硫化矿尾矿酸性矿山废水污染及释酸能力预测评价方法

酸性矿山废水是全球矿山面临的最严重的环境问题之一。文章介绍了评价硫化物尾矿产酸潜力的2种方法,即静态溶浸测试和动态淋滤测试。静态溶浸测试包括酸碱估算法和净酸生成法2种。还探讨了2种方法所存在的问题和局限性,并对进一步的研究进提出了设想。     

As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响

以嗜酸性氧化亚铁硫杆菌为受体材料,通过分析培养过程中培养液pH、Fe²⁺氧化率和总铁(TFe)沉淀率研究不同浓度As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响。结果表明:As(Ⅲ)胁迫显著降低反应体系的pH降幅、Fe²⁺氧化速率和TFe沉淀率;低浓度As(Ⅴ)的加入对反应体系的pH降幅、Fe²⁺氧化速率和TFe沉淀率没有明显影响;随着初始浓度的增大,pH降幅、Fe²⁺氧化速率和TFe沉淀率也逐渐降低。As(Ⅲ)对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响较As(V)更明显。同一胁迫水平下,该菌对As(Ⅲ)的响应更强烈。     

As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响

以嗜酸性氧化亚铁硫杆菌为受体材料,通过分析培养过程中培养液pH、Fe2+氧化率和总铁(TFe)沉淀率研究不同浓度As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响。结果表明:As(Ⅲ)胁迫显著降低反应体系的pH降幅、Fe2+氧化速率和TFe沉淀率;低浓度As(Ⅴ)的加入对反应体系的pH降幅、Fe2+氧化速率和TFe沉淀率没有明显影响;随着初始浓度的增大,pH降幅、Fe2+氧化速率和TFe沉淀率也逐渐降低。As(Ⅲ)对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌铁行为的影响较As(V)更明显。同一胁迫水平下,该菌对As(Ⅲ)的响应更强烈。     

淋洗模拟研究有机盐膜抑制黄铁矿的生物氧化效果

经有机难溶盐包膜后的黄铁矿矿石接菌下间歇循环淋洗一年后其循环收集液中SO4^2-含量点供试样品中总SO4^2量的0.16%，较对照的下降了97％，pH从初始6.82下降至5.48，但对照pH却从初始的7.57下降至2.35，矿石样品经扫描电子显微镜显示：包膜的矿石样品表面仍呈光洁状，而对照的表面布满细小洞穴，清楚指出：笔者首次提出的有机盐膜能有效地抑制T．F菌对黄铁矿的氧化作用。     

3种填料A.ferrooxidans挂膜效果及对模拟酸性矿山废水中Fe2+生物矿化能力比较

氧化亚铁硫杆菌（A.ferrooxidans）介导的生物矿化方法可促使酸性矿山废水（Acid Mine Drainage,AMD）中Fe离子向次生铁矿物转变. 采用固定化的方式来提高A.ferrooxidans密度有助于强化Fe²⁺的生物矿化能力.选取流化床19孔填料、弹性填料、悬浮球填料作为挂膜对象, 通过多批次的连续培养来考察3种填料的A.ferrooxidans挂膜能力及稳定挂膜所需周期,继而比较3种挂膜填料对模拟AMD中Fe²⁺的生物矿化能力,并估算A.ferrooxidans有效生物量.结果表明,3种填料（5.00 g）的A.ferrooxidans挂膜能力依次为弹性填料（1.76 g）＞流化床19孔填料（0.90 g）＞悬浮球填料（0.78 g）（干重）,且挂膜启动至稳定状态至少需要4批次.X射线衍射分析（X-ray diffraction,XRD）表明,3种填料表面 含矿生物膜均为施氏矿物和黄钾铁矾的混合物.以游离态A.ferrooxidans的Fe²⁺氧化速率作为参比,估算出流化床19孔填料、弹性填料、悬浮球填料生物膜中A.ferrooxidans有效生物量依次为1.67×10⁸、8.52×10⁸、1.92×10⁸ cells·g^-1 （干基）.研究还发现,等同Fe²⁺生物氧化速率下, A.ferrooxidans挂膜填料比游离态A.ferrooxidans具有更强的AMD矿化驱动能力.     

氧化亚铁硫杆菌对黄铜矿的生物氧化研究

针对矿区硫化矿氧化产生的酸性矿山废水(AMD)对生态环境造成严重影响的问题,以矿区常见的黄铜矿(CuFeS2)为研究对象,采用已筛选的氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A.f菌)为实验菌株,探讨在A.f菌作用下黄铜矿的氧化过程。实验结果表明,A.f菌可显著促进黄铜矿的氧化,第18天有菌体系中的铜离子浓度是无菌体系中的5倍;同时细菌可促进溶液中Fe2+氧化为Fe3+,使氧化还原电位升高,从而对黄铜矿保持较高的氧化速率,并导致体系的pH值降低;还发现黄铜矿的氧化过程中可形成中间产物方黄铜矿(CuFe2S3),而细菌氧化还可产生硫磷化钴(CoPS),中间产物的形成并没有明显延缓黄铜矿的氧化速率;生物氧化可造成矿样表面侵蚀多坑,可能是细菌对黄铜矿的直接氧化作用造成的。由于黄铜矿的生物氧化明显控制其氧化进程,抑制黄铜矿的生物氧化对酸性矿山废水的源头治理具有十分重要的意义。     

