Treatment of Acidic and Neutral Metal-Laden Mine Waters with Bone Meal Filters

Abstract

Bone meal was used to treat two different mine waters: acidic (pH 4.5) mine water containing high concentrations of Fe and Al and neutral/slightly alkaline (pH 7) mine water. Original primary contaminants in both waters were Pb and Zn. The contaminants were dissolved in the acidic mine water and mostly suspended in the neutral mine water. Flow through the filter treating the acidic mine water was relatively low (0.1 L/min), but increased towards the end of the test period. Removal of Pb and Cu was very good in the acidic mine water (around 80 %); removal of Zn was slightly less (60 %) due to the final pH (≈6–6.5). Flow through the filter treating the neutral mine water was initially significantly higher (5 L/min) and the removal of Pb and Zn was less compared to the acidic mine water (50 % for Pb and 35 % for Zn). The major reason for the difference in metal removal in the two mine waters was the difference in Fe and Al sorption sites, flow rate, and pH; in order for the bone meal to dissolve and form metal phosphate, the pH has to be <7.

Zusammenfassung

Zur Behandlung verschiedener Grubenwässer wurde Knochenmehl eingesetzt. Zum Einen wurde saures Grubenwasser (pH 4.5) mit hohen Konzentrationen an Fe und Al und zum Anderen neutrales/leicht alkalisches Grubenwasser (pH 7) behandelt. Beide Grubenwässer waren mit Pb und Zn belastet. Die beiden Metalle (Pb, Zn) waren im sauren Grubenwasser gelöst und lagen im neutralen Grubenwasser suspendiert vor. Der Durchfluss des Filters zur Behandlung des sauren Grubenwasser war vergleichsweise niedrig (0.1 L/min) und wurde im Verlauf der Versuche erhöht. Der Rückhalt von Cu und Pb aus dem sauren Grubenwassers war sehr effektiv (ca. 80 %), wobei Zn weniger zurückgehalten wurde (60 %). Der Endwert des pH lag bei etwa 6–6.5. Die Durchflussrate des Filters zur Behandlung des neutralen Grubenwassers war wesentlich höher und lag bei 5 L/min. Das Rückhaltevermögen lag bei nur 50 % für Pb und 35 % für Zn. Der wesentliche Grund für das unterschiedliche Rückhaltevermögen liegt in den unterschiedlichen Adsorptionsplätzen für Fe und Al, dem spezifischem Durchfluss und dem pH-Wert im Zusammenhang mit der Fähigkeit des Knochenmehls Metall-Phosphate zu bilden. Für diese Reaktion muss der pH-Wert unter 7 liegen.

Resumen

Se utilizó harina de huesos para tratar dos diferentes aguas de minas: aguas de mina ácidas (pH 4.5) conteniendo altas concentraciones de Fe y Al y aguas de mina neutras/ligeramente alcalinas (pH 7). Los contaminantes primarios en ambas fueron Pb y Zn. Los contaminantes estaban disueltos en las aguas ácidas y principalmente suspendidas en las aguas neutras. El flujo del agua ácida a través del filtro fue relativamente bajo (0,1 L/min) pero se incrementó hacia el final del período estudiado. La remoción de Pb y Cu fue muy Buena en el agua ácida (cerca del 80 %); la remoción de Zn fue ligeramente menor (60 %) debido al pH final (≈6–6,5). El flujo del agua neutra a través del filtro fue significativamente mayor (5 L/min) y la remoción de Pb y Zn fueron menores comparados con las obtenidas para el agua ácida (50 % para Pb y 35 % para Zn). Las principales razones para la diferencia en la remoción metálica en las dos aguas de minas, fueron la diferencia en los sitios de sorción de Fe y Al, la velocidad de flujo y el pH; para que la harina de huesos se disuelva y forme fosfatos metálicos, el pH tiene que ser menor que 7.

抽象

本研究将骨粉用于处理两种不同类型矿井废水:富铁和铝的酸性(pH 4.5)矿井水、中性/弱碱性(pH 7)矿井水。两类矿井水主要本底污染物为铅和锌。污染物在酸性矿井水中溶解而在中性矿井水中悬浮。酸性矿井水流经过滤器的最初出流流量较低 (0.1 L/min),过滤处理后期出流流量增加。该过滤系统的酸性矿井水铅和铜去除效果好(去除率约80 %),锌去除效果降低(去除率60 %,由于pH升已至6 ~ 6.5)。中性矿井水流经过滤器的最初出流流量较高(5 L/min),铅和锌去除率分别50 %和35 %,过滤处理效率较酸性矿井水差。两种矿井水过滤处理效果不同的主要原因在于铁和铝的吸附位、流量和pH值不同,骨粉溶解(铁和铝)形成金属磷酸盐,并要求pH值小于7。