Polutan dalam Limbah Pertambangan dan Pengolahannya

Dengan terus berkembangnya teknologi penambangan bijih dan pengolahan mineral, pengolahan dan daur ulang air limbah telah menjadi semakin penting dalam bidang pemrosesan pertambangan. Pengolahan air limbah tidak hanya dapat mengurangi polusi terhadap lingkungan tetapi juga mewujudkan daur ulang sumber daya dan meningkatkan manfaat ekonomi dari pengolahan bijih. Artikel ini akan memperkenalkan polutan yang terkandung dalam air limbah dalam pengolahan bijih dan teknologi serta metode pengolahan air limbah yang relevan.

 

Polutan Utama dalam Air Limbah Pertambangan

Komposisi air limbah pertambangan sangat kompleks. Polutan utama bervariasi tergantung pada jenisnya. jenis tambang, komposisi bijih, dan proses penambangan. Secara umum, dapat diringkas ke dalam kategori berikut:

1. Ion logam berat

• Polutan umum: memimpin (Pb), kadmium (Cd), tembaga (Cu), seng (Zn), kromium (Cr), merkuri (Hg), nikel (Ni), arsenik (As), dll.
• Sumber: Ion logam berat ini terutama berasal dari komponen logam dalam bijih, serta reagen yang digunakan dalam proses pemurnian dan peleburan.
• Bahaya: Diperkaya melalui rantai makanan, merusak sistem saraf manusia, fungsi hati dan ginjal, dan bahkan menyebabkan kanker; merusak ekosistem perairan.

2. Materi tersuspensi dan materi partikulat

• Polutan umum: bubuk bijih, lanau, bubuk batu bara, dll.
• Sumber: partikel padat yang dihasilkan dari penambangan, penghancuran, pencucian bijih, dan proses lainnya, serta materi tersuspensi yang terbawa oleh luapan air kolam tailing.
• Bahaya: menghalangi sungai, mengurangi transparansi air, dan menghancurkan habitat perairan.

3. Zat Asam

• Polutan umum: asam sulfat (H₂SO₄), asam nitrat, dan air limbah asam (pH dapat serendah 2,5-3,5).
• Sumber: Oksidasi bijih sulfida dan pembuangan air limbah asam. Bijih sulfida (seperti pirit) teroksidasi untuk menghasilkan besi sulfat dan asam sulfat, membentuk drainase tambang asam (AMD). Misalnya, FeS₂ bereaksi dengan oksigen dan air untuk menghasilkan asam sulfat dan garam besi.
• Bahaya: Korosi peralatan, pengasaman tanah dan air, peningkatan pelarutan logam berat, penghambatan aktivitas mikroba.

4. Polutan organik

• Polutan umum: fenol, sianida, hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH), pelarut organik, zat minyak bumi, dll.
• Sumber: Zat organik dalam agen pengolah mineral, proses pencucian batu bara, dan limbah domestik di area pertambangan. Misalnya, proses ekstraksi emas sianida akan menghasilkan air limbah yang mengandung sianida, dan pabrik kokas akan membuang air limbah yang mengandung fenol.
• Bahaya: Sianida sangat beracun, 0,1 g dapat mematikan; fenol merusak kemampuan pemurnian diri badan air dan memengaruhi organisme akuatik.

5. Bahan radioaktif

• Polutan umum: unsur radioaktif seperti uranium (U), thorium (Th), dan radium (Ra).
• Sumber: Melarutkan cairan dari bijih dan endapan tailing selama penambangan mineral radioaktif (seperti tambang uranium).
• Bahaya: Paparan radiasi jangka panjang dapat menyebabkan masalah kesehatan seperti kanker dan mutasi gen.

6. Polutan lainnya

• Sulfat (SO₄²⁻): Sulfat yang dihasilkan oleh oksidasi mineral sulfida, memperburuk pengasaman dan salinitas air.
• Nutrisi: Fosfat, nitrat, dan lain-lain, yang berasal dari penguraian bahan organik pada agen pengolah mineral atau kolam tailing, dan rentan menyebabkan eutrofikasi badan air.
• Polutan minyak: termasuk oli bekas, oli emulsi, dll., terutama berasal dari perawatan peralatan dan proses transportasi di area pertambangan. Mesin pertambangan melumasi kebocoran gemuk, membentuk lapisan oli yang menghambat pertukaran oksigen dan memengaruhi kualitas tanah dan air.

