矿山水污染及其防治

第三章矿山水污染及其防治第1页，共101页。矿山水污染及其防治水体污染与水体自净矿山废水污染的特点矿山废水的形成和危害矿山废水中的主要污染物及其危害矿山废水的排放标准矿山水体的测定矿山废水处理的基本方法矿山废水处理实例第2页，共101页。矿山水污染及其防治§3-1水体污染与水体自净第3页，共101页。水体污染与水体自净水是地球上一切生命赖以生存、也是人类生活和生产中不可缺少的基本物质之一。20世纪以来，由于世界各国工农业的迅速发展，城市人口的剧增，缺水已是当今世界许多国家面临的重大问题，尤其是城市缺水状况，越来越加剧。水的故事第4页，共101页。水体污染与水体自净一、水体污染1.水体的概念及分类水体含义：水体系河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川和海洋等“贮水体”的总称。在环境科学领域中，水体不仅包括水，而且还包括水中的悬浮物、底泥及水中生物等。从自然地理的角度看，水体是指地表水被覆盖的自然综合体。

第5页，共101页。水体污染与水体自净水体的分类：水体可以按“类型”区分，也可以按“区域”区分。按“类型”区分时，地表贮水体可分为海洋水体和陆地水体。陆地水体又可分为地表水体和地下水体。按区域划分的水体，是指某一具体的被水覆盖的地段，如太湖、洞庭湖、鄱阳湖，是三个不同的水体，但按陆地水体类型划分，它们同属于湖泊；又如长江、黄河、珠江，它们同为河流，而按区域划分，则分属于三个流域的三条水系。第6页，共101页。水体污染与水体自净2.水体污染水体污染的定义有三种：排入水体的污染物超过了水的自净能力，从而使水质恶化的现象。进入水体的外来物质含量超过了该物质在水体本底中的含量。外来物质进入水体的数量达到了破坏水体原有用途的程度。以上三种定义，第三种较为适用。第7页，共101页。水体污染与水体自净

全面概括地说，水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水体的物理特性、化学特性和生物特性发生不良的变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用。（自然环境包括水环境对污染物质具有一定的承受能力，即所谓的环境容量。）第8页，共101页。水体污染与水体自净

造成水体污染的原因：水体（包括降水、地面水及地下水）受到人类或自然因素或因子的影响，使水的感官性状、物理化学性能、化学成分、生物组成及底质状况产生了恶化。

水体污染可分为两大类：自然污染：是指自然因素所产生的污染，在矿山，自然污染主要是由于各种矿石的溶解产生的。

第9页，共101页。水体污染与水体自净人为污染：是指人类在生产和生活中产生的“三废”对水资源的污染。工业废水是造成水体污染的主要污染源。

水体污染根据污染杂质的不同一般可分为四大类：生理性污染物理性污染化学性污染生物性污染

第10页，共101页。水体污染与水体自净3.水质（污染）指标COD：即化学需氧量，指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量，以每升水消耗氧的毫克数表示。BOD：即生物化学需氧量，简称生化需氧量，表示在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量。TOD：当有机物完全被氧化时，C、H、N、S分别被氧化为CO2、H2O、NO和SO2，此时的需氧量称为总需氧量（TOD）。

第11页，共101页。水体污染与水体自净TOC：表示的是污水中有机污染物的总含碳量。DO：水中氧溶解的量。该指标是水生生物生存的基本条件，一般含量低于4mg/L时鱼类就会窒息死亡。悬浮物：指水中呈固体状的不溶解物质。细菌污染指标：通常以单位体积水中大肠菌群数表示。有毒物质指标：有毒物质种类繁多，要检测哪些项目，应适具体情况而定。其中，非重金属的氰化物和砷化物及重金属中的汞、镉、铬、铅等，第12页，共101页。水体污染与水体自净是国际上公认的六大毒物。PH值：pH值是反映水酸碱性强弱的重要指标。我国《污水综合排放标准》中规定的pH值为6～9。色度：表示废水颜色深浅的指标。

