矿山废石场淋溶水的治理研究

康林刚

(金堆城钼业集团有限公司，陕西 华县 714102)

矿山废石场淋溶水的治理研究

康林刚

(金堆城钼业集团有限公司，陕西 华县 714102)

对矿山废石场区域的废水进行了全面监测，对矿山废石场淋溶水的现状、成因进行分析，结合某矿山废石场淋溶水的现状，提出淋溶水的治理措施，为国内类似矿山废石场的淋溶水治理提供参考。

废石场； 淋溶水； 治理

1 前言

近年来国家大力推进绿色发展、循环发展、低碳发展，加强生态环境保护工作。矿山类废水的治理长期以来都是环境治理的重点和难点，我国早期的研究就以重金属污染因子的研究为主，对污染因子如何进入水体及进入量做了大量的室内模拟实验。废石场经过风化，不同的矿石性质造成对自然水体的污染，而且随着时间的推移，污染物在水体中的浓度梯度会不断扩大。通过前人的研究可以看出，自然水体污染主要途径有两种[1]：一是大气降水、山体裂隙水，使废石场岩石中的各种污染因子通过淋溶作用进入自然水体，导致水体污染；二是生产规模的扩大，超出自然水体的接纳限制，造成自然水体水质恶化。

2 某钼矿山废石场淋溶水现状

2.1 废石场现状

废石场总流域汇流面积为1.91km2，废石场排满后，顶部汇水面积为1.55km2。废石场最终顶标高1 360.0m，总高度193.9m。标高1 340.0m以下排水系统按原设计已基本修建完成，以上坝面及顶部未见排水设施。废石场顶部约2/3面积已覆土植被。

2.2 出水量

废石场的废水主要为淋溶水，即雨水冲刷废石场内的堆积物所产生的废水。根据该地区水文手册查的多年平均降雨量为900mm，多年平均蒸发量为500mm，径流量为400mm，年径流变差系数Cv=0.4，按照Cs=2Cv查P- Ⅲ曲线，得各频率的径流量和废石场的出水量见表1。

表1 各频率的径流量和废石场的出水量

如果把废石场2015年的水量按中水年考虑，12月的出水约占2.4%，月水量为1.74万m3，2015年实测的月水量4.008万m3，明显偏大，主要原因是降雨蓄积于废石中所致。尽快排降废石场的水量是减少这种蓄积的重要措施。

2.3 水质检测结果

对废水水质检测结果见表2。对比《黄河流域(陕西段)污水综合排放标准》，主要为pH、Cu 、Cd、 Ni等指标超标。

表2 废水水质监测结果 mg/L

注：pH无单位。

2.4 废水成因

3 治理措施研究

为合理解决废石场淋溶水问题，方案应满足清污分流的原则，即从两方面进行方案研究，首先从源头截流，使山坡支沟内的雨洪水少进或不进入堆填区，以减少入渗水量和下游出渗量；其次废石场透水坝下游设截渗墙，将出渗污水全部截流，调节废水pH使重金属离子沉淀，供选矿厂生产用水；在选矿厂停产时，深度处理，达到《黄河流域(陕西段)污水综合排放标准》，临时处置。

3.1 截流措施

(1)上游截流。在废石场上游采用梯形断面截洪明渠收集周边山体、坝顶和坝面雨洪水，通过排水涵洞排入纹峪河。

(2)下游截流。下游修建混凝土结构截渗墙，截渗墙基础进行帷幕灌浆处理。截渗墙设排水管，将截流渗水通过管道送至污水处理系统进行处理。

(3)坝面防渗。坝面覆黄土(粘土)，对现有坝面进行修正，清除植被，再覆黄土(粘土)，覆土厚度0.8～1.0m，目前已覆土植被面积约为整个面积的2/3，需要将剩余1/3覆土植被。

3.2 淋溶水处理

3.2.1 处理标准

根据《黄河流域(陕西段)污水综合排放标准》，废水排入陕西省境内黄河干、支流流域及其封闭水域均执行此标准。由此确定废石场淋溶水处理后出水水质标准见表3。由此可见，淋溶水主要pH、Cd超标。

