酸性废水处理底泥资源化利用途径研究

黄雪平

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334200）

1 引言

酸性废水是有色金属工业的主要废水，由于矿山处理酸性废水量大，同时产生大量的固体废弃物底泥［1］。高浓度泥浆处理虽然大幅减少了底泥的体积［2］，但由于底泥无法直接回收利用，这些底泥的堆置处理逐渐成为困扰矿山的另一难题。底泥大量堆放不仅会占用大量土地，同时也存在二次环境污染的风险。从经济、资源和环境三方面综合考虑，研究将底泥固体废弃物与有机肥料掺混，用作矿业废弃地修复基质改良，实现“以废治废”，既解决了底泥的堆置难题和矿山污染问题，实现资源的循环利用，同时，可减少原来改良材料的使用量，降低生态恢复成本，具备较好的创新性和先进性，对于资源节约型社会、绿色矿山建设均具有十分重要的意义。

2 底泥的基本理化性状

（1）样品采集。通过现场考察评估，在底泥过滤车间采集了4个具有代表性的底泥样品。编号为DN-1～DN-4，每个样品由3～5个子样品混合而成。

（2）样品理化分析。检测指标包括pH、EC、NAG-pH、NAG、总碳、总氮、总磷等。同时，考虑到底泥样品中钙含量很高，所以增加了对底泥总钙和有效钙的测定。

（3）数据结果及分析。从表1数据可知，底泥样品pH均值为7.7，为中性偏碱；而在EC方面，其均值为689μS/cm，是正常土壤EC的范围（100～300μS/cm）最大值的2倍多，显示出底泥中存在高浓度的游离离子；NAG-pH均值为8.6，大于产酸阈值5.0，无产酸能力，净产酸NAG为0kg H2SO4/t。在营养情况方面，底泥样品总氮和总磷含量均较低，均为0.4g/kg，分别为缺乏和甚缺乏水平。另外，我们测定了底泥样品总钙和有效钙的含量，其均值分别为115 842mg/kg和96535mg/kg，可以看出底泥样品中总钙和有效钙均非常高。

表1 底泥样品检测分析结果汇总统计

（4）检测分析结论。从底泥样品的检测分析结果来看，底泥样品呈现弱碱性，无产酸能力，但存在高浓度的游离离子；总氮、总磷含量十分低；底泥样品中钙含量很高。从理化性质等方面分析，底泥通过改良应用于矿区生态恢复是可行的。

①底泥的弱碱性能够中和一部分岩土的酸性，并且不会产酸，避免了可能的产酸风险；底泥中含有大量的钙，这可以在一定程度上降低重金属对植物的毒害作用。

②矿业废弃地一般存在大量石块或风化的大颗粒碎石，整体上粒径较大，容易透水，而底泥则粒径细小，紧实度高，用于矿业废弃地改良可以实现物理结构互补，提升废弃地的保水蓄水能力，满足植物生长需求。

③不经改良直接使用底泥是不可取的。首先，由于底泥营养成分如氮、磷等元素匮乏，并且底泥颗粒细小、物理结构不良、极易板结，从而造成植物生长困难；其次，选矿底泥中微生物很少，缺乏碳、氮、磷等元素循环相关的活性微生物，不能持久地改善土壤。因此，需要通过添加其他一些材料对其进行改良，改善其物理结构；添加有机质增加植物生长所需的营养成分，引入有益功能微生物之后，才能将其用于生态恢复。