第13页，共101页。水体污染与水体自净二、水体的自净水体的自净作用可从广义和狭义两方面理解：广义：进入水体的污染物，通过物理、化学和生物等方面的作用，使污染物的浓度逐渐降低，经过一段时间后，水体将恢复到受污染前的状态。狭义：水体中的微生物氧化分解有机污染物而使水净化的作用。

第14页，共101页。水体污染与水体自净

按作用机理，水体的自净过程可分为：物理净化：污染物由于稀释、扩散、沉淀和混合等作用，而使污染物质在水体中浓度降低的过程。化学和物理化学净化：污染物质由于氧化、还原、分解、化合及吸附、凝聚等作用，而引起的水体中污染物质浓度降低的过程。生物化学净化：由于水中微生物对有机物的氧化、分解作用，而引起的污染物质浓度降低的过程。

第15页，共101页。水体污染与水体自净三、需氧污染物的概念及综合指标水环境中有机污染物按其对环境质量的影响和污染危害，可概括分为两大类：耗氧有机物：又称需氧污染物，是指动、植物残体和生活污水及工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等易于被微生物分解的有机化合物。有毒有机物第16页，共101页。补充：水体中污染物的转化一、水体中有机物的生物降解

有机物在水中的降解主要通过化学氧化、光化学氧化和生物化学氧化来实现，其中生物化学氧化作用具有最重要的意义。二、水体中重金属的转化重金属化合物在水中不能被微生物降解，只能发生形态间的相互转化及分散和富集过程。这些过程通称重金属迁移。重金属在水体中的迁移主要与第17页，共101页。补充：水体中污染物的转化沉淀、络合、螯合、吸附和氧化还原等作用有关。三、水体的富营养化1.富营养化的发生水体富营养化的发生主要是由于水体中氮、磷等营养元素的增多所引起的。从现象看，其发生与水体中的藻类多密切相关。第18页，共101页。补充：水体中污染物的转化水体发生富营养化云南滇池发生蓝藻第19页，共101页。补充：水体中污染物的转化2.富营养化程度的判断标准

一般地说，总磷和无机氮分别超过20mg/m3和300mg/m3就认为水体处于富营养化状态。3.富营养化的危害与防治

由于藻类的大量繁殖，一方面占据水体空间、阻塞水道，影响鱼类活动；另一方面，藻类的呼吸作用和死亡藻类的分解，使水体中溶解氧含量大大降低，直接影响鱼类的生存。沉于水底的死亡藻类第20页，共101页。补充：水体中污染物的转化在缺氧状态下分解（腐化）使水体变黑、变臭。

对水体富营养化防治的方法可归纳为：对废水作深度处理，控制N、P的排放；禁用含磷洗涤剂；打捞藻类；人工曝气；清理底泥；引水（不含营养物）稀释；使用化学药剂或引入病毒杀藻类等。第21页，共101页。矿山水污染及其防治§3-2矿山废水污染的特点第22页，共101页。矿山废水污染的特点

废水：水在一定的使用过程中，若丧失了使用价值而被废弃外排，则这种水称为废水。

矿山废水：在矿山范围内，从采掘生产地点、选矿厂、尾矿坝、排土场以及生活区等地点排出的废水，统称为矿山废水。矿山废水的污染特点主要表现在三个方面：排放量大，且持续时间长污染范围大，影响地区广成分复杂，浓度极不稳定第23页，共101页。矿山水污染及其防治§3-3矿山废水的形成和危害第24页，共101页。矿山废水的形成和危害一、矿山废水的来源1.矿坑水也称为矿井水，主要组成有：地下水及老窿水涌入巷道；采矿生产工艺形成的废水；地表降水通过裂隙、地表土壤及松散岩层或其它与井巷相联的通道流入井下或露天矿场。第25页，共101页。矿山废水的形成和危害矿坑水在成分和性质上比地下水复杂，不能将其和地下水混为一谈：地下水是矿坑水的主要来源。沿井巷流动的地下水和采矿用水所形成的矿坑水，都溶解和掺入了各种可溶物质的分子、离子、气体，以及混入了各种固体微粒、油类、脂肪及微生物等，使水的成分发生显著变化。

