本发明涉及一种治理废弃煤矿矿井中产生的酸性含铁废水的方法，尤其是以硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥作为主要原料去除废弃煤矿酸性含铁废水中铁、锰的方法。
背景技术：
煤炭产业是人类社会发展的重要能源支柱，也是我国的一大经济支柱。在中国贵州省，煤的含硫量高，因硫化矿物(如fes2)氧化作用则易形成煤矿酸性含铁废水(amd,acidminedrainage)，该类废水酸性强、腐蚀性强、成分复杂，废水中浓度极高的铁、锰更是难以去除，成为行业一大难题。由于各种原因，有很多煤矿已被关停，或者是废弃，但是许多关停的矿山/矿井仍有大量的废水从废弃或关闭的煤矿口或坑道冒出持续污染当地环境，由于煤矿酸性含铁废水外排，使废弃矿井下游出现长达数公里的铁水，整个河道的水流、周边岩石植物等均呈铁锈色，流域的水质、生态环境、景观均受到严重破坏。在中国贵州省，据不完全统计,有大量的废水从废弃或关闭的煤矿口或坑道冒出煤矿酸性含铁废水持续污染当地河流不少于上百条，造成当地突出的环境问题，已引起社会的密切关注。综合相关资料及存在的现实环境问题，当地废弃矿井产生的煤矿酸性含铁废水带来的环境问题主要包括以下几方面：
1)污染山区水环境，影响排水下游的灌溉用水，影响当地溶岩地下水；
2)影响河流(溪流)水生景观；
3)大量水资源的浪费。
针对废弃矿井产生的大量煤矿酸性含铁废水的治理，目前治理中应用最多的是中和法，使用氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙、苛性钠等作为中和剂，同时使用聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等作为絮凝剂(助凝剂)，但效果不佳，普遍存在以下问题：
1)处理能力有限，水质难以达标。一般处理的水体铁含量在500mg/l以下，铁的去除率仅40-80％；当废水浓度升高，尤其是铁的浓度大于1000mg/l时，去除效果明显下降。
2)工序复杂，成本高。传统中和法使用的中和剂及絮凝剂、助凝剂量大，药剂成本高，同时由于技术限制，产生的沉淀含水率高，后续需对沉淀进行压滤，处理处置成本高。
3)沉淀量大，堆积如山难以处理。传统中和法产生的沉淀量大、含水率高、体积大，且其中化学成分复杂，难以降解、难以脱水，由此带来了严重的固体废弃物的二次污染。
针对现存的环境问题及技术需求，有许多相关的新技术的研究。如专利“一种煤矿酸性矿井水的处理系统及其处理工艺”(专利申请号201310401437.1)公开了一种针对煤矿酸性矿井水的处理系统，这个系统包括掺粉煤灰多孔混凝土反应池和人工湿地；其中掺粉煤灰多孔混凝土反应池包括相连通的酸碱中和区和沉淀区。掺粉煤灰多孔混凝土成分包括粉煤灰、水泥和砾石，粉煤灰、水泥和砾石按水灰比0.45，粉煤灰占40-60％，砾石占81.5-79.5％的配合比制成。该项专利方法中虽结合了物理、化学、生物的原理，但是处理能力十分有限，仅对一些常规指标有作用且不显著，对铁、锰的处理效果未见提及；对于污染物浓度较高的煤矿酸性矿井水，依旧存在成本高、固体废物量大难以处置的问题。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种治理废弃煤矿矿井中涌出的煤矿酸性含铁废水的方法，以硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥作为处理剂主要原料，高效治理煤矿酸性含铁废水，可有效解决煤矿酸性含铁废水造成的流域污染问题，恢复矿区流域生态健康及河道景观。
本发明提供的一种治理废弃煤矿矿井产生的酸性含铁废水的高效方法，具体为，以水泥作为处理剂原料，加入到煤矿酸性含铁废水中。所述的水泥是硅酸盐水泥。水泥也可以是普通硅酸盐水泥。
如上所述的一种治理废弃煤矿矿井产生的酸性含铁废水的高效方法，更进一步说明为，所述的处理剂中还包括有膨润土。
如上所述的一种治理废弃煤矿矿井产生的酸性含铁废水的高效方法，更进一步说明为，水泥与膨润土的质量比为：
