酸性矿山排水的源头预防技术研究进展

酸性矿山排水由于其高酸度、有毒金属含量和硫酸盐含量造成严重的环境污染,促使人们开发了酸性矿山排水预防、处理技术。但是酸性矿山排水的末端处理方法通常具有昂贵、劳动密集型和耗时等缺点。因此,酸性矿山排水源头预防技术是实现酸性矿山排水“源头零排”的关键技术。描述了酸性矿山排水的形成机制及其对水生态环境造成的危害,介绍了酸性矿山排水预防技术及其抗氧化机制与效果,并探讨了酸性矿山排水预防技术面临的挑战和机遇。物理氧气屏障包括干式覆盖技术、湿式覆盖技术,其作为成熟的酸性矿山排水预防技术已应用于实际矿区酸性矿山排水预防处理,但环境因素的影响制约了其进一步发展。杀菌剂在实验研究阶段中,虽然已经解决了高成本的问题,但是杀菌剂的毒性仍是其待解决的弊端之一。对于表面钝化技术,虽然钝化材料丰富(有机材料、无机材料、复合材料等),使其在酸性矿山排水预防技术的发展中最具有潜力,但是大多数研究都集中于纯黄铁矿系统,复杂环境的稳定性和可持续性尚不清楚。总体而言,低成本、长期稳定处理效果、安全、环保等条件是预防技术未来研究的可行方向。

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.

SRB以油菜秸秆为基质处理酸性矿山排水

文章以乙酸钠作为对照底物,研究分析了在不同铜离子质量浓度下,硫酸盐还原菌(sulfate-reducingbacteria,简称SRB)以油菜秸秆为基质处理酸性矿山排水的过程及其主要影响因素。结果表明:当初始铜离子质量浓度分别为0、6.4、12.8、32.0、48.0mg/L时,反应初期各体系内的pH值从5.0迅速升高到7.0～7.5,实验结束后SO42-去除率都超过了94%,反应器中TOC质量浓度在实验开始几天内均先上升,并在达到峰值后迅速下降;而重金属存在时,以乙酸钠为底物的反应器内SO42-还原速率及去除效率都受到显著抑制。研究还表明,秸秆的吸附作用降低了铜离子对SRB的毒性作用。因此,油菜秸秆为底物不仅可以提供缓释碳源,而且可以作为吸附剂减弱重金属离子对SRB的抑制作用。

酸性矿山排水影响的水库沉积物微量元素地球化学特征

为了解酸性矿山排水(AMD)影响下水库沉积物中微量元素的质量分数水平及其分布特征,对常年受酸性废水影响的贵州兴仁猫石头水库沉积物中26种微量元素的质量分数、相关性及控制因素进行了分析。结果表明:猫石头水库沉积物柱中Sr、Ba、Zr、V、Cr和As质量分数平均值超过了100μg/g,其中As质量分数最高,平均值超过800μg/g;Be、Ta、Co、Ag、Cd、Sn和Se质量分数的平均值都在5μg/g以下;其他元素质量分数平均值则在10~60μg/g之间。相较未受AMD影响的水系沉积物,研究区水库沉积物具有明显的As和Sb富集特征。水库沉积物中Li、Be、Rb、Sr、Cs、Ba、Sc、Y、Zr、Hf、Nb、Ta、Th之间存在显著正相关关系,而As与这些元素之间存在显著负相关关系。元素相关分析、因子分析及微量元素图解表明,Li、Be、Rb、Sr、Cs、Ba、Sc、Y、Zr、Hf、Nb、Ta、Th、Cr、Sb等元素受控于流域岩石化学风化和土壤物理侵蚀,这也是控制研究区元素分布最重要的因素,而Cu、Cd等重金属元素则与AMD对地层中元素的溶蚀析出和有机质等细颗粒物的吸附有关。另外,研究区重金属元素中,Cd、Cu、Pb、Cr、Zn的生态风险轻微,而As和Sb则具有很强的潜在生态风险。

某酸性矿山排水中溶解性有机物的特征分析

采集安徽某酸性矿山排水(AMD)水库不同离岸距离的表水层水样,结合傅立叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)与三维荧光光谱(EEMs)技术对水样中溶解性有机物(DOM)来源和组分特征进行分析.三维荧光结果表明,样品中内源性色氨酸类荧光峰峰强与离岸距离正相关,且基于三维荧光特征指数(FI,HIX,BIX)分析判断DOM主要来自于内源.FT-ICR MS在分子层面进一步表明,内源性组分(脂类,脂肪族/蛋白类,糖类)在近岸点样品DOM所占比重相对较低(66%).AMD中DOM的主要成分为CHO(40%~50%)、CHON(25%~30%)、CHOS(22%~36%)等化合物.DOM包含有高比例的CHOS化合物主要与AMD水体高浓度硫酸盐有关.

