酸性矿山废水治理新进展

电化学技术应用于防腐蚀方面已十分普遍, 但用于酸性废水的研究还比较少。Shelp等目前正在开展利用电化学技术控制酸性废水的研究, 并取得了阶段性成果。他们将含铁构造中的硫化物作为化学电池的阴极, 以插入酸性废水中的废钢铁作为电池阳极, 然后以地下水构成电池回路。模拟试验表明, 伴随着p H的升高, 溶液中的金属离子的浓度大大降低。Shelp等还用Al和Zn作为消耗阳极, 在硫化物、水、细菌之间形成还原环境, 通过将H⁺转化成H₂来提高酸性废水的p H。尽管这种电化学处理技术还有待于进一步完善, 但有较好的前景。

Shaoan Cheng等^[7]利用生物燃料电池处理模拟酸性废水, 结果表明矿山废水-微生物燃料电池库仑效率超过了97%, 废水中的Fe²⁺可以被氧化成Fe³⁺完全沉淀在阳极上而从水中去除。但是微生物电池处理废水的研究还是只处于实验研究阶段, 其产电效率还有待提高, 处理真正酸性废水的大规模实验还有待研究。

从酸性矿山废水的产生机理来看, 防止氧气与硫铁矿的接触, 控制p H值以及利用抑制剂杀死促进硫铁矿氧化的微生物, 从理论上看可以很好治理酸性矿山废水。对于酸性矿山废水的源头治理方法有:尾矿的水下存储, 地表废石堆的封闭, 尾矿的固化, 保护膜技术等。其中保护膜技术是应用比较多的方法, Sowmya Bulusu等^[8]采用煤燃烧中产生的碱性副产物在黄铁矿表面形成一层保护层, 用滤柱实验验证了其有效性。磷酸盐^[9]和硅^[10]也被认为是适合隔离黄铁矿和外界空气和水分的材料。在自然界中存在着大量的细菌, 会加速黄铁矿的氧化速率。其中, A.F菌是研究较多的一种菌种, 有学者在反应器中固定A.F菌, 结果发现黄铁矿氧化速度达到了3.3 g/ (L·h) ^[11], Francesca Pagnanelli^[12]等发现投加石灰和果渣等碱性物质可以抑制A.F菌氧化黄铁矿的速率。因为这些生物物种繁多, 氧化机理复杂, 要抑制其活动减少对黄铁矿的氧化还是比较困难的。

矿山废水中还有一种危害比较严重的废水, 即浮选废水。因为浮选过程需要向水中投加有机物, 所以浮选废水中含有许多有毒的有机物。Fenton法是一种处理有机物废水的有效方法, 因为酸性矿山废水中含有一定的Fe²⁺, 而且p H值也比较低, 考虑到酸性矿山废水具有对Fenton法有利的优势, Ayse Mahiroglu^[13]采用Fenton法处理铜矿中浮选废水和酸性矿山废水的混合溶液, 结果表明有97%~98%的COD、色度和浊度被去除, Zn²⁺和Cu²⁺的去除率达到85%~97%。且该实验最佳Fe²⁺/H₂O₂比值表明, Fenton法处理铜矿中浮选废水和酸性矿山废水不需要再向水中投加Fe²⁺, 节约了处理成本, 可以达到以废治废的作用。

传统方法是采用自然湿地处理酸性矿山废水, 但是因为自然系统的不可控制性, 通过人工湿地法可以更有效地对酸性矿山废水进行控制和掌握, 其对重金属的去除率要远大于自然湿地法^[14]。Mayes W M^[15]等研究了采用含石灰的工业副产物作为湿地法中基底的人工湿地, 不仅减少了治理费用, 为酸性矿山废水的处理提供了碱度, 有利于金属的沉淀和废水p H值的提高, 也延长了湿地法处理酸性矿山废水的使用寿命。在好氧条件下, Fe²⁺可以被氧化为Fe³⁺形成Fe (OH) ₃胶体, 对酸性矿山废水中的重金属离子和砷有卷扫吸附的作用。为了保证好氧的条件, 保持石灰石表层有一层比较浅的水流, 酸性废水经过好氧湿地时, 其中的Fe²⁺被氧化成Fe³⁺, 五价砷容易与水中的Fe³⁺形成Fe As O₄而被去除^[16]。

许多学者对于处理酸性矿山废水的反应器也进行了研究。由于酸性矿山废水的p H值通常不高, 被还原的S^2-会以H₂S的形式存在, 而高浓度的H₂S会对SRB有一定毒害, 致使SRB的还原作用受到限制。Chuichulcherm^[17]研究一种新型的萃取膜反应器 (EMB-SRB) , 利用能透过H₂S, 但是不能透过微生物的硅橡胶作为膜, 使还原过程产生的H₂S透过密相膜, 与废水中的金属离子结合生成金属硫化物。这一方法既去除了金属离子, 也避免了H₂S对SRB的毒害作用。将H₂S从反应器中用惰性气体吹脱出去是常用的方法, 并取得了较好的结果。也有研究者将这两种方法结合, Foucher^[18]等将一个通入H₂和CO₂的固定床生化反应器和一个气提柱一起使用, 并用氮气气提吹脱H₂S, 同时气提柱液体回流进入反应器, 实现回流。