粤北大宝山AMD水-表层沉积物的重金属分布特征及其影响因素

粤北大宝山铁铜多金属矿床的尾矿富含硫化物矿物,在化学和生物氧化作用下,产生pH5的酸性矿山废水(AMD).本文对大宝山槽对坑、铁龙AMD的10个采样点的表层沉积物进行物相和微观形貌分析,测定水样和表层沉积物中Pb、Cu、Mn、Cr等重金属离子的含量,讨论pH与次生矿物对重金属元素在水-表层沉积物分布差异的影响.结果表明:AMD的表层沉积物的次生矿物主要由铁、锰的氢氧化物、铁矾类矿物、羟氧硫铅矿和偏砷酸氢铁矿组成,其中含铁次生矿物具有一定的空间演化特征.水-表层沉积物的重金属浓度空间分布差异主要受pH和次生矿物组合控制.水的重金属含量总体是随着pH的降低而增大,且Pb、Cu、Mn具有显著相关性.羟氧硫铅矿是Pb的主要沉淀方式;水钠锰矿的析出沉淀影响Mn、Pb、Cu的沉降率;水铁矿、针铁矿、施威特曼石控制低pH环境中Cu的沉降行为;针铁矿、黄钾铁矾、施威特曼石是水溶液中Cr的强力清除剂.     

酸性矿山排水污染的水库水体酸化特征

矿业开发产生的酸性排水导致下游水体酸化,严重破坏水域生态平衡.以受酸性矿山排水(Acid Mine Drainage,AMD)影响的水库水体为研究对象,通过对水库表层水、界面水和沉积物孔隙水中水质参数的变化进行分析,探讨水库水体酸化特征.结果表明:表层水、界面水pH分别为3.22～3.38和2.70～3.02,水库上覆水体严重酸化,沿沉积物剖面向下酸化程度逐渐减弱;上游AMD在水库水体中存在自然净化过程,而表层沉积物可再次提高上覆水体酸度;沉积物孔隙水ρ(SO42-)极高(0.29～11.85 g/L)且在垂向剖面上变化波动较大,可能与沉积物中次生矿物的形成转化、季节及其他外界条件的变化有关.     

铜陵相思河流域重金属分布特征研究

以安徽铜陵相思河流域为例,研究金属矿山开采活动区重金属的分布特征.在该流域分别采集了采矿废石、土壤、水系沉积物及地表水样品,测试了其中的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As和Hg的含量,实验并计算了采矿废石产生矿山酸性排水的可能性,采用改进的Fǒrtsner 5步逐级提取法分析了采矿废石中Pb和Cr的赋存形态,进而总结了各类样品中重金属元素的分布特征,探讨了矿山开采活动区重金属的生态危害.研究表明,铜陵相思河流域上游凤凰山铜矿的采矿废石较少或不产生矿山酸性排水,而中游新桥硫铁矿的采矿废石会产生矿山酸性排水,缘于前者富含重金属元素的硫化物矿物含量较低而CaO含量较高.采矿废石中重金属元素含量一般较高,且其中还原态含量与之呈正相关关系,表明采矿废石中的重金属元素极易溶解于矿山酸性排水中而迁移至矿山周围环境.相思河流域土壤、水系沉积物和水体中的重金属分布具有明显的规律性,上游地区重金属元素含量较低,没有超过相应的国家污染标准和元素背景值,而中游地区重金属元素含量均较高,有明显的重金属污染,反映中游地区新桥硫铁矿的采矿活动对采矿区周边环境有一定的生态危害,矿山企业应重视采矿废石的排放及酸性矿山排水的处置.     