色氨酸对生物成因铁硫酸盐次生矿物形成的影响

采用氧化亚铁硫杆菌催化合成铁硫酸盐次生矿物,研究不同L-色氨酸添加浓度对矿物合成体系pH、氧化还原电位(ORP)、Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率,以及次生矿物产量、化学组成及矿物相的影响.结果表明,随着体系色氨酸浓度的增加,pH降低幅度越小,ORP上升越不明显.色氨酸对铁硫酸盐次生矿物合成的影响依赖于其浓度,当色氨酸浓度低于1.67 g·L^-1时,色氨酸对铁硫酸盐次生矿物的形成起促进作用,表现为总Fe沉淀率及矿物产量随着色氨酸浓度升高而增加.而当色氨酸浓度升高至6.67 g·L^-1时,Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率和矿物产量远低于对照组,表明高浓度色氨酸会抑制铁硫酸盐次生矿物的形成.次生矿物内Fe/S比介于施氏矿物和黄钾铁矾的理论值之间,表明不同合成体系所得次生矿物均为黄钾铁矾和施氏矿物的混合物.矿物学特征分析表明,随着色氨酸浓度的升高,矿物的合成表现为黄钾铁矾向施氏矿物转移.     

基于不同能源底物和营养水平的酸性矿山废水产生机制研究

硫化矿物在氧气、水和铁氧化细菌的共同作用下会形成pH值极低、富含可溶性Fe、SO₄^2-和重金属离子等的酸性矿山废水.本研究选取黄铁矿、磁黄铁矿和黄铜矿作为能源底物,以及0×9K、1/4×9K、1/2×9K、1×9K培养基作为营养水平,在氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）的参与下,从能源底物和营养水平角度探索不同硫化矿物酸性废水的产生特点和机制.结果表明,3种硫化矿物的生物产酸能力依次为黄铁矿>磁黄铁矿≈黄铜矿.经过38 d的生化反应后,黄铁矿体系的pH值达到1.41,总Fe （TFe）和SO₄^2-浓度分别达到771.82 mg·L^-1和357.25 mg·L^-1.水体营养水平在黄铁矿的生物产酸过程中起着至关重要的作用.经过16 d的生化反应后,0×9K、1/4×9K、1/2×9K、1×9K培养基处理的终点pH值分别为1.68、1.44、1.30、1.29.根据各营养体系中Fe²⁺和TFe浓度的变化趋势,以及反应终点收集矿物的X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）,分析认为充足的营养会提高Acidithiobacillus ferrooxidans的活性或密度,加快Fe²⁺生物氧化形成Fe³⁺并通过水解产酸作用合成黄钾铁矾等次生铁矿物,从而导致溶液的pH值更低.本研究所得结果对明晰酸性矿山废水形成规律具有一定的指导意义.     

氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌对铊矿尾矿浸出实验研究

分别利用氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans,简称T.f菌)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans,简称T.t菌)及以上两种混合菌对铊矿尾矿进行浸矿实验。实验结果表明:随着浸出时间的增加,各实验组p H不断降低,EC不断升高,Fe2+浓度先降后升;重金属As的浸出效果为:T.f菌混合菌T.t菌空白,Cu的浸出效果为:T.t菌T.f菌混合菌空白,Tl的浸出效果为:混合菌T.t菌T.f菌空白,Zn的浸出效果为:混合菌T.f菌T.t菌空白;单菌和混合菌实验组对重金属的浸出能力依次为:CuAsZnCrTlCd。表明T.f菌和T.t菌的存在将会促进铊尾矿中重金属的溶出,从而将加剧矿区环境污染。     

氧化亚铁硫杆菌生物浸出铅锌硫化矿尾矿及浸出过程中重金属形态分析研究

研究嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)对铅锌硫化矿尾矿重金属离子的生物浸出和重金属形态变化有助于了解生物浸出作用的过程变化.通过考察生物浸出体系中不同的矿浆浓度对pH值和浸出尾矿重金属的影响,探究生物浸出过程的重金属形态变化情况.结果表明,生物浸出作用对pH值和尾矿重金属的浸出影响巨大,随着矿浆浓度的增加,pH值下降速率呈现先升高后降低、重金属浸出率也呈现先增加后降低的趋势,最佳的生物浸出矿浆浓度为50 g·L~(-1),Fe和Zn的最佳浸出率分别为85.45%和97.85%.重金属形态分析表明,生物浸出作用对尾矿重金属形态变化产生巨大的影响,随着浸出时间的延长,重金属形态逐渐改变,首先易迁移的重金属被生物浸出,然后稳定的重金属也逐渐被生物浸出.     

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.      