矿坑水污染可分为矿物污染、有机物污染和细菌污染，以及放射性物质污染和热污染。第26页，共101页。矿山废水的形成和危害2.矿山工业用水产生的废水矿山废水污染的主要途径包括：矿井排水渗透污染渗流污染径流污染第27页，共101页。矿山废水的形成和危害二、矿山酸性废水的来源

在金属矿山，由于矿石或围岩中含有硫化矿物，它们经氧化、分解并溶解在矿坑水源之中，从而使之形成酸性废水。1.矿山酸性废水形成的机制：在干燥环境下，硫化物与氧起反应生成硫酸盐和二氧化硫；硫酸亚铁在硫酸和氧的作用下生成硫酸铁，在此过程中细菌是触媒剂；第28页，共101页。矿山废水的形成和危害生成的硫酸铁溶液与水的氢氧根离子结合生成氢氧化铁，沉淀下来；硫酸铁与硫化铁反应，进一步促进氧化，并加速酸的形成。2.一般在下列条件下会形成酸性废水：矿岩中含有黄铁矿；矿岩中没有足够数量中和酸的碳酸盐或其它碱性物质；黄铁矿被随意排弃在非专用的水池。第29页，共101页。矿山废水的形成和危害矿山酸性废水除了来自含有硫化矿物的矿山外，还来自：废石场淋滤水尾矿池产生的酸性渗流水采矿场产生的酸性污水第30页，共101页。矿山水污染及其防治§3-4矿山废水中的主要污染物及其危害第31页，共101页。矿山废水中的主要污染物及其危害概括起来，水体中的污染物可分为四大类：无机无毒物无机有毒物有机无毒物有机有毒物一、有机污染物有机污染物是指生活污水和废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素等有机化合物。喝了含砷的地下水而中毒的孩子第32页，共101页。矿山废水中的主要污染物及其危害二、油类污染物当油膜厚度在cm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，而主要是影响鱼类和其它水生生物的生长繁殖。第33页，共101页。矿山废水中的主要污染物及其危害海洋油污染第34页，共101页。矿山废水中的主要污染物及其危害三、酸、碱的污染在矿山酸性废水中，一般都含有金属和非金属离子，其质和量与矿物成分、含量、矿床埋藏条件、涌水量、采矿方法、气候变化等因素有关。表3-1列出了我国几个矿山井下和废石场废水中的pH值和有害物质含量。第35页，共101页。矿山废水中的主要污染物及其危害四、氰化物矿山含氰化物废水的主要工艺有：浮选铅锌矿石、氰化法提金、电镀、高炉和焦炉冶炼等。

氰化物的降解途径如下：氰化物与水中二氧化碳作用生成氰化氢，挥发而出；（除去氰化物总量的90%）水中游离氧使氰化物氧化生成和离子，逸出水体。（除去氰化物总量的10%）第36页，共101页。矿山废水中的主要污染物及其危害五、重金属污染矿山废水中主要有：汞、铬、镉、铅、锌、镍、铜、钴、锰、钛、钒、钼和铋等，特别是前几种元素危害更大。

重金属毒物的特点：不能被微生物降解，只能在各种形态间相互转化、分散。重金属的毒性以离子态存在时最严重，金属离子第37页，共101页。矿山废水中的主要污染物及其危害在水中容易被带负电荷的胶体吸附，吸附金属离子的胶体可随水流迁移，但大多数会迅速沉降。能被生物富集于体内，即危害生物，又通过食物链危害人体。重金属进入人体后，能够和生理高分子物质，如蛋白质和酶等发生作用而使这些生理高分子物质失去活性，也可能在人体的某些器官积累，造成慢性中毒。第38页，共101页。矿山废水中的主要污染物及其危害六、氟化物萤石矿的废水中含有氟化物，因为这种废水通常都是硬水，其中氟形成钙或镁沉淀下来，故不表现出很大的毒性，而软水中的氟毒性却很大。七、可溶性盐类当水与矿物、岩石接触时，会有多种盐类溶解于水中，如氯化物、硝酸盐、磷酸盐等。第39页，共101页。矿山水污染及其防治§3-5矿山废水的排放标准第40页，共101页。矿山废水的排放标准一、水质标准

