礦冶廢渣在水污染治理中的應(yīng)用

李彥平

（山西省運(yùn)城生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山西 運(yùn)城 044000）

0 引言

在實(shí)際生產(chǎn)和生活中所排放的廢水包括工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水和城市廢水，其中含有一定量的有機(jī)物、重金屬離子以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等[1-2]。針對(duì)生產(chǎn)和生活中的廢水采取合理有效且低成本的處理方式將其中的污染物去除，是實(shí)現(xiàn)水資源重復(fù)利用的基礎(chǔ)。礦冶廢渣種類(lèi)眾多，其價(jià)格低廉，是當(dāng)前水處理的最為經(jīng)濟(jì)的材料。本文將通過(guò)對(duì)比不同礦冶廢渣對(duì)水污染的治理效果，指導(dǎo)后續(xù)水污染的治理，具體闡述如下。

1 礦冶廢渣特性研究

本文中試驗(yàn)所需的礦冶廢渣為金屬在選礦和冶煉過(guò)程中所產(chǎn)生的廢棄物，主要包括有鋼鐵礦冶廢渣、鈦選礦冶廢渣、鋁冶煉廢渣等[3]。其中，鋼鐵礦冶廢渣的種類(lèi)較多包括有磁鐵礦選鐵尾礦渣、含鈦高爐渣、普通高爐渣和鋼渣等；鈦選礦廢渣為磁鐵礦選鈦尾礦渣；鋁冶煉廢渣主要為赤泥。為充分掌握上述六種礦冶廢渣對(duì)污水的治理效果，選用石英砂作為對(duì)比參照物。

從原理上講，礦冶廢渣在環(huán)境的治理過(guò)程中主要依靠其自身的表面吸附效應(yīng)、沉淀效應(yīng)、氧化還原效應(yīng)、離子交換效應(yīng)、孔道效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)、結(jié)晶效應(yīng)以及水合效應(yīng)等基礎(chǔ)原理[4]。針對(duì)上述六種礦冶廢渣和一種對(duì)照物石英砂對(duì)污水的治理效果，首先對(duì)其特征進(jìn)行測(cè)定，重點(diǎn)關(guān)注孔隙率、容積密度、pH 值和顆粒直徑小于150 μm 的質(zhì)量占比，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 石英砂及礦冶廢渣特征分析

如表1 所示，礦冶廢渣相對(duì)石英砂具有較大的孔隙率，說(shuō)明礦冶廢渣相比較石英砂而言具有較好的透水性；上述七種物質(zhì)中，除了赤泥外，其余物質(zhì)的容積密度均大于水，即其容易在水中沉積；對(duì)比pH 指標(biāo)可知，石英砂顯酸性，而礦冶廢渣顯堿性；對(duì)比顆粒直徑小于150 μm 的質(zhì)量占比指標(biāo)可知，礦冶廢渣在顆粒直徑小于150 μm 的質(zhì)量占比較大，說(shuō)明礦冶廢渣的比表面較大，可與污水中的污染物充分接觸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中污染物的充分治理。

2 礦冶廢渣對(duì)污水中污染物的治理效果分析

從原理上講，礦冶廢渣可對(duì)污水中的污染物進(jìn)行充分處理，其核心在于礦冶廢渣中的鋁、鐵、錳等金屬的氧化物，上述金屬氧化物其本質(zhì)上具有的表面吸附效應(yīng)、孔道效應(yīng)、氧化還原效應(yīng)可對(duì)污水中的污染物進(jìn)行有效的截留作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化功能[5]。

本文重點(diǎn)對(duì)礦冶廢渣對(duì)污水中的有機(jī)物、磷、氮、重金屬等污染物的治理效果進(jìn)行綜合對(duì)比研究。

2.1 礦冶廢渣對(duì)污水中有機(jī)物的治理效果

以鋼渣、磁鐵礦選鐵尾礦渣、磁鐵礦選鈦尾礦渣、普通高爐渣和石英砂為對(duì)比對(duì)象，比較上述五種物質(zhì)對(duì)污水中有機(jī)物的吸收量；與此同時(shí)，對(duì)比上述5 種物質(zhì)金屬氧化物的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 礦冶廢渣對(duì)污水中有機(jī)物的吸附量對(duì)比