水泥80％-90％；膨润土10％-20％。
如上所述的一种治理废弃煤矿矿井产生的酸性含铁废水的高效方法，更进一步说明为，水泥与膨润土的质量比为：
水泥80％；膨润土20％。
如上所述的一种治理废弃煤矿矿井产生的酸性含铁废水的高效方法，更进一步说明为，所述的处理剂中可掺入粉煤灰。
如上所述的一种治理废弃煤矿矿井产生的酸性含铁废水的高效方法，更进一步说明为，粉煤灰掺入处理剂中的质量比为0-50％。
如上所述的一种治理废弃煤矿矿井产生的酸性含铁废水的高效方法，更进一步说明为，向煤矿酸性含铁废水中加入的处理剂，所述的处理剂在煤矿酸性含铁废水中的添加量按质量份计量为0-2.0％。
如上所述的一种治理废弃煤矿矿井产生的酸性含铁废水的高效方法，更进一步说明为，将处理剂加入到煤矿酸性含铁废水中后，进行混匀、曝气反应、静置处理。
如上所述的一种治理废弃煤矿矿井产生的酸性含铁废水的高效方法，更进一步说明为，所述的曝气反应时间为60min以上；静置时间为5小时以上。
本发明的有益效果：
(1)处理效果好，污染物去除率高：有较于现有技术铁的去除率仅40-80％，运用本发明方法对煤矿酸性含铁废水的治理效果显著，尤其是能高效地去除废水中铁、锰。经过本方法的处理后，废水中铁的去除率可达到99％以上，锰的去除率可达到95％以上，其余各项指标均符合国家及地方水质排放标准。
(2)处理剂成本低：由于本发明使用常见的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥作为处理剂主要原料，比市场常规的处理药剂成本低30-50％；同时，静置沉淀阶段无需絮凝剂、助凝剂。综合计算，相较于传统技术方法，本发明中处理每吨水的药剂成本至少可降低50％。
(3)工艺简单效率高：本发明使用的处理剂为粉末状，可直接加入水体中，无需特殊设施设备；混合曝气反应后，便可直接静置沉淀，沉淀时无需使用絮凝剂或助凝剂；并且沉降后的沉淀物无需压滤处理。
(4)方法经济适用：本发明方法中处理剂成本低，同时沉淀过程中无药剂添加，无压滤处理环节，省去后期大量污泥处理处置成本。
(5)不产生二次污染：本发明方法处理后的沉淀剩余泥量少、体积小、含水率低(40％以下，最优可达25％)且无毒无害，不含二次污染物质，处理处置方便环保。
具体实施方式
本发明以水泥为处理剂主要原料，所述的水泥为硅酸盐水泥，也可以是普通硅酸盐水泥。为了表述方便，以下所称的水泥指硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥中的任一种。
处理剂中包括有膨润土10-20％。水泥、膨润土按所使用的混合比例(质量份)为下表之任一组：
水泥与膨润土混合比例表(％)
更优的方案为水泥与膨润土的质量比为：水泥80％；膨润土20％。
可以用粉煤灰掺入处理剂，粉煤灰在处理剂中的占比为0-50％，具体见下表：
粉煤灰在处理剂中的掺入量占比表(％)
利用上述处理剂添加在待处理水体中，处理剂添加量按质量份计量为0至2.0％。如：0.5％、1.0％、1.5％、2.0％。
利用上述处理剂时，将处理剂加入待处理水中，混匀，曝气反应，静置，即处理完成。
反应时间为60min以上；静置时间为5小时以上。
处理后的水do达到6.0mg/l以上，ph达到7.0以上，可作为指示指标，此时的废水中铁的去除率可达到90％以上。
对于待处理废水的温度并不刻意要求，0摄氏度以上的室外常温即可，通常在0-35摄氏度。
本发明的施工方法为，将本发明的处理剂直接由人工或机械投加于待处理煤矿酸性含铁废水中；或将处理剂兑水后，喷洒在待处理煤矿酸性含铁废水中即可。只要使处理剂与待处理煤矿酸性含铁废水混合均匀，无需专门建立特殊的加料设施。
针对于本发明的处理方法，以下示例将对处理剂使用比例、处理方式及其它的处理条件进行效果的论证。水质指标检测采用《水和废水监测分析方法(第四版)》中标准监测方法。
实施例一：
取贵州省一处废弃矿井涌出的煤矿酸性含铁废水进行实验，原水水质见表1。用传统中和法中常用的效果较佳的氧化钙，以及本发明中处理剂来对水样进行处理。实验中使用的本发明的处理剂组分为硅酸盐水泥80％、膨润土20％。
