作者：刘 海，张加广，林义芳 ( 龙里县环境监测站，贵州 龙里 551200)

摘 要: 阐述了在废弃矿井废水现场进行的高含铁高酸性废水污染治理现场试验，研究了利用石灰石中和反应，在不同进 水量、不同停留时间、不同填料粒径、是否添加反应试剂情况的四种试验条件下对主要污染物处理效果的影响。研究结果表明， 在煤矿废水现场利用自然条件对煤矿酸性废水的处理时，进水流量越小、系统停留时间越长、石灰石粒径越小，并加入一定量的 纯碱，则处理效果较好。

关键词: 矿井废水; 污染治理; 影响

贵州省龙里县存在多处废弃小煤窑。废弃小煤窑虽然已经 关停炸封，但仍源源不断的流出酸性煤矿废水。该酸性废水含 铁量高，形成黄色的污染带，严重污染生态环境，急需找到有 效的处理方法。由于废弃矿井废水的源头多位于荒山中，交通 极为不便，如按照传统的石灰中和处理方法，治理成本高，建 设污水处理设施困难，污水处理设施运行困难，还存在安全隐 患。为找到一个生态环保、经济的治理方法，我们开展了此次 矿井废水污染治理现场试验研究工作。

1 试验工艺流程

废弃矿井废水水质监测数据分析得知，废水中 Fe 的含量为 1250～1500 mg /L，Mn 的含量为 4. 5 ～ 5. 0 mg /L，pH 为 2. 39 ～ 3. 00，属于含铁高的酸性矿井废水，该废水国内外许多学者都 对其成因及防治方法进行大量研究，一般采用中和法、生物法 及人工湿地法等［1－3］。根据该试验现场的实际情况，对此类水 质的常规处理技术及现场所能采用的实施方法和条件限制，我 们在现场对矿井废水采用的处理工艺为［4］: 酸性含铁矿井废水→取水槽( 含计量堰板) →跌水充氧→反 应箱一( 箱内放置大号石灰石进行中和) →反应箱二( 箱内放置 大号石灰石进行中和) →利用开放的排水管道对污水进行充 氧→反应箱三( 箱内放置大号石灰石进行中和) →组合反应( 箱 内放置石灰石和锰砂滤料进行过滤处理) →细砂滤料过滤→试 验出水排放。 一级处理采用穿孔管布水，水从两边向池中间喷洒，反应 箱尺寸为: 800 mm×800 mm×1000 mm，目的是增加废水与空气 中的氧接触，使氢氧化亚铁氧化成三价铁使之析出，经池内的 石灰石中和调节 pH 值。 二级处理采用升流式布水装置，水流从下而上通过石灰 石、滤料，水从下部向上部漫流，中和反应得以充分进行。反 应箱尺寸为: 800 mm×800 mm×1000 mm，曝气后水中溶解氧可 达 2～ 5 mg /L; 一级曝气后部分氢氧化亚铁离子氧化成氢氧化 铁絮状物。 三级处理采用穿孔管布水，水从左、中、右三个方向向池 中间喷洒，反应箱尺寸为: 800 mm×800 mm×1000 mm，目的是 增加废水与空气中的氧接触，进行充氧，使废水中的铁析出。 四级处理采用穿孔管布水，水从左、中、右三个方向垂直 向池中间滴滤，反应箱尺寸为: 1500 mm×1500 mm×1500 mm， 目的是增加废水与空气中氧的接触，进行接触氧化。再经过石 灰石进行中和反应，在反应箱内填入石英砂和锰砂过滤。溶解 有氧气的水跌落在池内铺好的石灰石上进行二次充氧曝气，溶 解有氧气的水经过反应后生成氢氧化铁絮状物，流入下一级处 理池中。 五级处理采用细砂作为滤料，水从下而上通过，经过细砂 滤除生成氢氧化铁絮状物和水中其他悬浮物。 根据我们现场取水在实验室的结果，处理消解率可达到 42. 4%。同时依据现场山中的现状条件，我们在现场搭建一个 小规模的处理设施( 处理废水量为 80 ～ 100 m3 /d) ，并通过进一 步现场试验，为最终的工程实施积累经验和确定工艺参数。

