矿冶废渣在水污染治理中的应用

李彦平

（山西省运城生态环境监测中心，山西 运城 044000）

0 引言

在实际生产和生活中所排放的废水包括工业废水、农业废水和城市废水，其中含有一定量的有机物、重金属离子以及营养物质等[1-2]。针对生产和生活中的废水采取合理有效且低成本的处理方式将其中的污染物去除，是实现水资源重复利用的基础。矿冶废渣种类众多，其价格低廉，是当前水处理的最为经济的材料。本文将通过对比不同矿冶废渣对水污染的治理效果，指导后续水污染的治理，具体阐述如下。

1 矿冶废渣特性研究

本文中试验所需的矿冶废渣为金属在选矿和冶炼过程中所产生的废弃物，主要包括有钢铁矿冶废渣、钛选矿冶废渣、铝冶炼废渣等[3]。其中，钢铁矿冶废渣的种类较多包括有磁铁矿选铁尾矿渣、含钛高炉渣、普通高炉渣和钢渣等；钛选矿废渣为磁铁矿选钛尾矿渣；铝冶炼废渣主要为赤泥。为充分掌握上述六种矿冶废渣对污水的治理效果，选用石英砂作为对比参照物。

从原理上讲，矿冶废渣在环境的治理过程中主要依靠其自身的表面吸附效应、沉淀效应、氧化还原效应、离子交换效应、孔道效应、结构效应、结晶效应以及水合效应等基础原理[4]。针对上述六种矿冶废渣和一种对照物石英砂对污水的治理效果，首先对其特征进行测定，重点关注孔隙率、容积密度、pH 值和颗粒直径小于150 μm 的质量占比，对比结果见表1。

表1 石英砂及矿冶废渣特征分析

如表1 所示，矿冶废渣相对石英砂具有较大的孔隙率，说明矿冶废渣相比较石英砂而言具有较好的透水性；上述七种物质中，除了赤泥外，其余物质的容积密度均大于水，即其容易在水中沉积；对比pH 指标可知，石英砂显酸性，而矿冶废渣显碱性；对比颗粒直径小于150 μm 的质量占比指标可知，矿冶废渣在颗粒直径小于150 μm 的质量占比较大，说明矿冶废渣的比表面较大，可与污水中的污染物充分接触，从而实现对污水中污染物的充分治理。

2 矿冶废渣对污水中污染物的治理效果分析

从原理上讲，矿冶废渣可对污水中的污染物进行充分处理，其核心在于矿冶废渣中的铝、铁、锰等金属的氧化物，上述金属氧化物其本质上具有的表面吸附效应、孔道效应、氧化还原效应可对污水中的污染物进行有效的截留作用，从而实现对污水的净化功能[5]。

本文重点对矿冶废渣对污水中的有机物、磷、氮、重金属等污染物的治理效果进行综合对比研究。

2.1 矿冶废渣对污水中有机物的治理效果

以钢渣、磁铁矿选铁尾矿渣、磁铁矿选钛尾矿渣、普通高炉渣和石英砂为对比对象，比较上述五种物质对污水中有机物的吸收量；与此同时，对比上述5 种物质金属氧化物的含量（质量分数）。试验结果见表2。

表2 矿冶废渣对污水中有机物的吸附量对比

如表2 所示，在矿冶废渣中普通高炉渣对污水中有机物的吸附量最少；经对比不同矿冶废渣金属氧化物的含量可知，由于铝、铁以及锰等金属的氧化物含量低导致其对污水中有机物的吸附量急剧减小；对比钢渣、磁铁矿选铁尾矿渣和磁铁矿选钛尾矿渣金属氧化物以及有机物吸附量等指标可知，虽然其在铝、铁、锰金属氧化物含量占比相近，但是对应钢渣的钙、镁氧化物的含量较高，对应其对污水中有机物的吸附量非常高。

综上所述可知，当矿冶废渣中铝、铁以及锰金属氧化物含量较高的同时，对应钙、镁氧化物含量较高时，可对污水中的有机物进行高效去除。

2.2 矿冶废渣对污水中磷元素的去除效果

以钢渣、磁铁矿选铁尾矿渣、磁铁矿选钛尾矿渣、普通高炉渣和石英砂为对比对象，比较上述五种物质对污水中磷元素的吸收量；与此同时，分别对比上述五种物质金属氧化物的含量（质量分数总和）。试验结果见表3。

表3 矿冶废渣对污水中有机物的吸附量对比

分析表3 可知，在上述五种物质中，钢渣对磷元素的吸附量最大，矿冶废渣中普通高炉渣的对磷元素的吸附量最小。对比钢渣和普通高炉渣的金属氧化物含量可知，其主要区别在于铝、铁和锰金属氧化物含量之间存在明显差异。说明铝、铁和锰金属离子不仅会影响废渣的表面吸附效应的效果，而且还会影响磷酸盐的沉淀效果。

综上所述，对于污水中的磷元素而言，不仅要求矿冶废渣具有优秀的表面吸附效应，而且要求其具备较优的磷酸盐沉淀效果。

同理，对钢渣、磁铁矿选铁尾矿渣、磁铁矿选钛尾矿渣、普通高炉渣和石英砂去除污水中的氮元素、重金属离子的效果进行对比，均得到与去除污水中磷元素和有机物相同的结论。

3 结论

水是人类赖以生存的资源，在生活和生产中必不可少。实现对工业、生活以及城市污水的高效、低成本治理是未来污水治理的主流发展方向。矿冶废渣由于其低廉的成本且优良的治理效果可广泛应用于污水的治理中。本文重点对矿冶废渣对污水治理效果进行研究，具体总结如下：

1）矿冶废渣相对石英砂具有较大的孔隙率，说明矿冶废渣相比较石英砂而言具有较好的透水性；矿冶废渣在颗粒直径小于150 μm 的质量占比较大，说明矿冶废渣的比表面较大，可与污水中的污染物充分接触，从而实现对污水中污染物的充分治理。

2）影响矿冶废渣对污水治理效果的根本因素为其中铝、铁、锰、钙和镁等金属氧化物的含量，含量越高对污水中有机物、氮元素、磷元素以及重金属离子的去除效果越好。