表3 污水处理站出水水质 mg/L

注：pH值无单位。

3.2.2 处理方法

目前，实用的重金属废水处理方法包括化学沉淀法、膜分离法、离子交换法、电化学法等。

(1)化学沉淀法[2]的原理是通过投加硫化物、石灰[3]、聚合硫酸铁、碳酸盐以及由以上几种沉淀剂组成的混合沉淀剂，使废水中呈溶解状态的重金属离子转变成为不溶于水的重金属化合物，再通过过滤和分离使沉淀物从水溶液中除去。

化学沉淀法是目前废水重金属污染处理应用最广的方法。但产生含重金属的污泥量比较大，有可能产生二次污染；若废水中重金属离子以络合物形式存在，则有可能使出水中重金属离子含量不达标；多种重金属共存时，需根据每种重金属的最佳沉淀pH值逐一调节[4～5]，反应池较多，土建工程量大；另外，该方法受沉淀剂和环境条件的影响大，稳定性较差，随着环保要求的逐步提高，需增加深度处理[6]。

(2)膜分离的基本原理是在某种推动力作用下，利用膜的选择透过性进行分离和浓缩。根据膜截留组分粒径大小的不同及膜性能的差异，目前常见的膜分离过程可分为微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析等。

(3)离子交换法[7]是在离子交换器中进行，此方法借助离子交换剂来完成。在交换器中按要求装入不同类型的离子交换剂，重金属离子的溶液通过交换剂时，交换剂上的离子同水中的重金属离子进行交换，达到除去水中重金属离子的目的。

(4)电化学法[8]是在电场的作用下，金属电极产生电子形成“微凝剂”(铁或铝的氢氧化物)，水中的悬浮颗粒、胶体污染物在絮凝剂作用下失稳，脱稳后的污染物颗粒与微絮凝剂之间相互碰撞，结合成大絮体而沉淀。

不同处理工艺的对比见表4。结合废石场水质的具体指标，按照工艺简便、经济合理、效果最佳的思路采用化学沉淀法+石英砂过滤的处理方法。

表4 不同处理工艺对比

3.2.3 化学沉淀法原理分析

重金属化学沉淀法处理包括碱性化学沉淀法、硫化物沉淀法和其他化学沉淀法。表5即为常见废水中重金属污染物的适用处理技术。

表5 常见废水中重金属污染物的适用处理技术

该方法的原理是(以该水质最突出的污染物质Cd为例)： 根据碳酸镉难溶于水的特性，调节水的pH>8，水中存在的重碳酸根离子会有一部分转化为碳酸根离子，碳酸根离子能够与镉离子生成难溶于水的碳酸镉，从水中沉淀析出。然后再投加铁盐或铝盐混凝剂，利用混凝剂产生的氢氧化铁或氢氧化铝絮体，将细小的碳酸镉颗粒、水中的泥沙等凝聚在一起，形成沉降性很好的较大颗粒，通过沉淀过滤去除。

碳酸镉的溶解沉淀反应式为：

3.2.4 试验结论

试验结果见表6，测定上清液的水质情况，结论如下。

表6 化学沉淀法处理上清液水质检测结果 mg/L

注：pH无单位。

废石场淋溶水受硫化矿自然氧化的影响，废水呈酸性并浸出一定量的重金属物质。通过石灰中和法的工艺，pH为8.46时可达标，且投放石灰量最少，可以将废水中的关键控制指标Cd处理达到0.08mg/L以下，Cu处理达到0.5mg/L以下，Ni处理达到1.0mg/L以下，满足《黄河流域(陕西段)污水排放综合标准》的要求。