环境标准是为维护环境质量、控制污染而制定的各种技术指标和准则的总称。我国水环境质量标准（依据《地面水环境质量标准》GB3838-88）根据地面水域使用目的和保护目标将其划分为五类：Ⅰ类主要适用于源头水、国家自然保护区；Ⅱ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、第41页，共101页。矿山废水的排放标准仔稚幼鱼的索饵场等；Ⅲ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖等渔业水域及游泳区；Ⅳ类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；Ⅴ类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。第42页，共101页。矿山废水的排放标准二、工业废水的排放标准

废水排放标准是根据环境质量标准，并考虑技术经济的可能性和环境特点，对排入环境的废水浓度所做的限量规定。我国污水排放标准分综合标准和部门、行业标准两种。第43页，共101页。矿山废水的排放标准工业废水中有害物质最高容许排放浓度分两类：第一类污染物：指能在环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响者。第二类污染物：指其长远影响小于第一类污染物质的污染物。最高允许排放浓度分别见表3-2和表3-3。第44页，共101页。矿山水污染及其防治§3-6矿山水体的测定第45页，共101页。矿山水体的测定一、水质分析内容和项目水质分析的内容分物理、化学和微生物（包括生物）分析。水质分析的项目总共有数百种，日常进行分析的项目有10种左右。不同的工业废水，其主要分析项目是不同的，但是都应首先考虑水中主要杂质成分的测定项目。第46页，共101页。矿山水体的测定二、矿山废水的采样方法1.采样点的选择在河流的不同区段(清洁区段、污染区段及净化区段)选择布置采样点，并将采样点分为：基本点：设在河流的清洁区段；污染点：设在河流污染特定区段；对照点：设在河流的发源地或矿区的上游区段；净化点：设在矿区的下游区段。第47页，共101页。矿山水体的测定除河流布点外，在矿区内还应布置如图3-2所示的采样监测点。第48页，共101页。矿山水体的测定第49页，共101页。矿山水体的测定2.采样方法表层水样采集方法：直接把采样瓶置于水中，或者以适当的容器吸水（最好取水面以下10～15cm的水）。常用的简单采样器如图3-3所示。第50页，共101页。矿山水体的测定第51页，共101页。矿山水体的测定矿山废水采样：采用不同的采样方法，分别采集平均水样、平均比例水样以及高峰期排放水样等。采集水样的数量，应根据分析项目的不同而定，一般水样总量以3L为宜。水样的存放时间不得超过表3-5所规定的标准。第52页，共101页。矿山水体的测定第53页，共101页。矿山水体的测定三、矿山废水的测定方法1.废水流量的测定方法几种常见的方法有：估算法容量测定法水表计量法推算法流量堰计量法第54页，共101页。矿山水体的测定2.废水中悬浮物的测定废水中呈固体状的不溶解物质称为悬浮物。悬浮物从性质上可分为无机性的和有机性的两种。悬浮物的沉淀性能：一般用沉淀曲线描述。如图3-4所示。第55页，共101页。矿山水体的测定第56页，共101页。矿山水体的测定沉淀物的含水率：以水的重量与沉淀物总重量之比值来表示。沉渣的比重较大，含水率较小；而污泥却呈疏松状态，含水率较大。有机物与无机物含量的测定3.矿山废水的pH值测定pH值对废水的净化效果有直接影响，这是因为中和反应、化学混凝等过程均受pH值的制约。第57页，共101页。矿山水体的测定4.矿山废水的无机物成分的测定矿山废水中无机污染物主要有砷、硫化物、氯化物、氟化物以及放射性物质等。重金属离子的测定硫化物的测定氯化物的测定氰化物的测定第58页，共101页。矿山水体的测定矿山废水中有机污染物的测定，主要采用综合指标法。水中溶解氧（DO）的测定生化需氧量（BOD）的测定化学需氧量（COD）的测定总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）的测定第59页，共101页。矿山水污染及其防治§3-7矿山废水处理的基本方法第60页，共101页。矿山废水处理的基本方法一、矿山废水污染的控制1.控制废水的基本原则矿山废水的处理原则是：采取最有效、最简便和最经济的处理方法，使处理后的水和重金属等物质都能回收利用。依据该原则应做到：改革工艺、抓源治本循环用水、一水多用化害为利、变废为宝第61页，共101页。矿山废水处理的基本方法2.控制矿山废水的措施采取“防”、“治”、“管”相结合的方法。严格控制废水的形成和排放，是控制和减少水污染的积极措施。选择适当的矿床开采方法控制水蚀及渗透控制废水量平整矿区及其植被第62页，共101页。矿山废水处理的基本方法二、矿山废水处理系统1.废水处理系统的基本概念含义：由几种单元过程合理组合成的整体，称为废水处理系统。组成：由几个处理系列组成。处理系列就是用来完成某特定处理目标的一种或几种方法组合的序列。

