鐵山嶂廢棄礦區礦山廢水處理工藝研究

周劍波

（廣東省地質建設工程集團公司，廣州 510080）

礦產資源是人類社會發展和國民經濟建設的重要物質基礎，礦山開采已成為推進我國工業化、城市化和農村現代化進程的重要手段[1]。資源的過度開發及不合理利用導致巖體裸露、水體污染、土壤流失、植被破壞、生物多樣性銳減、地質災害等諸多生態環境問題[2]。山水林田湖草是生命共同體[3]，該理念的提出為礦山生態環境治理指明了方向。山水林田湖草各要素組成多層次、關系復雜且有序的生態系統，系統內各要素相互關聯，緊密聯系[4]。

鐵山嶂硫鐵礦自開采以來未設置專門的截排水設施，棄渣排土場和礦石堆場沒有采取任何防滲措施。廢棄露天采場和棄渣排土場內，大量的廢渣、廢棄巖土等固體廢棄物在空氣氧化、雨水淋濾、地表水沖刷和滲濾下經過一系列的氧化、水解等反應，形成SO4

2-及重金屬含量較高的酸性廢水。酸性廢水排入河流湖泊，會改變水體pH，影響水生物生長和繁殖，大幅降低水體自凈能力。酸性廢水中的重金屬離子通過沉淀、絡合、吸收、鰲合和氧化還原等作用在自然水體中發生遷移和轉化，若進入地下水、飲用水源、耕地灌溉水源等，會產生持續性危害，對人體健康造成不良影響。下面將針對鐵山嶂廢棄礦區礦山廢水處理進行研究。

1 廢水處理工藝比選

酸性廢水處理工藝包括石灰中和法、中和沉淀法、離子交換法、置換法、吸附法和氧化法等，分別適用于不同來源、不同性質的酸性廢水。若以達標處理或回用為目的，一般選用石灰中和法及其優化方法；若涉及廢水有價金屬回收，通常考慮離子交換法、置換法、吸附法和生物氧化法等方法。工程實踐中，石灰中和法及其優化方法是主流，使用率超過90%。酸性廢水的常用處理方法比較如表1 所示。

表1 酸性廢水常用處理方法比較

原水含有鐵、錳、鎘、銅、鉛、鋅、鎳等重金屬離子，其沉淀pH 不盡相同。理論上，鐵（三價）的氫氧化物在pH 為4～5 的條件下完全沉淀，在pH為12～13 的條件下開始溶解；錳、鎘、鎳的氫氧化物在pH 為9～10 的條件下完全沉淀；銅的氫氧化物在pH 為8～9 的條件下完全沉淀；鉛的氫氧化物在pH 為8～9 的條件下完全沉淀，在pH=13 的條件下完全溶解；鋅的氫氧化物在pH 為7～8 的條件下完全沉淀，在pH 為10～11 的條件下開始溶解。根據不同重金屬的不同沉淀特點，可以控制pH，通過多級沉淀分別去除不同的重金屬離子。經綜合考慮，鐵山嶂廢棄礦區酸性廢水擬采用“化學沉淀+錳砂過濾”的工藝路線，工藝流程如圖1 所示。

圖1 “化學沉淀+錳砂過濾”工藝流程

2 污水處理反應機理

污水處理工藝涉及4 類反應，即中和硫酸反應、除氟反應、重金屬去除反應和絮凝反應。中和硫酸反應如式（1）和式（2）所示，除氟反應如式（3）所示，重金屬去除反應如式（4）至式（9）所示。絮凝反應主要涉及鐵鹽、鎂鹽絮凝沉淀，如式（10）至式（13）所示。其間可外加絮凝劑。投加聚丙烯酰胺（PAM）作為絮凝劑，可以有效提升絮凝作用，廢水中的有害物質及懸浮物得以有效去除，確保廢水處理穩定達標。

3 污染物預期去除效果分析

鐵山嶂廢棄礦區采用“化學沉淀和錳砂過濾”組合工藝，對酸性廢水中的重金屬離子進行處理，包括鐵、錳、鎘、銅等。從出水標準限值來看，鐵濃度不大于5.0 mg/L，錳濃度不大于2 mg/L，鎘濃度不大于0.1 mg/L，銅濃度不大于0.5 mg/L，鉛濃度不大于1 mg/L，鋅濃度不大于2 mg/L，鎳濃度不大于1 mg/L。各污染物預期處理效果如表2 所示，均符合出水排放限值要求。

表2 各重金屬預期去除效果

4 綜合效益分析

4.1 環境效益

建設污水處理站及配套設施，持續運營污水處理站，有效處理廢棄礦區酸性廢水，可以顯著削減重金屬污染物排放量，更好地保護周邊水體（官田河、石馬河、寧江），改善生態環境。

4.2 社會效益

工程實施降低了廢棄礦區酸性廢水對周邊水體的污染威脅，有效減少水土流失，保持土地肥力，起到良好的固土作用，防止下游河道淤塞，避免危害農田。同時，可防止水土流失造成滑坡而危及居民及道路安全，而且對下游水源地起到保護作用。

4.3 經濟效益

污水處理站及配套設施的建設和運營可以有效地控制現有重金屬污染，改善區域生態環境，并起到防災減災作用，有效保障下游村莊安全。同時，該項目的實施有利于區域全面發展，促進資源節約型和環境友好型社會建設，并進一步增強當地民眾環境保護意識，供類似礦山酸性廢水治理項目借鑒。

5 結論

鐵山嶂硫鐵礦未對廢棄露天采場和棄渣排土場進行治理，大量的固體廢棄物在多種物化作用下形成酸性廢水，大幅降低水體自凈能力，嚴重威脅下游水體安全，開展生態環境恢復治理勢在必行。經工藝比選，鐵山嶂廢棄礦區選定“化學沉淀+錳砂過濾”的工藝路線對酸性廢水進行處理，其具有較好的針對性，可達到預期的重金屬去除效果，綜合效益突出。