3 底泥应用模拟小试

2015年5月25 日于德兴铜矿压滤机厂房取底泥运至研究基地进行模拟小试，试验分地栽与生态袋栽两种模式。

试验步骤如下：

（1）利用底泥掺混有机肥料；

（2）利用微生物群落加速土壤熟化进程；

（3）地栽与生态袋栽、三种配比底泥混合基质模式；

（4）利用土壤种子库及筛选植物进行试种、试播。

图1 底泥应用模拟小试

经过14天模拟小试，试验基本达到了我们的预期效果。其主要结果如下：

（1）底泥粘、粉、湿，在理化性质方面，底泥与粗颗粒的有机肥料有较强的互补性，可改善土壤结构、增加营养元素含量。

（2）种植的斑茅、刺槐三天内度过缓苗期，土壤种子库及撒播的种子三天内开始发芽、生长。

（3）对于底泥掺混有机肥料的生态袋栽种与地栽模式，植物的生长发芽时间及生长状况并没有显著差异。

（4）底泥掺混土壤和有机肥料的试验组与仅用底泥的对照组试验效果对比明显，在未经改良的底泥上植物生长明显不良。

（5）利用底泥，人工调制高团粒结构、强保水与透水性、富营养化的生态袋客土完全可以满足植物生长。

（6）底泥分别控制在70%、50%、30%与有机肥料按体积进行配比，试验结果存在差异；通过观察植物生长情况，底泥控制在30%左右，植物生长情况相对最好，生物量最大。

4 底泥应用于矿业废弃地生态恢复

4.1 矿业废弃地的生态环境问题

矿山废弃地是一类特殊的退化的生态系统，由于受到人为的巨大干扰，超出了原有生态系统的修复容限［3］。矿山废弃地分为精矿筛选后剩余岩石碎块和低品味矿石堆积而成的废石堆、尾矿砂形成的尾矿库、矸石堆积的矸石山和剥离物压占陡坡排岩场（排土场）［4］。矿山废弃地生态环境问题主要表现为：（1）土壤基质物理结构不良，持水保肥能力差，导致缺乏植物能够自然生根和伸展的介质；（2）N、P、K及有机质等营养物质不足［5］；（3）存在重金属、高盐分等有毒有害物质限制植物生长［6］；（4）地表土极端pH值或盐碱化等环境条件使得植被难以生长。

4.2 改良底泥应用于矿山排土场

模拟小试结果初步验证了植物能够在掺混有机肥料的底泥中生长良好。因此，在江西德兴铜矿水龙山排土场选择10000m2的区域进行了中试试验。按模拟小试最佳结果，底泥控制在体积30%与有机肥料配比，并与排土场表层30cm的土壤掺混，进行土壤改良。按2株/m2的用量直栽乔灌木袋苗与撒播植物种子、土壤种子库，种植完成后，用稻草覆盖遮荫。中试试验取得了良好生态恢复效果，进一步证实底泥添加有机肥料调配制成的人工基质能够满足植被重建的需求（见图2）。

图2 底泥用于矿业废弃地修复的中试现场照片

5 底泥资源化利用的展望

（1）“以废治废”，利用底泥提高矿业废弃地生态恢复治理效果，研究与探索底泥掺混矿业废弃地土壤，进行酸碱中和、粘粗互补，实现综合改良土壤酸性、改善土壤团粒结构，建立免维护、不退化、多物种良性循环的生态系统的一种方法。

（2）建立底泥废弃物用于重金属矿业废弃地修复的全新技术体系，探讨底泥与有机肥料的最优配比、适宜种植植物品种等相关的技术工艺参数。

（3）通过在典型矿山建立技术示范区，并从酸化和重金属溶出控制、微生物群落调节以及植被恢复效果等几方面进一步研究修复内在机制，评估技术的修复效果，建立相应的评估标准。

（4）按“以废治废”，覆盖50cm厚度的底泥计，每平方米可消耗0.5m3的底泥废弃物，明显减轻了矿企的底泥处理压力，节约了大量处理费用。并且，由于底泥的使用减少了原有改良材料的添加，相比降低了约6%的修复成本。

（5）解决酸性废水处理底泥废弃物的出路问题，避免大量堆置带来的土地占用、污染和安全问题；同时，开发的修复新技术能够从源头防控重金属污染，避免矿区周边土壤和水体污染，改善生态环境，维护人们的身体健康，对于资源节约型社会、绿色矿山建设均具有十分重要的意义。