酸性矿山排水影响下水库及其入库流域水体细菌多样性与环境因子的关系

为了解酸性矿山废水排水处沿流域至水库底层水体细菌群落结构的沿程变化,探索其环境影响因素.采用高通量测序技术并结合主成分分析(principal component analysis,PCA)方法,对2019年9月采集受酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)影响的12个水样进行研究.结果表明,入库流域水样中细菌群落多样性变化趋势不明显,从表层至底层细菌多样性不断升高.在门水平上受AMD影响的细菌主要由变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes,0.21%—12.96%)、厚壁菌门(Firmicutes,0.15%—14.48%)和放线菌门(Actinobacteria,0.06%—4.64%)构成.其中,变形菌门中的α-变形菌纲(Alphaproteobacteria,2.42%—61.99%)、β-变形菌纲(B etaproteobacteria,1.29%—63.53%)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria,6.41%—63.09%)为优势菌类.从不同空间位置浮游细菌群落组成来看,不动杆菌属(Acinetobacter)在受AMD影响流域上游至水库底层水样中均占较大比例,为2.13%—-57.84%,假单胞菌属(Pseudomonas,3.86%—12.29%)、铁细菌属(Ferrovum,0.97%—13.21%)和拟杆菌属(Bacteroides,0.01%—5.02%)是上游水样中的优势菌属,噬氢菌属(Hydrogenophaga,0—5.94%)、盖氏铁柄杆菌属(Gallionella,1.45%-11.91%)和新鞘氨醇杆菌(Novosphingobium,0—5.34%)是中游占比较大的菌属,红细菌属(Rhodobacter,12.73%—57.52%)是下游水样和水库水样中的优势细菌.造成AMD影响下不同位点处水体浮游细菌群落组成差异的环境因子各不相同,入库流域水体细菌群落主要受NH_(4)^(+)-N、总磷(TP)和SO_(4)^(2-)影响,Mg^(2+)和As^(3+)也与入库流域水体中细菌多样性存在一定相关关系,水库水体中细菌群落主要受水温(T)影响.研究结果将有助于为酸性矿山废水微生物资源及生态环境的研究提供理论依据.

酸性矿山排水及基于微生物的治理方法

采矿污染在全球范围内对生态环境构成了严峻挑战。酸性矿山排水由于其高浓度的硫酸盐含量和较低的pH值使其成为了采矿污染的主要污染之一。本文对矿产开采过程中形成的酸性矿山排水原因进行总结分析,并阐述了酸性矿山排水的危害,同时论述了针对酸性矿山排水基于微生物的一些治理方法,为改善矿产开采环境,解决矿山开采生态污染问题提供理论参考和科学依据。

把Allium cepa L．用作生物指示剂并利用采煤废物处理酸性矿山排水的效率评价

本项研究的目的是，评估把AlliumcepaL．用作生物指示剂并利用煅烧采煤废物处理酸胜矿山排水（AMD）的效率。在利用煅烧采煤废物处理酸性矿山排水前后，测定其pH值和铝、铁、锰、锌、铜、铅和硫酸盐的浓度。把AlliumcepaL．用作阴性对照物（NC）并暴露于未处理和处理过的AMD及矿水中。

高度污染酸性矿山排水的天然预处理与被动修复

伊比利亚黄铁矿区的酸性矿山排水（AMD）具有较高的酸性和金属浓度。以往基于刨花（分散的碱性基质（DAS）中分散的石灰岩砂开展的典型实验证实了一种有效的处理方案。但这种方案并未彻底去除所有釜属，这主要由流入物AMD中较高的二价铁浓度引起。

高度污染酸性矿山排水的长期修复：恢复Odiel流域环境质量的可持续方法

在20个月的正常操作期间内，在西班牙西南部MinaEsperanza地区开展的全尺寸被动处理方案在通风栅中产生了约100mg／L的三价铁。通过这种处理系统去除的平均纯酸度达到1,500mg／LCaC03等价物，且并未出现任何严重的堵塞问题。

