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1、矿山酸性废水与土壤重金属污染治理纪鸣洛摘要：随着现代化工业的迅猛发展，越来越多的矿山被开采，正是这种矿业活动成为了矿山废水和重金属污染的主要来源，本文总结了国内外矿山废水和重金属污染现状，并对矿山废水和重金属污染的主要来源及危害进行了分析，并针对目前矿山废除治理的中和法、土壤重金属修复的物理、化学、物理化学、生物等技术及其特点进行了综述。 关键词：矿山废水处理 中和法 重金属土壤污染 治理方法0.引言矿产资源是人类文明必需的物质基础。在矿产开发利用过程中不可避免地要破坏和改变自然环境,产生各种污染物质,污染大气、水体及土壤,给生态环境和人体健康带来诸多不利影响。事实证明,一些国家或地区的环境污
2、染状况,在某种程度上总是与其矿产资源消耗水平相一致。矿山废水以及重金属是矿山环境的主要污染源，消除矿山酸性废水以及重金属污染的危害已成为开采矿山时必须要考虑的问题1.1 矿山废水的成分及危害 矿山废水是从采掘场、选矿厂、尾矿坝、排土场以及生活区等地排出废水的统称。开采、选矿、运输、防尘及防火等诸多生产及辅助工艺均需要使用大量的水,这些矿山废水排放量大、持续性强,对环境污染严重。 矿山废水中的主要污染成分包括有机和油类污染物、氰化物、酸和重金属污染、氟化物和可溶性盐类。除此之外,还有热污染、水的浊度污染以及固体悬浮物和颜色变化等污染形式。 矿山废水中有机污染物是指其中所含的碳水化合物、蛋白质、脂
3、肪和木质素等有机化合物。油类污染物是矿山废水中较为普遍的污染物,当水面油膜厚度在10-4cm以上时,它会阻碍水面的复氧过程,阻碍水分蒸发和大气与水体间的物质交换,改变水面的发射率和进入水面表层的日光辐射,对局部区域气候可能造成影响,主要是影响鱼类和其它水生物的生长繁殖。 矿山废水中的重金属主要有: Hg、Cr、Cd、Pb、Zn、Ni、Cu、Co、Mn、Ti、V、Mo和Bi等。被重金属污染的矿山废水排入农田时,除流失一部分外,另外部分被植物吸收,剩余的大部分在泥土中聚积,当达到一定数量时,农作物就会出现病害。如土壤中含铜达20 mg/kg时,小麦会枯死;达到200 mg/kg时,水稻会枯死。此外
4、,重金属污染的水还会使土壤盐碱化。大多数金属和非金属矿床(如煤矿)都含有黄铁矿等硫化物,若该硫化物含量低或不含有用元素,则常作废石处理,堆放于废石堆或尾砂库。在地表环境中该硫化物将迅速氧化,可形成含重金属离子浓度很高的酸性废水,成为矿山开采中最大的污染源。1.2 矿山酸性废水的处理方法1.2.1 中和法 中和法就是向酸性废水中投入碱中和剂,利用酸碱的中和反应达到增加废水pH值的目的。同时,使重金属离子与氢氧根离子发生反应,生成难溶的氢氧化物沉淀,净化污水。 中和法是目前处理酸性废水比较成熟的方法。中和剂主要采用石灰石或石灰;也有采用粉煤灰、煤矸石、电石泥等作为中和剂;也可用碱性废液或废渣(电石
5、渣、石灰渣)中和酸性废水。从理论上讲,在一定pH值下石灰或石灰石都能使金属沉淀,但由于各尾矿所要处理废水中可能含络合试剂或离子,其沉淀及沉淀完成程度差异极大。同时处理后生成的硫酸钙渣较多,容易造成二次污染发展现状 国内在矿山酸性废水采用中和法的处理方面,基本上沿袭石灰乳中和法。应用石灰石作中和剂处理酸性废水,经历了石碾法、石灰石中和滚筒法、普通中和滤池、升流式膨胀滤池和升流式变滤速膨胀中和塔法。这些方法在处理含盐酸、硝酸及低浓度的酸性废水方面,均得到了广泛的应用。 美国环保局认为石灰石加石灰乳串联工艺处理含重金属离子的矿山酸性废水是最经济的方法,比单纯的石灰乳中和法能降低30%的处理成本。在日
6、本,处理酸性废水通常使用石灰石作中和剂,使pH达到5左右,再加入中和剂石灰, pH值继续升高。即通过所谓的二段中和法处理含重金属离子的酸性废水。二段中和法在三菱金属、细仓矿业、同和矿业及小坂矿业等东北地区的矿山得到了广泛的应用。2.1 金属矿山土壤重金属污染的来源 金属矿山周边土壤中的重金属, 除本身由于地球化学作用而可能造成背景值偏高外,其它则主要来源于金属矿产开采、洗选、运输等过程中废气、废水的排放及固体废物的堆放。露采或坑采的钻孔、爆破和矿石装载运输等过程产生的粉尘和扬尘中含有大量的重金属, 经过雨水的淋溶进入周边土壤；废水主要包括矿坑水，选矿、冶炼废水及尾矿池水等，废水以酸性为主, 以
7、含有大量重金属及有毒、有害元素为特征。有色金属工业固体废弃物主要是指在开采过程中产生的剥离物和废石, 以及在选矿过程中所排弃的尾矿，这些固体废物若在露天堆放，容易迅速风化，并通过降雨、酸化等作用向矿区周边扩散, 从而导致土壤重金属污染。 2.2 金属矿山土壤重金属污染的影响 土壤重金属污染的影响主要体现在以下三点：首先，淋溶作用。是指在降水的淋溶作用土壤中的重金属向下渗透到深层土壤或地下水层。其次，被人或动物的吸入。由于受污染的土壤直接暴露在环境中，人或动物就会通过土壤颗粒物等形式直接或间接地吸入到体内。从而损坏人或动物健康。最后，就是通过植物吸收利用进入食物链，进而对食物链上的生物产生毒害。
