礦冶廢渣在水污染治理中的應用

李彥平

（山西省運城生態環境監測中心，山西 運城 044000）

0 引言

在實際生產和生活中所排放的廢水包括工業廢水、農業廢水和城市廢水，其中含有一定量的有機物、重金屬離子以及營養物質等[1-2]。針對生產和生活中的廢水采取合理有效且低成本的處理方式將其中的污染物去除，是實現水資源重復利用的基礎。礦冶廢渣種類眾多，其價格低廉，是當前水處理的最為經濟的材料。本文將通過對比不同礦冶廢渣對水污染的治理效果，指導后續水污染的治理，具體闡述如下。

1 礦冶廢渣特性研究

本文中試驗所需的礦冶廢渣為金屬在選礦和冶煉過程中所產生的廢棄物，主要包括有鋼鐵礦冶廢渣、鈦選礦冶廢渣、鋁冶煉廢渣等[3]。其中，鋼鐵礦冶廢渣的種類較多包括有磁鐵礦選鐵尾礦渣、含鈦高爐渣、普通高爐渣和鋼渣等；鈦選礦廢渣為磁鐵礦選鈦尾礦渣；鋁冶煉廢渣主要為赤泥。為充分掌握上述六種礦冶廢渣對污水的治理效果，選用石英砂作為對比參照物。

從原理上講，礦冶廢渣在環境的治理過程中主要依靠其自身的表面吸附效應、沉淀效應、氧化還原效應、離子交換效應、孔道效應、結構效應、結晶效應以及水合效應等基礎原理[4]。針對上述六種礦冶廢渣和一種對照物石英砂對污水的治理效果，首先對其特征進行測定，重點關注孔隙率、容積密度、pH 值和顆粒直徑小于150 μm 的質量占比，對比結果見表1。

表1 石英砂及礦冶廢渣特征分析

如表1 所示，礦冶廢渣相對石英砂具有較大的孔隙率，說明礦冶廢渣相比較石英砂而言具有較好的透水性；上述七種物質中，除了赤泥外，其余物質的容積密度均大于水，即其容易在水中沉積；對比pH 指標可知，石英砂顯酸性，而礦冶廢渣顯堿性；對比顆粒直徑小于150 μm 的質量占比指標可知，礦冶廢渣在顆粒直徑小于150 μm 的質量占比較大，說明礦冶廢渣的比表面較大，可與污水中的污染物充分接觸，從而實現對污水中污染物的充分治理。

2 礦冶廢渣對污水中污染物的治理效果分析

從原理上講，礦冶廢渣可對污水中的污染物進行充分處理，其核心在于礦冶廢渣中的鋁、鐵、錳等金屬的氧化物，上述金屬氧化物其本質上具有的表面吸附效應、孔道效應、氧化還原效應可對污水中的污染物進行有效的截留作用，從而實現對污水的凈化功能[5]。

本文重點對礦冶廢渣對污水中的有機物、磷、氮、重金屬等污染物的治理效果進行綜合對比研究。

2.1 礦冶廢渣對污水中有機物的治理效果

以鋼渣、磁鐵礦選鐵尾礦渣、磁鐵礦選鈦尾礦渣、普通高爐渣和石英砂為對比對象，比較上述五種物質對污水中有機物的吸收量；與此同時，對比上述5 種物質金屬氧化物的含量（質量分數）。試驗結果見表2。

表2 礦冶廢渣對污水中有機物的吸附量對比

如表2 所示，在礦冶廢渣中普通高爐渣對污水中有機物的吸附量最少；經對比不同礦冶廢渣金屬氧化物的含量可知，由于鋁、鐵以及錳等金屬的氧化物含量低導致其對污水中有機物的吸附量急劇減?。粚Ρ蠕撛?、磁鐵礦選鐵尾礦渣和磁鐵礦選鈦尾礦渣金屬氧化物以及有機物吸附量等指標可知，雖然其在鋁、鐵、錳金屬氧化物含量占比相近，但是對應鋼渣的鈣、鎂氧化物的含量較高，對應其對污水中有機物的吸附量非常高。

綜上所述可知，當礦冶廢渣中鋁、鐵以及錳金屬氧化物含量較高的同時，對應鈣、鎂氧化物含量較高時，可對污水中的有機物進行高效去除。

2.2 礦冶廢渣對污水中磷元素的去除效果

以鋼渣、磁鐵礦選鐵尾礦渣、磁鐵礦選鈦尾礦渣、普通高爐渣和石英砂為對比對象，比較上述五種物質對污水中磷元素的吸收量；與此同時，分別對比上述五種物質金屬氧化物的含量（質量分數總和）。試驗結果見表3。

表3 礦冶廢渣對污水中有機物的吸附量對比

分析表3 可知，在上述五種物質中，鋼渣對磷元素的吸附量最大，礦冶廢渣中普通高爐渣的對磷元素的吸附量最小。對比鋼渣和普通高爐渣的金屬氧化物含量可知，其主要區別在于鋁、鐵和錳金屬氧化物含量之間存在明顯差異。說明鋁、鐵和錳金屬離子不僅會影響廢渣的表面吸附效應的效果，而且還會影響磷酸鹽的沉淀效果。

綜上所述，對于污水中的磷元素而言，不僅要求礦冶廢渣具有優秀的表面吸附效應，而且要求其具備較優的磷酸鹽沉淀效果。

同理，對鋼渣、磁鐵礦選鐵尾礦渣、磁鐵礦選鈦尾礦渣、普通高爐渣和石英砂去除污水中的氮元素、重金屬離子的效果進行對比，均得到與去除污水中磷元素和有機物相同的結論。

3 結論

水是人類賴以生存的資源，在生活和生產中必不可少。實現對工業、生活以及城市污水的高效、低成本治理是未來污水治理的主流發展方向。礦冶廢渣由于其低廉的成本且優良的治理效果可廣泛應用于污水的治理中。本文重點對礦冶廢渣對污水治理效果進行研究，具體總結如下：

1）礦冶廢渣相對石英砂具有較大的孔隙率，說明礦冶廢渣相比較石英砂而言具有較好的透水性；礦冶廢渣在顆粒直徑小于150 μm 的質量占比較大，說明礦冶廢渣的比表面較大，可與污水中的污染物充分接觸，從而實現對污水中污染物的充分治理。

2）影響礦冶廢渣對污水治理效果的根本因素為其中鋁、鐵、錳、鈣和鎂等金屬氧化物的含量，含量越高對污水中有機物、氮元素、磷元素以及重金屬離子的去除效果越好。