2 现场调试试验数据和讨论

根据工艺参数我们主要设计了 4 种试验条件，现就现场试 验后结果分别进行数据分析和讨论。

2. 1 第一种试验条件下的调试数据———不同进水量数据结 果 分 析: 根 据 表 1，试 验 进 水 水 量 为 100 m3 /d， 5 m3 /d，600 L 三种进水情况下，进水量为 100 m3 /d 的处理效 果最差，消解率最差。进水量固定为 600 L 的处理效果最好。 因反应箱容积较小，进水量大时，水在每级反应箱内停留时间 很短，与反应箱内的石灰石接触的时间也很短，导致在与反应 箱内石灰石中和后不能将原水的 pH 值提升起来，不能有效的 将原水水中的铁离子析出，所以出水水质中的含铁量较高，处 理消解率偏低。当进水流量减小后，消解率可以提高一倍以 上; 当进水量固定后，消解率提高较多，但因水量固定，处理 水量很少。 2. 2 第二种试验条件下的调试数据———不同停留时间 数据结果分析: 根据表 2 试验内容，在原水进水量不流动 ( 600 L) ，并一样的情况下，利用反应箱内石灰石与废水进行 中和反应，共通过五级反应箱总停留时间为 5～ 48 h，对原水的 浸溶时间为 5～ 48 h。因在原水不流动条件下，原水能与反应箱 内石灰石进行大面积接触反应，从每天的调试试验数据( 表 2) 中可以看出通过每级反应箱内的石灰石和原水进行中和反应后 对原水的 pH 值的提升有明显的效果。每级反应箱反应完成后， 打开阀门流入下一级反应箱，再利用下一级反应箱内的石灰石 与之中和，提升 pH 值。当水中的 pH 值＞3. 5 时，水中的铁离 子才能有效析出。 从调试试验数据的对比可以得出，在原水进行不流动的条 件下，利用五级反应箱每级的中和、过滤处理，能将原水中的 铁离子析出，原水停留在系统中的处理时间处理消解率效果最 好的是停留时间为 48 h，能将原水中的铁离子消解 40%，处理消解率效果最差的是停留时间为 5 h，能将原水中的铁离子消 解 27%。从实验数据看，处理时间越长处理消解率越高，但在 处理 10 h 后，处理效率虽然随时间越来越好，但消解效率下降 较少。

2. 3 第三种试验条件下的调试数据———不同填料粒 径

数据结果分析: 根据表 3 试验内容，仅改变反应箱内填料 的粒径，其余工艺参数不变的试验条件下的调试数据结果，因 填料粒径由 5～ 7 cm 变小为 2～ 3 cm，能够提高原水与反应箱内 石灰石的接触面积，从而提高石灰石和原水中进行中和反应后 对原水的 pH 值的提升有明显的效果，处理消解率明显提升。 2. 4 第四种试验条件下的调试数据———是否添加反 应


数据结果分析: 当进水量在 5 m3 /d 时，停留时间在 5 h， 通过原水与反应箱中的石灰石进行中和反应提升水中的 pH 值， 析出原水中的铁离子，再在反应箱中加入 0. 05 g 纯碱，处理消 解率效果较好，能够消解 38% ～ 42%。如果未加入纯碱，处理 消解率效果较差，能够消解 19% ～ 21%。主要原因是纯碱溶解 性好，加入后能够立即与污染物进行反应，迅速提高污染物的 处置消解率。

3 结 论 ( 1) 在进水流动、不加任何试剂的情况下，利用石灰石做 中和填料、石英砂、锰砂做过滤、用自然的方式进行曝气，处 理效果能消解 5% ～ 21%。说明利用自然条件对煤矿酸性废水的 处理方案相对于实验室条件下的处理率( 42. 4%) ，在试验现场 的处理率偏低。 ( 2) 在进水不流动的条件下，利用石灰石做中和填料、石 英砂、锰砂做过滤、用自然的方式进行曝气，5～ 48 h 内处理效 果能消解 27% ～ 40%。在这种试验条件下能够接近原实验室处 理效果 42. 4%。随着时间的增加污染物消解效果越好。但从处 理污染物的效率看，处理 10 h 为最佳处理时间。 ( 3) 在进水流动的条件下，利用石灰石不同粒径进行处理， 粒径越小处理效果越好，粒径为 2～ 3 cm 的处理效果好。 ( 4) 在进水流动的条件下，利用石灰石做中和填料、石英 砂、锰砂做过滤、用自然的方式进行曝气，在反应箱内加入纯 碱，处理效果能够消解 38% ～ 42%。在这种试验条件下也能够 接近实验室处理效果 42. 4%。为提高污染物的消解率可适当加 入纯碱( 5) 通过以上结果分析和结论，在煤矿废水现场利用自然 条件对煤矿酸性废水的处理时，进水流量越小、系统停留时间 越长、石灰石粒径越小，并加入一定量的纯碱，则处理效果越 好。但于实验室相比现场试验的消解率偏低，主要原因有以下 两点: ①原实施方案中的反应箱体积偏小，在填入填料后的有 效容积为 2 m3 ，涉及处理水量为 100 m3 /d，以每天处理 24 h， 每小时的水流量为 4. 2 m3 /h，而现场的反应箱的有效容积为 2 m3 ，所有停留时间约为 30 min，停留时间太短。②在试验现 场没有通电，原水的氢氧化铁被析出覆盖在石灰石表面，因反 应箱中没有搅拌设备，无法对覆盖在上面的氢氧化铁进行搅 动，后续进入反应箱的原水就不能有效的和箱内的石灰石进行 接触，导致不能提升水中的 pH 值，处理效率偏低。 ( 6) 此次现场试验为最终的工程实施积累经验和确定工艺 参数。虽然现场处理效果不佳，但在下一步工作中可以从以下 几个方面继续完成矿井废水的现场治理: 现场治理中选择废水 在系统停留的理想时间，提高废水的处理效率; 可考虑采样化 学工艺处理与人工湿地处理方法等多种工艺相结合的方式进行 矿井废水处理; 对现场采取生态修复的方式，减少煤矿废水污 染物的排放，以减小废水处理量。