周剑波

（广东省地质建设工程集团公司，广州 510080）

矿产资源是人类社会发展和国民经济建设的重要物质基础，矿山开采已成为推进我国工业化、城市化和农村现代化进程的重要手段[1]。资源的过度开发及不合理利用导致岩体裸露、水体污染、土壤流失、植被破坏、生物多样性锐减、地质灾害等诸多生态环境问题[2]。山水林田湖草是生命共同体[3]，该理念的提出为矿山生态环境治理指明了方向。山水林田湖草各要素组成多层次、关系复杂且有序的生态系统，系统内各要素相互关联，紧密联系[4]。

铁山嶂硫铁矿自开采以来未设置专门的截排水设施，弃渣排土场和矿石堆场没有采取任何防渗措施。废弃露天采场和弃渣排土场内，大量的废渣、废弃岩土等固体废弃物在空气氧化、雨水淋滤、地表水冲刷和渗滤下经过一系列的氧化、水解等反应，形成SO4

2-及重金属含量较高的酸性废水。酸性废水排入河流湖泊，会改变水体pH，影响水生物生长和繁殖，大幅降低水体自净能力。酸性废水中的重金属离子通过沉淀、络合、吸收、鳌合和氧化还原等作用在自然水体中发生迁移和转化，若进入地下水、饮用水源、耕地灌溉水源等，会产生持续性危害，对人体健康造成不良影响。下面将针对铁山嶂废弃矿区矿山废水处理进行研究。

1 废水处理工艺比选

酸性废水处理工艺包括石灰中和法、中和沉淀法、离子交换法、置换法、吸附法和氧化法等，分别适用于不同来源、不同性质的酸性废水。若以达标处理或回用为目的，一般选用石灰中和法及其优化方法；若涉及废水有价金属回收，通常考虑离子交换法、置换法、吸附法和生物氧化法等方法。工程实践中，石灰中和法及其优化方法是主流，使用率超过90%。酸性废水的常用处理方法比较如表1 所示。

表1 酸性废水常用处理方法比较

原水含有铁、锰、镉、铜、铅、锌、镍等重金属离子，其沉淀pH 不尽相同。理论上，铁（三价）的氢氧化物在pH 为4～5 的条件下完全沉淀，在pH为12～13 的条件下开始溶解；锰、镉、镍的氢氧化物在pH 为9～10 的条件下完全沉淀；铜的氢氧化物在pH 为8～9 的条件下完全沉淀；铅的氢氧化物在pH 为8～9 的条件下完全沉淀，在pH=13 的条件下完全溶解；锌的氢氧化物在pH 为7～8 的条件下完全沉淀，在pH 为10～11 的条件下开始溶解。根据不同重金属的不同沉淀特点，可以控制pH，通过多级沉淀分别去除不同的重金属离子。经综合考虑，铁山嶂废弃矿区酸性废水拟采用“化学沉淀+锰砂过滤”的工艺路线，工艺流程如图1 所示。

图1 “化学沉淀+锰砂过滤”工艺流程

2 污水处理反应机理

污水处理工艺涉及4 类反应，即中和硫酸反应、除氟反应、重金属去除反应和絮凝反应。中和硫酸反应如式（1）和式（2）所示，除氟反应如式（3）所示，重金属去除反应如式（4）至式（9）所示。絮凝反应主要涉及铁盐、镁盐絮凝沉淀，如式（10）至式（13）所示。其间可外加絮凝剂。投加聚丙烯酰胺（PAM）作为絮凝剂，可以有效提升絮凝作用，废水中的有害物质及悬浮物得以有效去除，确保废水处理稳定达标。

3 污染物预期去除效果分析

铁山嶂废弃矿区采用“化学沉淀和锰砂过滤”组合工艺，对酸性废水中的重金属离子进行处理，包括铁、锰、镉、铜等。从出水标准限值来看，铁浓度不大于5.0 mg/L，锰浓度不大于2 mg/L，镉浓度不大于0.1 mg/L，铜浓度不大于0.5 mg/L，铅浓度不大于1 mg/L，锌浓度不大于2 mg/L，镍浓度不大于1 mg/L。各污染物预期处理效果如表2 所示，均符合出水排放限值要求。

表2 各重金属预期去除效果

4 综合效益分析

4.1 环境效益

建设污水处理站及配套设施，持续运营污水处理站，有效处理废弃矿区酸性废水，可以显著削减重金属污染物排放量，更好地保护周边水体（官田河、石马河、宁江），改善生态环境。

4.2 社会效益

工程实施降低了废弃矿区酸性废水对周边水体的污染威胁，有效减少水土流失，保持土地肥力，起到良好的固土作用，防止下游河道淤塞，避免危害农田。同时，可防止水土流失造成滑坡而危及居民及道路安全，而且对下游水源地起到保护作用。

4.3 经济效益

污水处理站及配套设施的建设和运营可以有效地控制现有重金属污染，改善区域生态环境，并起到防灾减灾作用，有效保障下游村庄安全。同时，该项目的实施有利于区域全面发展，促进资源节约型和环境友好型社会建设，并进一步增强当地民众环境保护意识，供类似矿山酸性废水治理项目借鉴。

5 结论

铁山嶂硫铁矿未对废弃露天采场和弃渣排土场进行治理，大量的固体废弃物在多种物化作用下形成酸性废水，大幅降低水体自净能力，严重威胁下游水体安全，开展生态环境恢复治理势在必行。经工艺比选，铁山嶂废弃矿区选定“化学沉淀+锰砂过滤”的工艺路线对酸性废水进行处理，其具有较好的针对性，可达到预期的重金属去除效果，综合效益突出。