酸性矿山排水污染环境中原核生物多样性的追踪：分子方法综述

酸性矿山排水（AMD）通过极低的pH值和高浓度的有毒重金属、非金属和放射性核素浓度降解水生和陆地生态系统，并对公众健康和环境卫生造成了负面影响。因此，这就迫切需要开发环境可持续性技术来修复酸性矿山排水。用于控制和／或缓解自然界和采矿环境中酸性矿山排水有害影响的适当策略的开发，主要取决于局部嗜酸性微生物群落（这些微生物可在pH值≤3的环境中生长）的多样性与组分，这些嗜酸性微生物通过产生硫酸和三价铁能够催化酸性矿山排水的反应。

矿山酸性水中铝相次生矿物及环境学意义的研究进展

酸性矿山排水(AMD)是硫化矿床矿山环境污染防治的难点,因而持续受到国内外学者的关注。众多的学者对矿区AMD中次生矿物进行了研究。为深入了解AMD中次生矿物的形成和演化,为AMD污染防治提供科学依据,笔者对前人不同环境下AMD中的次生矿物类型、次生矿物形成顺序,以及铝相次生矿物的形成、特征、环境危害及意义进行了简要综述。目前与AMD有关的主要次生矿物存在3种类型,即铁相次生矿物、铝相次生矿物和其他相次生矿物,AMD中的pH、Eh和温度对于次生矿物的形成具有控制性的作用。铁、铝相次生矿物具有吸附金属能力,这一性质有助于在一定程度上实现河流的自净化作用。由于AMD形成条件高,矿物相不稳定,目前有关AMD中铝相次生矿物及“酸性白水”的研究成果有限。因此,加强铝相次生矿物以及“酸性白水”的研究,可以更好地解析蒿坪河流域石煤矿区河流酸性磺水-酸性白水的形成演化机制,以及铝相次生矿物吸附重金属的地球化学过程。

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.

Zn(Ⅱ)对生物质碳源处理酸性矿山排水中厌氧微生物活性影响

通过厌氧批实验的方法,探讨了在硫酸盐还原菌(SRB)法处理模拟酸性矿山排水(AMD)的过程中,以油菜秸秆为碳源时,Zn2+浓度对SRB活性的影响.结果表明,在60 d实验中,以油菜秸秆为碳源时,当Zn2+初始浓度在73.7～196.8 mg.L-1范围时,SRB具有良好活性,实验结束时,pH从初始的5.0上升至中性范围,硫酸根还原率达到96%以上,同时Zn2+浓度降至0.05 mg.L-1以下.Tessier固体形态分类、场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析发现,Zn以有机物及硫化物的形态被固定,其中硫化物主要为闪锌矿(ZnS).当Zn2+初始浓度为262.97 mg.L-1时,SRB的活性受到强烈的抑制,实验结束时,pH从初始的5.0降至4.0左右,硫酸根还原率只有27%,Zn2+维持在较高浓度范围(25 mg.L-1).油菜秸秆可以作为SRB法长期处理AMD的缓释碳源,能为微生物生长繁殖提供物质和能量;秸秆的吸附性可降低Zn2+的生物毒性,使得SRB可以适应高浓度的Zn2+;SRB可以通过形成硫化物矿物的形式固定元素Zn.

铜陵相思谷尾矿用于处理酸性矿山排水的实验研究

铜陵相思谷尾矿是夕卡岩型矿床尾矿的典型代表,以富含碳酸盐为特征.为了考察该尾矿砂在AMD淋滤作用下重金属的迁移行为及用于处理AMD的有效性,研究在自行设计的动态实验柱中填充尾矿砂,在保持进水理化性质不变的条件下对其进行80 d的连续淋滤实验,实验过程中定期检测出水的成分,实验结束后对尾矿砂中元素赋存特征进行分析.结果表明,实验过程中出水pH值始终维持在7.5以上;Cu、Zn、Fe离子浓度分别保持在0.1、0.4、1 mg.L-1以下;尾矿砂的渗透系数逐渐降低,由初始的0.23 cm.s-1降至实验结束时的0.10 cm.s-1;固体中元素赋存形态分析结果表明,进水Cu2+、Zn2+主要通过2种作用被固定:Fe氢氧化物的吸持和自身沉淀(形成碳酸盐).研究发现铜陵相思谷尾矿具有较强的酸中和潜力,在中和过程中不仅不会产生重金属离子的淋滤迁移,相反会对其产生沉淀和吸附,因此,可以考虑将该尾矿作为AMD处理的有用材料进行废物利用.