8、 2.3 金属矿山土壤重金属污染的特点 与其它污染形态有所不同的是, 金属矿山含重金属废弃物种类繁多，并且土壤重金属污染有其自身特点，对环境的危害方式和污染程度都不一样，主要表现为:第一点，土壤重金属污染往往要通过对土壤及农作物样品进行监测后才能确定，具有滞后性和隐蔽性。第二点，重金属在土壤中不容易迁移、扩散和稀释，很容易在土壤中不断积累而超标，具有累积性。第三点，重金属污染的自然降解是非常困难的, 积累在土壤中的重金属很难靠稀释作用和自净作用来消除，具有难治理性和不可逆性。 2.4 金属矿山土壤重金属污染的危害 土壤被污染后，大部分污染物质能较长时间存在于土壤环境中,难以消除，易被人们所忽视
9、。土壤重金属污染的主要危害包括:首先，影响植物生长。土壤中的重金属通过雨水淋溶作用向下渗透, 不仅会导致地下水的污染，还会被金属矿山周围的植物吸收，影响植物的生长发育。其次，危害人体健康。受污染的土壤直接暴露在环境中,为人或动物所吸收后，会严重危害人体健康。最后，降低土壤的生态功能。重金属污染能明显影响土壤的理化性质，进而降低土壤微生物量和活性细菌量，减少土壤系统中的生物多样性, 从而影响土壤生态结构和功能的稳定。 2.5 金属矿山土壤重金属污染的治理途径 2.5.1物理方法 物理修复是借助物理手段去除土壤中污染物的技术。分为热力修复、蒸汽浸提修复等热处理，及 电动力学修复、压裂修复、稳定化修
10、复、物理分离修复工程措施法。一般情况下，热处理法主要针对汞污染，效果比较明显，但工程量较大，耗能较多，且易使土壤有机质和土壤水遭到破坏。而工程措施是利用外来重金属多富集在土壤表层的特性，去除受污染的表层土壤后，将下层土壤耕作活化或用未被污染活性土壤覆盖，从而将耕作层土壤中的重金属浓度降至临界浓度以下。 2.5.2物理化学方法 物理化学方法通常分为三种：一种是电动修复法。这是一门新的经济型土壤修复技术，在不搅动土层的基础上，在包含污染土壤的电解池两侧施加直流电压形成电场梯度,土壤中的重金属通过电迁移、电渗流或电泳的途径被带到位于电解池两极的处理室中并通过进一步的处理，从而实现污染土壤样品的减污或
11、清洁。一种是土壤淋洗法。是指利用有机或无机酸等淋洗液将土壤固相中的重金属转移至液相中,再把富含重金属的废水进一步回收处理。一种是玻璃化技术法。对某些特殊重金属利用电极加热将重金属污染的土壤熔化，冷却后形成比较稳定的玻璃态物质。 2.5.3化学方法 化学修复是利用加入到土壤中的化学修复剂石灰、 沸石、 钙镁磷肥等与污染物发生化学反应，有效降低重金属的水溶性、 扩散性和生物有效性,促使土壤中的重金属元素转化为难溶物，从而使污染物被降解或毒性被去除或降低的修复技术。2.5.4农业方法 农业生态修复是近几年新兴的修复技术，是因地制宜地调整一些耕作管理制度，在重金属污染土壤中种植不进入食物链的植物，选择
12、能降低土壤重金属污染的化肥，或增施能够固定重金属的有机肥等措施来降低土壤重金属污染，从而改变土壤中重金属的活性，降低其生物有效性，减少重金属从土壤向作物的转移，从而达到减轻其危害的目的。 2.5.6生物方法 污染土壤的生物修复分为植物修复技术、微生物修复技术和动物修复技术。植物修复技术是指利用自然生长或遗传工程培育的植物及其共存微生物体系，清除污染物的一种环境治理技术。微生物修复技术是指利用土壤中某些微生物的生物活性对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，把重金属离子转化为低毒产物，从而降低土壤中重金属的毒性。动物修复技术是指利用土壤中某些动物能吸收重金属的特性，在一定程度上降低污染土壤中重
13、金属含量。与其它治理重金属污染的技术相比生物修复技术设施较简便、投资较少、无二次污染，但是治理效率低。 3. 结语近年来，我国矿业迅速发展，其产生的废水以及重金属污染日益加剧，而现有的污染治理技术虽然很多，但都有其局限性，难以达到预期效果，因此，还需要将多种修复技术科学地结合起来综合应用，取长补短，才能达到更好的效果。 4.参考文献1 韦冠俊，矿山环境工程M，冶金工业出版社, 2001-09: 969812 杨根祥,沙日娜,乌云高娃等，矿山酸性废水的污染与治理技术研究J，西部探矿工程, 2000 (6): 262813陈欢林1环境生物技术与工程M1北京:化学工业出版社, 200314 丁希楼,丁春生，石灰石-石灰乳二段中和法处理矿山酸性废水，能源环境保护, 2004 (4): 727615王英辉,祁士华,陈学军. 金属矿山废弃地重金属污染的植物修复治理技术J. 中国矿业,2006,10:67-71. 6张溪,周爱国,甘义群,陈正华,王旭. 金属矿山土壤重金属污染生物修复研究进展J. 环境科学与技术,2010,03:106-112.