碳酸盐岩地区矿山酸性排水的产生及其防治初探

尾矿中的硫化物在空气、水、微生物等的作用下,发生一系列的物理化学反应,形成矿山酸性排水(AMD)。在碳酸盐岩地区,由于尾矿和围岩中都含有大量对酸具有中和效应的碳酸盐矿物,于是人们一直认为碳酸盐岩地区的尾矿不存在酸污染。而如广西大厂、广东凡口及大宝山、贵州牛角塘等碳酸盐岩地区矿山的尾矿却存在着严重的酸污染,其主要原因是碳酸盐矿物在中和酸水过程中,表面会形成阻止反应进一步进行的次生包壳,碳酸盐矿物的实际中和量达不到其理论值。矿山酸性排水携带大量的重金属离子,对碳酸盐岩地区的生态环境及矿山工程设施带来严重的危害。针对碳酸盐岩地区尾矿自身的特殊性,对新建尾矿堆采用覆盖法,而对已经产酸的尾矿用渗透反应栅法,是防治这类尾矿酸化的有效方法。     

以稻草和污泥为碳源硫酸盐还原菌处理酸性矿山排水

以污泥为硫酸盐还原菌(SRB)接种菌群,分别添加等量稻草和乙醇,研究了SRB以不同碳源处理酸性矿山排水(pH=2.5)的过程及不同碳源对硫酸盐还原和重金属去除的影响.结果表明,在无外加中和剂的情况下,污泥中的碱性物质可在反应开始的1 d内迅速中和酸性矿山排水的部分酸度,使反应体系pH值从2.5升至5.4～6.3,利于SRB的生长.污泥中含少量易被微生物分解的有机物,体系中仅含污泥时,SO24-还原率最低(65.9%).添加稻草可促进SO24-还原(79.2%),因为污泥中的水解菌加速稻草分解,为SRB提供相对充足的碳源.添加乙醇为对照试验的体系中SO24-还原率最高(97.9%).含污泥的反应体系Cu2+去除率均高于99%,SRB驯化前Cu2+的去除主要归因于污泥的吸附作用.以稻草和污泥为碳源可实现低成本酸性矿山排水处理,对矿山环境的原位修复有实际意义.     

酸性矿山废水与碳酸盐岩的作用过程及其被动治理技术研究进展

矿产开发利用过程中产生的酸性矿山废水（AMD）污染严重,极易导致周边生态环境破坏,而喀斯特地区天然材料碳酸盐岩（白云岩/石灰岩）及其中和反应产生的针铁矿、施威特曼石、水铁矿等次生矿物能通过氧化与还原、溶解与沉淀、配体交换、吸附络合等多种机制净化AMD。总结了碳酸盐岩中和AMD的反应机理、AMD溶蚀碳酸盐岩过程的物理化学行为,阐明了AMD-碳酸盐岩作用过程中形成的次生矿物种类、形成条件、生成顺序及其环境意义,并综述了国内外以碳酸盐岩为反应介质处理AMD技术的最新进展,以期为进一步提高碳酸盐岩处理不同类型酸性矿山排水的持续有效性、构建系统使用寿命预测模型以及优化处理系统工艺方法提供参考。     

针铁矿对再悬浮沉积物吸附磷动力学与固体浓度效应的影响

本文以渤海埕岛油田海域沉积物为对象,通过批次实验探究了无磷（P）针铁矿对再悬浮沉积物吸附解吸P的动力学过程与吸附P固体浓度效应的影响。结果表明:针铁矿提高了沉积物吸附P的速率与容量,增大了快吸附P量占动力学平衡时吸附P量的比例。解吸动力学平衡时,沉积物解吸占预吸附P量的比例随针铁矿添加量的升高而降低,说明针铁矿不利于沉积物解吸P。固体浓度为10 g/L,2 g/L沉积物Freundlich吸附系数的比值K_F10/K_F2随针铁矿添加量的升高更接近于1,说明针铁矿削弱了沉积物吸附P的固体浓度效应。通过K_F与固体浓度（S）的关系式K_F=a*S-b,可以探讨固体浓度（S）变化对吸附可逆性的影响程度。固体浓度影响指数b随沉积物针铁矿含量升高而下降,说明针铁矿减小了固体浓度变化对沉积物吸附P可逆性的影响,使沉积物吸附P的固体浓度效应变弱,揭示了针铁矿对沉积物吸附P固体浓度效应的潜在影响机制。为不可逆性提高、固体浓度效应变弱的吸附体系提供案例。     