矿山酸性排水的测量方法及评价

文章讨论了近年来提出的几种由于金属矿山(特别是金属硫化物矿山)的开采活动而导致酸性排水发生可能性的预测方法,其中,主要是针对产酸能力和酸中和潜力进行确定的静态实验室方法和计算方法,因为各有优、缺点,故给出了计算方法评价,并说明一些酸性排水预测结果检验技术。

云南省蒙自酸性矿山排水微生物群落结构和功能

为探究酸性矿山排水生态系统不同环境中的微生物群落和功能,全面了解酸性矿山排水的形成和发展规律,采用高通量测序技术研究云南省蒙自某矿区酸矿水坑和周边溪水中的原核微生物群落组成,并结合样本理化特征分析影响群落结构的主要因素,进而解析菌群的环境功能。研究发现酸矿水坑中主要有广古菌门、变形菌门(包括α、γ和δ变形菌纲)、硝化螺菌门、厚壁菌门、放线菌门和酸杆菌门等类群,与周边溪水的群落结构具有明显差异。群落多样性与pH呈显著正相关,而热原体纲(Thermoplasmata)与pH呈负相关,可对群落结构起主导作用。酸矿水坑不同样本中均具有高丰度的亚铁原体属Ferroplasma (6.60%–86.34%),酸硫杆菌属Acidithiobacillus是酸矿水和沉积泥中主要的铁、硫氧化细菌,而专性铁氧化的钩端螺旋菌属Leptospirillum的丰度较低,铁卵形菌属Ferrovum几乎只存在于酸矿水中;此外,嗜酸或耐酸的异养菌广泛分布于酸矿水和沉积泥中,它们可促进铁、硫氧化菌的生长及催化矿石溶解。结果表明,pH通过影响微生物多样性和菌群分布而对酸性矿山排水环境微生物群落结构造成重大影响。

铜陵矿山酸性排水及固体废弃物中的重金属元素

在调查中国铜陵凤凰山铜矿和新桥硫铁矿两种不同类型矿山固体废弃物特征的基础上,研究了矿山尾矿和废石产生酸性排水的可能性及其差异以及矿山固体废弃物中重金属元素的赋存形式。结果表明,凤凰山铜矿的尾矿基本不产生矿山酸性排水,而新桥硫铁矿采矿废石产生矿山酸性排水,并且凤凰山铜矿的尾矿和新桥硫铁矿采矿废石中重金属元素的赋存形式也有差异,前者重金属Cu、Pb、Zn、Cd、As、Hg主要赋存于硅酸盐态中,而后者在还原态中有较高的含量,这反映了在地表条件下尾矿中大量重金属元素已经发生了迁移,而采矿废石已经开始氧化,且酸性排水的存在更有利于废石中重金属元素的迁移和扩散,进而导致矿区周围环境的污染。

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。

酸性矿山废水影响下水库真菌群落特征与环境因子研究

水体浮游真菌是水生生态系统中重要组成部分。为探明水库水体真菌群落结构的变化特征及其与环境因子的相关关系,该文运用高通量DNA测序技术诊断水库水体真菌群落结构的异质性,并结合主成分分析方法研究真菌群落与各水质参数的关系。结果表明,受酸性矿山废水(AMD)影响的水库水体EC、DO、SO_(4)^(2-)及重金属值较高,而pH和DOC含量较低。pH变化范围在4.78~6.13,SO_(4)^(2-)浓度范围在384.13~718.66 mg/L,EC变化范围在399.00~1177.00μS/cm。水体真菌群落高通量DNA测序共发现2073个分类操作单元(OTUs),隶属8个门20个纲240个属,各水库水体优势菌门主要有担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)和壶菌门(Chytridiomycota),毛霉菌门(Mucoromycota)和顶复亚门(Apicomplexa)是未受酸性矿山废水影响水库水体中除担子菌门、子囊菌门和壶菌门外的2个优势门类。主成分分析表明Ascomycota、Basidiomycota和Chytridiomycota受DO正向调控,而与pH、EC、NH_(4)^(+)-N、DOC、SO42-及各重金属离子(Pb^(2+)、Mn^(2+)和Ni^(2+))呈负相关关系。DOC、水温、pH、总磷(TP)正向调控浮游真菌Mucoromycota和Apicomplexa,其中与DOC正相关性在p<0.01水平,与水温在p<0.05水平,EC、Eh、DO、NH_(4)^(+)-N、总氮(TN)及各重金属离子(Pb^(2+)、Mn^(2+)和Ni^(2+))与Mucoromycota和Apicomplexa呈负相关关系,其中与TN达p<0.05水平。由此推测受AMD影响与未受AMD影响水库水体浮游真菌群落与水质参数关系存在异同之处。该研究结果为受AMD影响下水库水质参数与真菌群落结构的偶联机制提供科学依据。