缺点。因此,高浓度泥浆法在诸多酸性废水处理方式中,具有更好的环保性、适用性及经济性,有利于矿山工程生态污染的防控。

  4、总结

  硫铁矿在开采、加工和消费过程中所产生的酸性废水,存在生态环境污染隐患。为了利用好我国的矿产资源,走经济发展和环境同步的可持续发展之路,加强矿山的清洁生产和环境保护。采取有效的配套酸性废水处置设施十分必要。(来源:四川省工业环境监测研究院,四川省川工环院环保科技有限责任公司)

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