高砷煤矿废水对表层岩溶水水质的影响

矿业开发过程对水环境的影响是严重的,而表层岩溶水是喀斯特地区居民的主要水源之一,具有典型的脆弱性. 因此,研究酸性矿山水对岩溶水质的影响尤为重要. 以兴仁县交乐高砷煤矿区为例,从水化学角度研究高砷煤矿废水对矿区周边表层岩溶水水质的影响. 结果表明:酸性矿山排水中ρ(SO_4~(2-))和溶解态金属中ρ(Cd),ρ(Cu),ρ(Zn),ρ(Mn)和ρ(Fe)高,pH低;矿山废水主要影响下游溪流地表水及其流经的岩溶管道水体的水质,对当地居民的正常使用影响较大;pH沿溪流方向逐渐升高,而水体中主要离子浓度呈不同程度的降低趋势;与酸性矿山排水没有水力联系的周边支流及泉点目前尚未受到影响.     

草酸盐介导下含As(V)黄钾铁矾的相转化过程与As(V)的再分配行为

黄钾铁矾能够通过吸附和共沉淀作用固定酸性矿山废水（AMD）中的重（类）金属（如砷）,降低其迁移性和生物可利用性.草酸盐广泛存在于天然水环境中,其具有的羧酸官能团能改变铁矿物的稳定性,进而影响吸持的重（类）金属的再分配行为.利用水热法合成含As（V）黄钾铁矾,探究其在不同草酸盐浓度与pH条件下的溶解、重结晶和共沉淀As（V）的行为.研究结果表明,草酸盐与含As（V）黄钾铁矾表面Fe（III）活性位点配位形成的可溶性强络合物是促进矿物溶解的第一步和关键;在pH 2.5时,含As（V）黄钾铁矾的溶解速率随草酸盐浓度增加而增加,伴随大量As（V）释放到溶液,反应过程中只有少量As（V）重新吸附到固相上,这是由于草酸盐与As（V）竞争矿物表面的同一活性位点;在pH 6.5条件下,草酸盐促进含As（V）黄钾铁矾的重结晶,经X射线衍射分析表明针铁矿和纤铁矿为主要产物,能有效地吸附释放的As（V）.研究结果有助于揭示在AMD环境下黄钾铁矾沉积物与含羧酸官能团有机酸共存时对As（V）的释放和固定机理,对AMD环境中As（V）污染控制有重要意义.     

尾矿库酸性废水处理研究

介绍了使用两段中和法处理矿山酸性废水,即首先用矿物或废渣作中和剂将废水的pH值调节到4.0左右,再用石灰乳进行中和。在实验室研究的基础上,对某铁矿尾矿库酸性废水采用两段中和法进行试验。试验结果表明,出水pH值达到6~8时,出水水质指标达到国家排放标准。     

Hydrogeochemical and mineralogical characteristics related to heavy metal attenuation in a stream polluted by acid mine drainage: A case study in Dabaoshan Mine, China

Dabaoshan Mine, the largest mine in south China, has been developed since the 1970s. Acid mine drainage (AMD) discharged from the mine has caused severe environmental pollution and human health problems. In this article, chemical characteristics, mineralogy of ocher precipitations and heavy metal attenuation in the AMD are discussed based on physicochemical analysis, mineral analysis, sequential extraction experiments and hydrogeochemistry. The AMD chemical characteristics were determined from the initial water composition, water-rock interactions and dissolved sulfide minerals in the mine tailings. The waters, affected and unaffected by AMD, were Ca-SO₄ and Ca-HCO₃ types, respectively. The affected water had a low pH, high SO₄^2- and high heavy metal content and oxidation as determined by the Fe²⁺/Fe³⁺ couple. Heavy metal and SO₄^2- contents of Hengshi River water decreased, while pH increased, downstream. Schwertmannite was the major mineral at the waste dump, while goethite and quartz were dominant at the tailings dam and streambed. Schwertmannite was transformed into goethite at the tailings dam and streambed. The sulfate ions of the secondary minerals changed from bidentate- to monodentate-complexes downstream. Fe-Mn oxide phases of Zn, Cd and Pb in sediments increased downstream. However, organic matter complexes of Cu in sediments increased further away from the tailings. Fe³⁺ mineral precipitates and transformations controlled the AMD water chemistry.     