第63页，共101页。矿山废水处理的基本方法

矿山废水处理系列分为四类：颗粒状物质去除系列：筛分法、重力分离法等悬浮颗粒和胶体去除系列：浓缩、澄清、混凝沉淀等溶解物质去除系列：各种化学沉淀法、吸附法、离子交换法、膜分离法、萃取法等泥渣处理系列：浓缩、脱水（过滤）、干燥等第64页，共101页。矿山废水处理的基本方法2.废水处理方法和处理系统的选择确定

废水处理方法和系统的选择主要取决于废水性质、对出水水质的要求、需要的场地、未来发展以及该系统在技术上的可行性和经济上的适宜性等因素。

第65页，共101页。矿山废水处理的基本方法一般废水的处理方法大致可分为物理法、化学法、物理化学法以及生物法四大类。另外，按照处理程度，废水处理方法可分为三级，一级处理是去除废水中的漂浮物、悬浮物和其他固体物，调节废水的PH值，减轻废水的腐化和后续处理工艺的负荷，一般经过一级处理后，悬浮物固体的去除率为70%～80%，而BOD5的去除率为25%～40%左右。废水的净化程度不高，一般达不到排放标准。对于二级处理来说，一级处理就是预处理。(如图所示)

第66页，共101页。矿山废水处理的基本方法预处理一级处理第67页，共101页。矿山废水处理的基本方法

二级处理可以大幅度地去除废水中的悬浮物、有机污染物和部分金属污染物。长期以来，将生物处理作为污水二级处理的主体工艺。一般通过二级处理后，废水中的BOD5可去除80%～90%，废水基本具备排放标准的要求。但还有部分微生物不能降解的有机物、氮、磷、病原体及一些无机盐等尚不能除去。（如图所示）第68页，共101页。矿山废水处理的基本方法二级处理系统第69页，共101页。矿山废水处理的基本方法三级处理又称深度处理，它是将二级处理未能去除的部分污染物进一步净化处理，常用超滤、活性炭吸附、离子交换、电渗析等。（如图所示）三级处理系统第70页，共101页。矿山废水处理的基本方法正确选择废水处理系统，应从以下几点入手：废水的水质及水量特征是正确选择处理系统的出发点。废水处理后的利用或排放以及对水质的具体要求，是决定和选择处理系统的关键。进行全面的技术经济综合比较是选择与确定处理系统的基本方法。

