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矿冶废渣在水污染治理中应用的试验研究

袁峥  
【摘要】: 对工业、农业和城市废水中有机物、营养物质、重金属离子和酸性的有效去除是水处理的关键,大量廉价的选矿和冶炼废渣提供了更加经济的水处理材料,本研究选取钢铁选矿和冶炼废渣(磁铁矿选铁尾矿渣、含钛高炉渣、普通高炉渣、钢渣)、钛选矿废渣(磁铁矿选钛尾矿渣)和铝冶炼废渣(赤泥)作为研究对象,论证将其应用于环境治理尤其是水污染治理的可行性。 首先对钢铁、钛、铝矿冶废渣进行物理、化学和矿物学特征分析,它们主要由Al、Fe、Mn氧化物矿物和Ca、Mg矿物组成。这些矿物由于具有特殊的表面吸附效应、沉淀效应、氧化还原效应、离子交换效应、孔道效应、结构效应、结晶效应等,对水中有机物、营养物质、重金属离子有很好的截留和去除能力,对酸有很好的中和能力。最主要的污染物去除机理源于表面吸附效应、沉淀效应、氧化还原效应和离子交换效应。 一系列的圆柱试验用来检验钢铁、钛、铝矿冶废渣和填充物质石英砂对水中溶解性有机碳(DOC)、磷酸盐(PO4-P)、氨氮(NH3-N)、硝酸盐/亚硝酸盐氮(NOX-N)、溶解性有机氮(DON)和总氮(TN)的去除能力。结果表明,试验所用的钢渣和磁铁矿选铁尾矿渣对水中有机物和营养物质有良好的去除效果,对磷的去除效果尤佳。其它矿冶废渣对水中含磷营养物也有良好的去除效果,对有机物和含氮营养物有一定的去除效果。 一系列的圆柱试验用来检验钢铁、钛、铝矿冶废渣和填充物质石英砂对水中重金属离子Cd2+、Co2+、Cu2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+的截留能力以及对水中酸的中和能力。结果表明,各种矿冶废渣对水中重金属离子有很好的截留能力,对酸也有很好的中和能力。钢渣、赤泥和含钛高炉渣对水中重金属离子的截留能力最好。普通高炉渣、钢渣和磁铁矿选铁尾矿渣对水中酸的中和能力最好。 使用PHREEQC地球化学模拟计算软件对圆柱中水和矿物之间的相互作用过程进行地球化学模拟分析,评估试验圆柱出水中的含Al、Fe、Mn、Ca、Mg矿物饱和指数(SI)的变化情况,这些矿物会强烈影响试验圆柱或以后在可渗透反应墙等应用中其它大多数主要和痕迹元素的形态分布。PHREEQC软件的模拟结果不但反映了矿冶废渣圆柱体系在去除水中污染物过程中矿物的溶解和沉淀情况,为了解以后在实际应用中体系内地球化学变化的情况提供依据,而且得到了污染物去除过程中可能影响各矿冶废渣去除能力的矿物成分。 研究结果表明,钢铁、钛、铝矿冶废渣中Al、Fe、Mn氧化物矿物和Ca、Mg矿物含量对其污染物去除能力有很大的影响,Al、Fe、Mn氧化物矿物和Ca、Mg矿物含量都很高的钢渣对水中污染物的综合去除能力最好。钢铁、钛、铝矿冶废渣在水污染治理方面有很好应用前景,它们可作为具有过滤作用的垫层、湿地的基材以及可渗透反应墙的填充介质等,应用于:(1)治理地表水、地下水、城市和农业废水中的有机物和营养物污染;(2)防止垃圾场和排污渠污染物的扩散与蔓延;(3)处理重金属离子含量高的工业和矿山酸性废水。


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