Phase transformation of Cr(VI)-adsorbed ferrihydrite in the presence of Mn(II): Fate of Mn(II) and Cr(VI)

Ferrihydrite is an important sink for the toxic heavy metal ions, such as Cr(VI). As ferrihydrite is thermodynamically unstable and gradually transforms into hematite and goethite, the stability of Cr(VI)-adsorbed ferrihydrite is environmentally significant. This study investigated the phase transformation of Cr(VI)-adsorbed ferrihydrite at different pH in the presence of aqueous Mn(II), as well as the fate of Mn(II) and Cr(VI) in the transformation process of ferrihydrite. Among the ferrihydrite transformation products, hematite was dominant, and goethite was minor. The pre-adsorbed Cr(VI) inhibited the conversion of ferrihydrite to goethite at initial pH 3.0, whereas little amount of adsorbed Mn(II) favored the formation of goethite at initial pH 7.0. After the aging process, Cr species in solid phase existed primarily as Cr(III) in the presence of Mn(II) at initial pH 7.0 and 11.0. The aqueous Mn concentration was predominantly unchanged at initial pH 3.0, whereas the aqueous Mn(II) was adsorbed onto ferrihydrite or form Mn(OH)₂ precipitates at initial pH 7.0 and 11.0, promoting the immobilization of Cr(VI). Moreover, the oxidation of Mn(II) occurred at initial pH 7.0 and 11.0, forming Mn(III/IV) (hydr)oxides.     

针铁矿对硫酸盐还原菌分解铅矾的影响

铅矾(PbSO_4)是工业生产中释放进入环境的重要含Pb物相,具有潜在的环境风险.采用硫酸盐还原菌(SRB)在厌氧条件下将重金属沉淀形成低溶度积的硫化物是有效固定重金属的方法之一.本研究重点考察了SRB作用下铅矾的转化过程及针铁矿对铅矾分解的影响.结果表明,反应体系中溶液p H和ORP均有所降低;SO_4~(2-)在SRB生长停滞期上升,随后保持稳定;酸可挥发性S浓度随SRB的生长逐渐升高,并最后保持稳定;实验结束后铅矾大部分转化为白铅矿(PbCO_3)和方铅矿.对结果的分析表明,在SRB作用下,铅矾分解转化的机制为:首先转化为白铅矿,其次硫酸盐被还原产生S~(2-),进一步促进铅矾的分解和白铅矿的形成,最后S~(2-)同溶液及新生白铅矿中的Pb~(2+)反应生成溶度积更低的方铅矿;针铁矿的主要作用为:固定溶液中的S~(2-),降低铅矾SRB分解的环境污染风险;通过作为SRB生长的电子受体和降低S~(2-)的生物毒害作用,提高体系中SRB的生物活性.     

黔西拖长江流域水化学演化特征及驱动因素

拖长江为黔西典型的矿业型岩溶山地小流域,研究其水化学演化特征及驱动因素,对当地经济社会发展和水资源科学管理均具有重要的意义.通过采集拖长江流域河水、泉水和矿井水样品,利用水化学图解、数理统计和绝对因子分析-多元线性回归受体模型(APCS-MLR),研究了拖长江流域河水溶质来源及其对河水水化学组分的贡献.拖长江流域河水pH值为7.30～8.31,TDS值为40～520 mg·L^-1,TDS主要由Ca²⁺、 Na⁺、 HCO^-₃和SO₄^2-贡献.河水优势阳离子为Ca²⁺和Na⁺,优势阴离子为HCO^-₃和SO₄^2-,水化学类型从HCO₃-Ca过渡为HCO₃-Ca·Na和HCO₃·SO₄-Ca·Na型;矿井水主要为HCO     