第71页，共101页。矿山废水处理的基本方法3.废水处理系统的设计

一般的设计原则应包括：必须贯彻国家环境保护及其它有关的方针政策；必须遵守国家《环境保护法》和建设项目环境管理方面的规章制度；必须根据具体情况，并在总结生产实践经验和科学研究成果的基础上，充分论证比较，确定方案；第72页，共101页。矿山废水处理的基本方法必须依据准确可靠的原始资料和设计参数，进行设计、计算；必须按规定编制概算和预算。

第73页，共101页。矿山废水处理的基本方法三、工业废水处理的基本方法1.物理处理法筛选法：在废水流入水池前，在排水沟道中安置活动栅或固定格栅，以筛滤废水中大颗粒物质。过滤法：使废水通过多孔滤料，进一步降低固体悬浮物的处理方法。按其工作原理可分为重力过滤法、真空过滤法、离心过滤法和压力过滤法。图3-9是重力式快滤池的构造及工作过程示意图。第74页，共101页。矿山废水处理的基本方法第75页，共101页。矿山废水处理的基本方法沉淀法：根据固体颗粒物质的特性，分为分离沉降、絮凝沉降和区域沉降三种类型。吹脱法：将压气压入废水中，使易挥发物质吸附于压气并逸出，以达到除去挥发性物质的目的。气浮法：将空气压入废水中，水中乳状油粒和悬浮颗粒粘附在气泡表面，并随气泡升浮到水面形成泡沫层，然后用机械方法清除，使污染物从废水中分离出来。

第76页，共101页。矿山废水处理的基本方法2.化学处理法中和法氧化法凝聚法离子交换法3.物理化学处理法吸附法：设备类型有固定床、流化床和移动床三种，图3-10为活性炭移动床吸附柱的构造示意图。第77页，共101页。矿山废水处理的基本方法第78页，共101页。矿山废水处理的基本方法泡沫分离法反渗透法4.生化处理法（生物处理法）好气生化处理法嫌气生化处理法第79页，共101页。矿山废水处理的基本方法四、矿山废水处理基本方法

一般井下废水，通常采用筛滤法和过滤法，即在水池入口处设格栅、砾石或其它滤料，使采掘工作面排出的废水，先通过格栅，除去大块物料，再经过滤料进行过滤，然后进入井底水仓，如图3-11所示。第80页，共101页。矿山废水处理的基本方法第81页，共101页。矿山废水处理的基本方法矿山废水多为酸性水，通常采用中和法，尤其适用于处理含重金属和杂质比较多的矿井酸性水，矿井采用中和法处理酸性水的一般流程如图3-12所示。第82页，共101页。矿山废水处理的基本方法第83页，共101页。矿山废水处理的基本方法

常用的中和方法有三种：利用碱性废水、废渣中和加石灰和石灰乳中和用具有中和性能的滤料进行过滤中和

第84页，共101页。矿山水污染及其防治§3-8矿山废水处理实例第85页，共101页。矿山废水处理实例一、铜矿废水处理实例某铜矿废水水质如表3-7所示。废水含铜较高，应采用如图3-13所示的铁粉置换-石灰中和法回收。第86页，共101页。矿山废水处理实例第87页，共101页。矿山废水处理实例二、铅锌矿废水处理实例某铅锌矿废水水质如表3-8所示。该废水含铁、锌较高，采用如图3-14所示的工艺流程处理。第88页，共101页。矿山废水处理实例第89页，共101页。矿山废水处理实例补充：铅锌矿井下废水与选矿废水混合处理实例处理工艺流程如图所示。第90页，共101页。矿山废水处理实例

此工艺流程具有处理效率高、成本低、操作简单等优点，净化效果如表所示。第91页，共101页。矿山废水处理实例三、硫铁矿含砷酸性水处理实例矿井废水处理工艺流程如图3-15所示。第92页，共101页。矿山废水处理实例四、露天矿场废水处理实例工艺流程如图3-16所示。

第93页，共101页。矿山废水处理实例五、选矿厂废水处理实例针对选矿废水量大、成分复杂和排放点多等主要特点，确定了能复用的废水尽量复用