碳酸盐岩处理AMD生成的污泥除磷初步研究

选取碳酸盐岩处理矿山酸性废水的污泥作为水中磷的去除材料,研究pH、温度、污泥投加量和接触时间对磷去除作用的影响,以及在此过程污泥中重金属的释放情况.试验表明:当水中磷浓度为10 mg/L,温度25℃,接触时间10 min,污泥投加量0.5 g,pH为7时,磷的去除率达到99.9％以上.实验中污泥有少量重金属的释放,但仍...     

贵州煤矿酸性废水“被动处理”技术的新方法探讨

论文在综述国内外有关酸性矿山废水治理的现行技术和方法的基础上,围绕贵州煤矿废水排放的现状及特点,把贵州煤矿废水归纳为两种主要类型,并针对性地提出两种预防和治理矿山酸性排水的方法:对正在开采矿山实行碳酸盐岩充填采空区技术,避免酸性矿山水外排;对废弃矿山排水采取坑口"(有氧/缺氧)垂向折流式反应池"技术,对酸性废水进行有效治理。     

酸性矿山废水天然中和形成的富铁沉淀及其环境属性

采集了云南王家滩铁矿的酸性矿山排水及其与溪流中和后的溪水与沉积物, 运用谱学及电子显微分析等方法,对采集样品的化学及矿物学等方面的特征进行了分析. 结果表明, 王家滩铁矿的酸性矿山排水在与未污染溪水中和时, 酸度和电导率均显著降低, 但元素的浓度变化不很一致, 沿水流方向,除Fe3+、SO2-4、 Ca2+等少数元素, 大多数元素的浓度都未发生明显的降低. 中和成因沉淀物具有富铁的特征,矿物组成以水铁矿为主, 此外在下游沉积物中还见有少量针铁矿及纤铁矾. 其中上游中和区水铁矿以2线水铁矿为主, 下游以6线水铁矿为主. 而各处沉积均具有明显的分层特征,且均为外层以2线水铁矿为主, 内层以6线水铁矿及针铁矿为主. 以水铁矿为主要矿物的中和沉积物对各种有毒有害元素具有较强的吸持作用. 对这些结果的进一步分析表明, 在成因上,pH值和SO2-4的浓度共同控制了水铁矿的形成;在重(类)金属吸持方面,水铁矿的迁移及相应的对AMD中重(类)金属的自净化作用受中和区域的水动力条件影响较大.     

酸缓冲容量对污泥屏障重金属再溶出控制研究

借助污泥中的厌氧微生物活动,污泥屏障可用来固定尾矿堆场的重金属.针对尾矿风化淋滤形成的酸性采矿废水(acidmine drainage,AMD)与污泥屏障相互作用,可能会引起已固定重金属再次溶出问题,通过酸滴定实验,研究了不同厌氧培养时间的污泥悬液的酸缓冲容量及其对重金属再溶出的影响.结果表明,污泥悬液酸缓冲容量与悬液固液比成正比,并随着厌氧还原程度的加深而增加.碳酸盐缓冲体系和有机质缓冲体系对污泥悬液酸缓冲有重要意义.酸滴定实验发现,随着pH降至6.2以下,重金属Zn、Pb和Cu开始快速溶解释放,且释放量符合ZnCuPb.基于实验结果,建立了污泥屏障在AMD渗透条件下酸缓冲容量消耗的数学模型.模拟计算结果表明,对于厚度2.0 m的污泥屏障,即使在10.0 m水头的AMD渗透酸化条件下,有效酸缓冲容量经历666 a之后才能被耗尽,在此时间内污泥屏障具备对重金属的生物化学固定能力.     

酸矿水中重金属人工湿地处理机理研究

人工湿地作为一种低耗高效的污水处理系统逐渐应用于酸矿水的处理。文章对人工湿地去除酸矿水中重金属的各种物理、化学和生物作用发生机理及存在的问题进行了分析,提出今后应加强长期连续的动态监测,深入研究不同类型湿地中各影响因子与处理机理之间的关系,对主要处理机理的定性描述转向定量模型化研究,确立人工湿地接受和处理不同污染物质的最大能力和阈限,为人工湿地污水处理系统的合理设计及管理提供科学依据。     

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.     

石灰石沟-堆肥湿地系统处理酸性矿山废水的研究

为探讨石灰石沟-潜流堆肥湿地系统处理酸性矿山废水(AMD)的效果及影响因素,进行了6个月模拟试验,测定出水水质和植物生长等相关的影响因素.结果表明,石灰石沟可有效提高AMD的pH值,降低其酸度与重金属含量,但随着石灰石沟中氢氧化物的积累,后期处理性能下降;堆肥湿地可显著降低AMD的酸度与重金属,出水酸度随时间持续降低,出水的Cd、Pb在检测限以下,Zn、Cu平均浓度分别为1.8mg/L, 2.6μg/L,均达到农业灌溉水标准,而无前置堆肥的普通湿地后期Cd、Zn、Cu偏高;东南景天在湿地系统也能正常富积Cd/Zn;狭叶香蒲使堆肥湿地的产碱过程受到抑制,出水酸度升高,但其对堆肥湿地的重金属去除没有产生显著影响.     

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(SO₄2-)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.