实验用共4桶水，每桶15l，分别添加1.0％氧化钙(质量百分比，以下均同)、添加1.0％本发明的处理剂、1.5％本发明的处理剂、2.0％本发明的处理剂，添加后曝气反应60min，然后静置5h，取上层清液检测，检测结果及各项目去除率如下表2，同时将水样处理后的沉淀进行含水率的测定，结果见表3。
表1原水水质检测表
表2水质检测数据及污染物去除率分析
表3沉淀含水率的测定结果分析
从数据中可看出，在原水中添加1.0％、1.5％、2.0％本发明方法中的处理剂(硅酸盐水泥80％、膨润土20％)对酸性矿井水的总铁、亚铁的去除效果显著，尤其是在添加2％本发明处理剂的时候，铁去除率为99.71％，亚铁去除率在99.96％；同时处理后的水样ph更优，ph值由原水3.74调节到处理后的7.71；ss去除率显著；沉淀的体积和含水率显著降低，相较于传统的氧化钙处理后产生的沉淀含水率为84％，本发明方法处理后的沉淀含水率仅30％左右。
实施例二：
取贵州省一处废弃矿井涌出的煤矿酸性含铁废水进行实验，原水水质见表4，实验使用的本发明中处理剂为原料不同的配比来对水样进行处理。具体如下：
配比一：普通硅酸盐水泥80％，膨润土20％；
配比二：普通硅酸盐水泥60％，膨润土15％，粉煤灰25％；
配比三：普通硅酸盐水泥40％，膨润土10％，粉煤灰50％；
配比四：粉煤灰100％。
实验共4桶水，每桶15l，分别添加处理剂配比一1.0％(质量百分比，以下均同)、配比二1.0％、配比三1.0％、配比四1.0％，添加后曝气反应90min，然后静置5h，取上层清液检测，检测结果及各项目去除率如下表5。
表4原水水质检测表
表5水质检测数据及污染物去除率分析
从数据中可看出，本发明方法中处理剂原料为普通硅酸盐水泥80％，膨润土20％时，或处理剂中掺入50％及以下的粉煤灰时，对酸性矿井水的总铁、亚铁的去除效果显著，均在99％以上。但是单独添加粉煤灰则效果不理想，总铁去除率仅23.77％。由此认为，处理剂中可适当掺入粉煤灰，或在处理过程中以粉煤灰作为预处理材料，可实现粉煤灰的资源化利用，同时有效控制水处理的运行成本。
实施例三：
针对贵州省一处尾矿矿井水，进行了现场的中试实验，该处酸性矿井水水质如下表6。实验中使用的本发明的处理剂组分为普通硅酸盐水泥90％、膨润土10％。
于现场取尾矿矿井水共4桶，每桶20l，分别添加本发明中处理剂0.5％(质量百分比，以下均同)、本发明中处理剂1.0％、本发明中处理剂1.5％、本发明中处理剂2.0％，添加后曝气反应90min，然后静置5h，取上层清液检测，检测结果及各项目去除率如下表7。
表6原水水质检测表
表7水质检测数据及污染物去除率分析
从数据中可看出，本发明方法对酸性矿井水的治理效果显著，尤其是对废水中铁、锰的去除。经过本方法的处理后，废水铁的去除率可达到99％以上，锰的去除率可达到96％以上，其余各项指标均符合国家及地方水质排放标准。
实施例四：
针对贵州省一处尾矿矿井水，进行了现场的中试实验，该处酸性矿井水污染物铁、锰浓度高，水质如下表8。实验使用的本发明中处理剂为原料不同的配比来对水样进行处理。
配比一：硅酸盐水泥90％，膨润土10％；
配比二：硅酸盐水泥85％，膨润土15％；
配比三：硅酸盐水泥40％，膨润土10％，粉煤灰50％。
中试于现场取尾矿矿井水共3桶，每桶15l，分别添加处理剂配比一1.5％(质量百分比，以下均同)、配比二1.5％、、配比三1.5％、，添加后曝气反应120min，然后静置8h，取上层清液检测，检测结果及各项目去除率如下表9。
表8原水水质检测表
表9水质检测数据及污染物去除率分析
从数据中可看出，该实施例中原水中铁、锰浓度明显升高，铁1019.80mg/l，锰261.90mg/l。实验中相应增加处理剂用量、延长曝气反应时间，对酸性矿井水的治理效果依旧显著，尤其是对废水中铁、锰的去除。经过本方法的处理后，废水铁的去除率可达到99％以上，锰的去除率可达到99％以上，其余各项指标均符合国家及地方水质排放标准。