 

Pembuangan langsung air limbah pertambangan memiliki dampak buruk yang sangat besar dan multidimensi terhadap lingkungan dan kesehatan manusia, seperti menyebabkan pengasaman air, pengayaan logam berat di tanah, toksisitas biologis, dan mengancam kesehatan manusia melalui rantai makanan. Oleh karena itu, sangat penting untuk secara aktif mempromosikan pengolahan dan daur ulang air limbah pertambangan.

 

Teknologi Pengolahan Air Limbah Pertambangan

Tahap Pra-Perawatan

Intersepsi fisik: Singkirkan padatan tersuspensi besar dan lapisan minyak melalui saringan, ruang grit, penyaringan, dll. untuk mencegah penyumbatan peralatan (seperti benda mengambang yang perlu disingkirkan sebelum mengolah 60.000 ton air limbah per hari dalam kasus tambang timah).

Netralisasi dan penyesuaian: Untuk air limbah asam atau basa, kapur (Ca(OH)₂) sering digunakan untuk menetralkan air limbah asam. Asam mineral tidak boleh digunakan untuk mengolah air limbah basa guna mengurangi pembentukan sulfat/natrium klorida. Misalnya, kapur mengatur pH menjadi netral dalam kasus tambang emas.

 

Teknologi Penghapusan Logam Berat

1. Metode presipitasi kimia

Prinsip teknis

Metode presipitasi kimia adalah menambahkan bahan kimia (seperti hidroksida, sulfida, karbonat, dll.) ke dalam air limbah untuk bereaksi dengan polutan terlarut dalam air limbah sehingga membentuk endapan padat yang tidak larut dalam air, kemudian menghilangkan polutan tersebut dari air limbah melalui teknologi pemisahan padat-cair. Metode spesifiknya meliputi:

• Presipitasi hidroksida: Tambahkan kapur untuk mengatur pH menjadi 8-10, sehingga logam berat membentuk endapan hidroksida.
• Presipitasi sulfida: Tambahkan Na₂S untuk menghasilkan sulfida logam, yang cocok untuk air limbah logam berat berkonsentrasi rendah.
• Pengobatan sianida: FeSO₄ dan CN⁻ menghasilkan endapan kompleks ferrosianida, dan konsentrasi CN⁻ dapat dikurangi dari 3,258 mg/L menjadi 0,459 mg/L.
• Metode presipitasi karbonat: Gunakan pereaksi alkali seperti natrium karbonat untuk menghasilkan endapan karbonat.
• Metode presipitasi garam barium: Gunakan garam barium (seperti barium klorida) untuk bereaksi dengan ion logam berat untuk menghasilkan endapan garam barium yang tidak larut.

Keuntungan dan keterbatasan

Keuntungan: biaya rendah (0,25-0,43 yuan/ton), pengoperasian mudah, cocok untuk air limbah ion logam berat konsentrasi tinggi.

Kekurangan: sejumlah besar lumpur dihasilkan dan membutuhkan pengolahan sekunder, yang mudah terganggu oleh ion-ion yang ada di dalamnya.

 

2. Adsorpsi dan pertukaran ion

Agen pengolah logam berat (seperti agen pembentuk kristal) atau resin khusus secara selektif menyerap logam berat, cocok untuk air limbah konsentrasi rendah dan pemulihan sumber daya (seperti daur ulang tembaga dan nikel dalam industri semikonduktor).

 

3. Teknologi pemisahan membran

Osmosis terbalik, ultrafiltrasi, dll. digunakan untuk menghilangkan garam terlarut dan jejak logam berat secara mendalam, tetapi perhatian harus diberikan pada masalah polusi membran.

 

Metode Pengolahan Biologis

Lahan basah buatan: Memanfaatkan tanaman dan mikroorganisme untuk menguraikan bahan organik secara sinergis, cocok untuk pengolahan akhir dan pemulihan ekologi, tetapi efisiensinya rendah dan area yang ditempati luas.

Metode lumpur aktif/biofilm: digunakan untuk mendegradasi polutan organik, namun memiliki toleransi yang buruk terhadap logam berat dan memerlukan pretreatment. metode lumpur aktif adalah metode biologis tradisional untuk mendegradasi COD, yang perlu dikombinasikan dengan oksidan (seperti hidrogen peroksida) untuk meningkatkan efisiensi pengolahan. Teknologi biofilm memisahkan polutan melalui membran semi-permeabel, yang sangat efisien dan hemat energi, tetapi biaya peralatannya relatif tinggi (seperti teknologi cakram putar biologis).