中国西南酸雨区降水化学特征研究进展

西南酸雨区为我国主要酸雨沉降区,且是全球三大喀斯特集中分布区之一.本文将该区9个地点的降雨资料进行了总结、整理和分析,数据包括pH值和主离子成分(Cl~-、SO_4~(2-)、NO_3~-、Ca~(2+)、NH_4~+、Mg~(2+)、K~+、Na~+).该地区降雨中的主要阴离子为SO_4~(2-)和NO_3~-,主要阳离子为Ca~(2+)和NH_4~+.与我国其它地区相比,其酸性离子、碱性离子和总离子浓度均普遍高于东南地区、而低于我国北方地区.西南酸雨区主要以pH值为4.5~5.6的弱酸性降雨为主,占总降雨频次的58%左右.根据酸、碱性离子的相关性、中和因子等分析结果,该区雨水中的酸性物质可能受到了碱性离子的中和作用,其中起主要中和作用的离子为Ca~(2+)和NH_4~+.将该区雨水pH值和酸、碱性离子浓度与我国其它地区进行对比研究发现,西南酸雨区降雨受到的中和作用要强于东南地区,但弱于北方地区的降雨.通过对西南酸雨区降雨中主要离子来源的分析和估算,降雨中的酸性离子SO_4~(2-)和NO_3~-主要来自于人为污染;99.7%的Ca~(2+)和84.0%的Mg~(2+)为陆源贡献,这可能与西南地区碳酸盐岩广泛分布有关.     

Citrobacter sp.EBS8对施氏矿物和黄钾铁矾的还原溶解及相转化行为的影响

铁硫酸盐次生矿物广泛存在于酸性矿山废水（AMD）污染流域沉积物中,是多种有毒有害重金属的沉淀库.硫酸盐还原菌对矿物的还原作用可破坏矿物的稳定性从而引起共沉淀重金属的释放.在前期研究中发现柠檬酸杆菌Citrobacter sp.存在于AMD流域沉积物中,且在还原条件下具有较强的硫酸盐还原能力.因此,探究其对铁硫次生矿物的还原溶解及矿物晶相转化行为的影响尤为重要.本研究选取矿区沉积物中典型的铁硫次生矿物施氏矿物和黄钾铁矾为研究对象,在实验室条件下考察了从AMD污染沉积物中筛选到的菌株Citrobacter sp.EBS8对矿物的还原溶解及相转化的影响.结果表明,在缺氧、中性pH及电子供体足量时,在EBS8的作用下施氏矿物和黄钾铁矾均出现了明显的还原溶解现象.菌株EBS8可利用乳酸盐作为电子供体还原SO₄^2-和Fe（III）.SEM结果显示,施氏矿物在反应初期出现表面毛刺不平现象,黄钾铁矾发生由外向内的逐层溶解,矿物转化过程中都出现空壳形貌.XRD检测到施氏矿物组的主要转化产物为菱铁矿和蓝铁矿,黄钾铁矾体系中主要是蓝铁矿和马基诺矿.这些结果有助于了解AMD污染沉积物中铁硫酸盐矿物的转化行为及为AMD污染治理提供理论支撑.     