石灰中和法的工艺处理该废水，预计将产生含水率70%废渣量为75kg/m3的废水。

3.2.5 废水处理工艺

废石场淋溶水的pH值为3，硬度较高，主要重金属污染物为铜、镉、镍。结合水质参数，本次设计采用弱碱性化学沉淀法和硫化物沉淀法处理该废水，即投加石灰乳使pH值达到8.5～9，使铜、镉、镍等离子生成氢氧化盐和碳酸盐沉淀，达到去除目的。当出水不达标时，投加备用的Na2S，使重金属生成其硫化物沉淀，达到去除目的。由于该废水硬度较高，运行过程中会产生结垢现象，堵塞管道，故尽量减少管道使用，采用明渠。经处理后，处理水清液送至选厂高位水池循环使用，废水最终进入尾矿库，尾矿库库区为石灰质岩，库水呈弱碱性环境，不会造成重金属离子迁移。

3.2.6 污泥处理工艺

污泥经压滤后外运至污泥处置场。根据《国家危险废物名录》，最终产生的污泥不属于危险废物。按其为一般工业固体废物Ⅱ类，处置场需进行防渗处理。当贮存、处置场服务期满或因故不再承担新的贮存、处置任务时，应分别予以关闭或封场。关闭或封场前，必须编制关闭或封场计划，报请所在地县级以上环境保护行政主管部门核准，并采取污染防止措施。 关闭或封场时，表面坡度一般不超过33%。关闭或封场后，仍需继续维护管理，以防止覆土层下沉、开裂，致使渗滤液量增加，防止堆体失稳造成滑坡等事故，直到稳定为止。为防止固体废物直接暴露和雨水渗入堆体内，封场时表面应覆土2层，第一层为阻隔层，覆20～45cm厚的粘土，并压实，防止雨水渗入固体废物堆体内；第二层为覆盖层，覆天然土壤，以利植物生长，其厚度视栽种植物种类而定。封场后，渗滤液及其处理后的排放水的监测系统应继续维持正常运转，直至水质稳定为止。地下水监测系统应继续维持正常运转。

4 结语

废石场的淋溶水大多都存在重金属析出的情况，应对采场、废石场的废水建立全面的检测机制，对于废水进行系统、科学、合理的治理。首先要先从源头减少水量，最大限度清污分流，控制废石场雨水的下渗量。其次选择科学、经济、简便的污水处理方法，充分考虑投资和运行成本，尽可能地首先考虑生产回用。经过试验和研究是能够达到排放标准的，外排时要深度处理，确保达标排放。最后污泥处理要按一般工业固体废物Ⅱ类处置，防止对周边水系造成污染，全面建设绿色矿山，可持续发展矿山。

[1] 张红梅，速宝玉.土壤及地下水污染研究进展[J].灌溉排水学报，2004,23(3):70-74.

[2] 郭燕妮,方增坤,胡杰华,谢洪珍,李黎婷,叶志勇.化学沉淀法处理含重金属废水的研究进展[J].工业水处理,2011,(12).

[3] 刘志刚.石灰中和法处理含重金属离子酸性废水[J].江西冶金，2003，23(6)：109-110.

[4] 刘定富,葛丽颖.pH值调控对电镀废水处理的影响[J].环保科技，2008，(1)：8-10.

[5] 杨富新.中和法处理酸性含铜、锌离子污水的pH控制[J].冶金丛刊，1995，(4)：30-31.

[6] 马彦峰,吴韶华,单连斌.沉淀法处理含重金属污水的研究[J].环境保护科学，1998，24(3)：1-3.

[7] 李春华.重金属污染控制中的离子交换特点[J].水处理技术,1992，(4)：193-198.

[8] 程爱华,王林红.水处理中电化学方法及其组合工艺的开发与应用[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版)，2006，38(2).

Study of leaching water treatment of mine waste dump

The waste water in mine waste dump was comprehensively monitored, and the present situation, cause of formation were analyzed. Combined with the situation of a mine waste dump, the treatment measures were put forward, which provided reference for the similar mines treating leaching water.

waste dump; leaching water; treatment

1672-609X(2017)05-0014-03

TD745

A

2017-04-10

康林刚(1980-)，男，陕西扶风人，工程师，从事矿山安全生产管理工作。