 

Teknologi Pemisahan Membran

• Osmosis terbalik (RO): Laju desalinasi tahap tunggal dapat mencapai 99%, dan laju desalinasi sistem tahap ganda melebihi 98%. Ia dapat menghilangkan logam berat, bakteri, virus, dan bahan organik dengan berat molekul >100 Da. Laju retensi ion divalen (seperti Ca²⁺, Mg²⁺) melebihi 99%, dan laju retensi ion monovalen (Na⁺, Cl⁻) sekitar 98%.
• DTRO (tabung cakram reverse osmosis): cocok untuk air limbah yang sangat tercemar, dengan tingkat pemulihan lebih dari 75%.
• Nanofiltrasi (NF): Secara selektif menyaring logam berat, dan hasil penyaringannya dapat digunakan kembali.

Investasi awal di teknologi pemisahan membran tinggi, tetapi biaya operasi jangka panjangnya lebih rendah dibandingkan dengan proses tradisional (seperti biaya perawatan membran 30-50% lebih rendah dari metode kimia).

 

Teknologi Pengolahan Komposit

Untuk air limbah yang kompleks, kombinasi “kimia + biologi + fisika” sering digunakan:

• Koagulasi-presipitasi-filtrasi membran: Dalam pengolahan air limbah Tanah Jarang Nonferrous Guangsheng, nanofiltrasi dan elektrodialisis digabungkan untuk mencapai tingkat pemulihan amonium klorida sebesar 90%.
• Oksidasi-biodegradasi: Saat mengelola air limbah yang mengandung sianida, oksidasi kimia terlebih dahulu digunakan untuk menguraikan sianida, kemudian metode biologis digunakan untuk menguraikan sisa bahan organik.

 

Perbandingan dan Pemilihan Teknologi Pengolahan Air Limbah Pertambangan

Polutan dalam air limbah pertambangan bersifat kompleks, sangat beracun, dan sulit didegradasi. Pengolahannya memerlukan kombinasi proses untuk berbagai komponen (seperti netralisasi presipitasi + adsorpsi + pemisahan membran). Misalnya, metode sulfidasi dapat secara efisien menghilangkan logam berat; metode biologis cocok untuk air limbah organik dengan konsentrasi rendah; teknologi membran lebih disukai di daerah kering untuk memastikan penggunaan kembali; metode biologis SRB yang dikombinasikan dengan netralisasi kimia digunakan di tambang dengan tingkat keasaman tinggi; presipitasi kimia terutama digunakan di daerah dengan keterbatasan ekonomi. Silakan lihat tabel di bawah ini untuk memilih metode pengolahan air limbah pertambangan.

Teknologi Tjenis	Investasi Cost (yuan)	Operasi Cost (yuan/ton)	Berlaku Sskenarios	Keterbatasan
Metode presipitasi kimia	Rendah (150.000-200.000 yuan)	0.25-0.42	Limbah air logam berat dengan konsentrasi tinggi	Kesulitan dalam pembuangan lumpur
Metode pengolahan biologis	Sedang	0.5-1.2	Limbah organik rendah racun	Kemampuan beradaptasi lingkungan yang buruk
Teknologi pemisahan membran	Tinggi (lebih dari 1 juta yuan)	2.7-4.0	Air limbah dengan kadar garam tinggi/polusi tinggi	Polusi membran tinggi dan biaya penggantian
Teknologi perawatan gabungan	Tinggi	1.5-3.0	Limbah air komponen kompleks	Kesulitan dalam integrasi proses

 

Ringkasan

Limbah air pengolahan mineral merupakan salah satu faktor utama yang mencemari lingkungan ekologis. Perlu dilakukan penguatan pengolahan air limbah pengolahan mineral. Dalam pekerjaan khusus tersebut, diperlukan analisis menyeluruh terhadap karakteristik dasar air limbah pengolahan mineral dan menentukan metode pengolahan terbaik berdasarkan situasi aktual. Pada saat yang sama, teknologi pengolahan air limbah pengolahan mineral dioptimalkan, cakupan aplikasi teknologi daur ulang air limbah pengolahan mineral diperluas, dan efek pemanfaatannya dimaksimalkan.