贵州清水江流域丰水期水化学特征及离子来源分析

对清水江流域丰水期河水离子浓度及组成特征分析表明,流域水化学组成以Ca2+、HCO-3离子为主,其次为Mg2+、SO2-4;TDS均值213.96 mg·L-1,高于世界流域均值.根据海盐校正分析得出,研究区大气降水中海盐输入对流域水化学的贡献率为2.23%,低于世界河流均值3%.Gibbs图结合离子比值分析表明,流域水化学主要受碳酸盐岩风化影响,越往下游硅酸盐岩化学风化贡献越明显,碳酸和硫酸同时参与了流域岩石风化过程.离子来源分析表明,Ca2+、Mg2+、HCO-3离子主要来自于白云石、方解石等碳酸盐岩风化溶解,Na+、K+、Cl-主要来源于硅酸盐岩风化;SO2-4和NO-3主要来源于大气酸沉降和城镇废水输入.人为活动影响分析表明上游工矿企业活动对清水江流域水化学影响明显.     

酸性矿山废水影响下水库细菌群落结构特征与环境因子关系

为揭示酸性矿山废水（Acid mine drainage,AMD）影响下水库水体中细菌群落结构特征及影响因子,对贵州省兴仁市3座受AMD影响与1座未受AMD影响水库样品进行了对比研究,利用16S rDNA高通量测序技术分析揭示细菌群落结构特征,并通过冗余分析（Redundancy analysis,RDA）探明影响水体细菌群落变化的主要环境因子.结果表明,受AMD影响水库水体中各主要阳离子（Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺）、SO₄^2-浓度及电导率值均高于未受AMD影响的水库,而DOC和pH值均低于未受AMD影响的水库.变形菌门（Proteobacteria）是受AMD影响水库水体的主要细菌门类,在3个受影响的水库中均占比95%以上.在属分类水平上,红杆菌属（Rhodobacter）、不动杆菌属（Acinetobacter）、假单胞菌属（Pseudomonas）和铁氧化细菌属（Ferrovum）是受AMD影响水库水体中的主要菌属;未受AMD影响水库水体细菌群落中,放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）为主要细菌门类,占比分别为48%和29%,主要菌属为发光杆菌属（Ilumatobacter）、不动杆菌属（Acinetobacter）.分析表明,受AMD影响水库细菌群落结构特征与未受AMD影响水库细菌群落存在明显差异,推测DOC、pH及Na⁺浓度对此差异起主导作用.本研究可为科学认识受AMD影响水体微生物群落与环境因子之间的关系提供依据.     

北京市湿沉降特征分析

通过分析北京市降水中水溶性离子组分的浓度,研究了2005～2009北京市降水酸化程度及水质变化特征.北京市5 a年均pH为5.19,总体变化趋势平稳.5 a间,降水中各离子组分含量均有下降趋势,北京市的环境质量逐步改善;NH 4^＋和NO 3^-在降水中所占比例明显增加,北京市降水受含N污染物排放的影响较大.季节变化显...     

不同环境条件下水铁矿和针铁矿纳米颗粒稳定性

纳米颗粒的团聚和分散是控制许多重要环境过程的关键因素.本研究通过测定水铁矿纳米颗粒(FHNPs)和针铁矿纳米颗粒(GTNPs)的粒径和Zeta电位,计算DLVO相互作用能,探究了不同pH、离子和有机质条件下两种纳米颗粒的稳定性.结果表明Na~+和Ca~(2+)通过离子强度的作用促进FHNPs和GTNPs团聚;低浓度PO_4~(3-)(2mmol·L~(-1))、HA和FA(2 mg·L~(-1)和10 mg·L~(-1))吸附在铁矿物纳米颗粒上,改变其表面电荷,提高FHNPs和GTNPs在中高pH条件下的稳定性.高浓度的PO_4~(3-)(10mmol·L~(-1))虽然也可改变铁矿物纳米颗粒的电性,但由于离子强度的作用,对GTNPs的稳定性贡献不大.FHNPs或GTNPs的Zeta电位接近于0时,其相互作用的一级势垒和次级势阱常常同时不存在,两种纳米颗粒主要以不可逆的方式在一级势阱中团聚;当一级势垒和次级势阱同时存在时,次级势阱造成的可逆FHNPs和GTNPs团聚比例会增大.本研究结果为进一步考察FHNPs和GTNPs的环境行为和它们在负载污染物迁移中的作用提供数据支撑.