黔西南酸性高砷煤矿 废水 的净化机理及治理对策的探讨

©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第26卷第2期贵州大学学报(自然科学版)Vol.26No.22009年4月JournalofGuizhouUniversity(NaturalSciences)Apr.2009文章编号1000-5269(2009)02-0128-04黔西南酸性高砷煤矿废水的净化机理及治理对策的探讨3刘婷,祝亚男,杨仕江,蔡小勤,陈桐,黄超(贵州大学喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室,贵州贵阳550003)摘要:分析了酸性高砷煤废水的形成机制和特点,简要介绍了目前处理酸性含砷废水的几种技术,并针对黔西南独特的岩溶地质特点,探讨用碳酸盐岩处理酸性高砷废水的可行性及治理措施。关键词:酸性高砷煤矿排水;除砷技术;黔西南;碳酸盐岩中图分类号:X752文献标识码:A煤炭在我国矿产资源中处于重要地位,其消费量占一次性能源消费量的70%以上[1]。随着我国国民经济和科学技术的发展,对煤炭的需求量日益增加,在煤炭开采和加工过程中所产生的废水的排放量也随之增加,继而带来了一系列的环境和生态问题,其中,酸性矿排水(AcidMineDrainage,简称AMD)就是典型问题之一。酸性矿排水由于排放量大、持续时间长,污染区域广,加之某些认识上和技术上的原因,导致对生态环境的污染越来越严重。酸性矿排水能携带大量的重金属及有害化学物质进入环境,所以对酸性矿排水中有害元素的释放和迁移研究已成为矿山环境治理中的一个热点,而砷释放元素其中最被关注的微量有害元素之一。砷从含砷煤矿中释放出来后,经过一系列复杂的物理化学过程进入矿区周围的水体和土壤中,从而对周围环境造成污染。1黔西南酸性高砷煤废水的成因及特点煤矿酸性水是硫化矿物在矿内涌水和大气降水的溶蚀下氧化而产生的[2]。煤矿在开采过程中,随着煤层中所含硫化物(主要是黄铁矿)赋存环境的改变,含硫矿与空气及水接触,经过一系列的氧化和水解作用,便产生了酸性煤矿水,其主要反应如下[2-5]:2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO44FeSO4+O2+2H2SO4→2Fe2(SO4)3+2H2OFe2(SO4)3+6H2O→2Fe(OH)3+3H2SO4FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O→15FeSO4+8H2SO4一般认为煤中砷主要以固熔体或类质同象的形式存在于硫化物中,尤其是在黄铁矿中。因此,煤中砷与黄铁矿的硫具有较好的相关性[6]。酸性煤矿废水因具有较低的pH值和较高的矿化度特征,故有很强的溶解性和侵蚀性,能将煤中的砷溶入水体中,由此形成酸性高砷煤矿废水。裴廷权[7]在2006年对黔西南兴仁县煤矿区砷的表生地球化学研究中认为,兴仁煤矿区矿排水具有典型的矿山水特征,显示了“一低三高”的特点,即低pH值,高SO42-、高Fe和高Al。故而黔西南酸性高砷煤矿废水具有低pH值,含有大量铁、铝、锰、砷等特点。2酸性高砷废水处理技术含砷酸性废水中主要有害物质是硫酸和砷,硫酸一般通过加碱中和很容易除去;而砷是一种剧毒物质,危害极大。目前,对含砷废水及酸性含砷废水的研究已经有了大量的报道[8-12]。总的来看,比较常用的处理方法主要有沉淀、絮凝、过滤、吸附、氧化和生物法等。2.1沉淀法化学沉淀法是向煤矿废水中投加某些化学药剂,使之与废水中砷的污染物发生化学反应或物理化学反应,形成难溶于水的化合物,经过滤或沉降即3收稿日期:2009-03-02基金项目:国家自然科学基金项目(40663001)作者简介:刘婷(1983-),女,山西翼城人,硕士研究生,主要从事矿山环境研究.©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net可降低水体中的砷。该方法主要包括中和沉淀法、硫化沉淀法和絮凝沉淀法。它们的共同特点是在水体中均可以与砷酸根形成硫化砷或砷酸盐沉淀。2.1.1中和沉淀法中和沉淀法主要是向废水中添加中和剂(一般是石灰石或石灰),提高其pH,这时可生成亚砷酸钙、砷酸钙沉淀。该方法比较成熟,可处理任何浓度、任何性质的酸性废水,并可除去大部分砷,且操作简单,管理方便,已成为处理酸性矿山废水中最为普遍的方法。由于处理后生成的含砷废渣无法利用,堆存易造成水系的二次污染。2.1.2硫化沉淀法硫化沉淀法是向废水中投加硫化剂(硫化铁、硫化氢、硫化钠或硫氢化钠),使废水中的砷酸根离子或亚酸根离子与S2-发生化学沉淀反应生成溶度很小的As2S3或As2S5沉淀,从而将砷去除。其主要反应式为(以FeS为例):3FeS(S)+2AsO