如表2 所示，在礦冶廢渣中普通高爐渣對(duì)污水中有機(jī)物的吸附量最少；經(jīng)對(duì)比不同礦冶廢渣金屬氧化物的含量可知，由于鋁、鐵以及錳等金屬的氧化物含量低導(dǎo)致其對(duì)污水中有機(jī)物的吸附量急劇減小；對(duì)比鋼渣、磁鐵礦選鐵尾礦渣和磁鐵礦選鈦尾礦渣金屬氧化物以及有機(jī)物吸附量等指標(biāo)可知，雖然其在鋁、鐵、錳金屬氧化物含量占比相近，但是對(duì)應(yīng)鋼渣的鈣、鎂氧化物的含量較高，對(duì)應(yīng)其對(duì)污水中有機(jī)物的吸附量非常高。

綜上所述可知，當(dāng)?shù)V冶廢渣中鋁、鐵以及錳金屬氧化物含量較高的同時(shí)，對(duì)應(yīng)鈣、鎂氧化物含量較高時(shí)，可對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行高效去除。

2.2 礦冶廢渣對(duì)污水中磷元素的去除效果

以鋼渣、磁鐵礦選鐵尾礦渣、磁鐵礦選鈦尾礦渣、普通高爐渣和石英砂為對(duì)比對(duì)象，比較上述五種物質(zhì)對(duì)污水中磷元素的吸收量；與此同時(shí)，分別對(duì)比上述五種物質(zhì)金屬氧化物的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和）。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 礦冶廢渣對(duì)污水中有機(jī)物的吸附量對(duì)比

分析表3 可知，在上述五種物質(zhì)中，鋼渣對(duì)磷元素的吸附量最大，礦冶廢渣中普通高爐渣的對(duì)磷元素的吸附量最小。對(duì)比鋼渣和普通高爐渣的金屬氧化物含量可知，其主要區(qū)別在于鋁、鐵和錳金屬氧化物含量之間存在明顯差異。說(shuō)明鋁、鐵和錳金屬離子不僅會(huì)影響廢渣的表面吸附效應(yīng)的效果，而且還會(huì)影響磷酸鹽的沉淀效果。

綜上所述，對(duì)于污水中的磷元素而言，不僅要求礦冶廢渣具有優(yōu)秀的表面吸附效應(yīng)，而且要求其具備較優(yōu)的磷酸鹽沉淀效果。

同理，對(duì)鋼渣、磁鐵礦選鐵尾礦渣、磁鐵礦選鈦尾礦渣、普通高爐渣和石英砂去除污水中的氮元素、重金屬離子的效果進(jìn)行對(duì)比，均得到與去除污水中磷元素和有機(jī)物相同的結(jié)論。

3 結(jié)論

水是人類(lèi)賴(lài)以生存的資源，在生活和生產(chǎn)中必不可少。實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)、生活以及城市污水的高效、低成本治理是未來(lái)污水治理的主流發(fā)展方向。礦冶廢渣由于其低廉的成本且優(yōu)良的治理效果可廣泛應(yīng)用于污水的治理中。本文重點(diǎn)對(duì)礦冶廢渣對(duì)污水治理效果進(jìn)行研究，具體總結(jié)如下：

1）礦冶廢渣相對(duì)石英砂具有較大的孔隙率，說(shuō)明礦冶廢渣相比較石英砂而言具有較好的透水性；礦冶廢渣在顆粒直徑小于150 μm 的質(zhì)量占比較大，說(shuō)明礦冶廢渣的比表面較大，可與污水中的污染物充分接觸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中污染物的充分治理。

2）影響礦冶廢渣對(duì)污水治理效果的根本因素為其中鋁、鐵、錳、鈣和鎂等金屬氧化物的含量，含量越高對(duì)污水中有機(jī)物、氮元素、磷元素以及重金屬離子的去除效果越好。