專利名稱：一種修復礦山生態(tài)環(huán)境的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)境保護技術和方法，特別涉及礦山生態(tài)環(huán)境的治理方法，具體地說是一種修復礦山生態(tài)環(huán)境的方法。
背景技術：
礦床由礦石和圍巖組成。開采礦石，必須剝離圍巖。每開采1噸礦石常需要排放數(shù)噸廢石。特別是有色金屬礦石金屬含量一般較低，為了生產(chǎn)1噸金屬往往需要開采數(shù)十噸，成百噸，甚至上千噸礦石。礦山開發(fā)不僅產(chǎn)生巨大的固體廢棄物，而且由于礦山工程改變了原有的地質環(huán)境，使大量在還原環(huán)境穩(wěn)定的硫化物暴露在氧化環(huán)境，由于化學氧化、生物氧化作用，產(chǎn)生嚴重的酸性礦山排水。酸性礦山排水導致嚴重的重金屬污染和生態(tài)環(huán)境破壞，每一座金屬礦山都是一個生態(tài)定時炸彈。即使礦山關閉，這種生態(tài)的危險性依然長期存在。
金屬礦山開發(fā)中要產(chǎn)生各種各樣的廢物包括選礦廢水、冶煉廢水、酸性礦坑水；廢石、尾礦、冶煉渣。廢渣經(jīng)過風化氧化和雨水淋濾又產(chǎn)生酸性重金屬排水。在現(xiàn)有的礦山環(huán)境污染治理中，對廢水的處理主要是中和沉淀，廢石則主要露天堆存為主。對尾礦的處理主要采取尾礦庫堆存，個別礦山實現(xiàn)了尾礦回填。為了防止尾礦和廢石對環(huán)境的污染，進行礦山環(huán)境的修復，多采用石灰處理或覆土覆蓋的方法進行環(huán)境修復。但這些污染治理措施的成本較高，還不能全面推廣。
申請人在對礦坑中生物膜研究中發(fā)現(xiàn)，當?shù)V坑中存在有機質時，可以局部形成厭氧環(huán)境，厭氧生物膜中的硫酸鹽還原菌誘導生物礦化形成重金屬硫化物沉淀，說明在含有重金屬的酸性溶液中，硫酸鹽還原菌誘導生物礦化可以固定重金屬離子，從而防止重金屬的遷移和環(huán)境污染。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在修復礦山生態(tài)環(huán)境，所要解決的技術問題是通過對金屬礦山酸性排水和重金屬污染的治理實現(xiàn)礦山生態(tài)環(huán)境的修復。
在礦山中，特別是金屬礦山，尾礦庫通常是堆存尾礦的場所，而本發(fā)明則將尾礦庫作為礦山環(huán)境污染綜合治理的場所。治理的思路是在尾礦庫中人為營造一個還原環(huán)境，使硫酸鹽還原菌成為活躍的微生物群，在微生物的作用下，發(fā)生硫酸鹽的還原作用，產(chǎn)生硫離子。通過硫離子對重金屬的沉淀作用，固化重金屬，并提高淋濾水的pH值，防止尾礦表層淋濾的重金屬、廢石淋濾的重金屬和選礦廢水中的重金屬以及礦坑水中的重金屬遷移，并消除酸性排水。
本發(fā)明具體技術方案是首先把金屬礦山開發(fā)中產(chǎn)生的選礦廢水、冶煉廢水、酸性礦坑水、礦石堆場淋濾水、廢石、尾礦、冶煉渣等集中到尾礦庫中。然后接種硫酸鹽還原菌，即向尾礦庫中投加污泥，如城市污泥或/和池塘淤泥或/和河底淤泥或/和廢水處理池污泥等，最后向尾礦庫中投加可以被微生物降解的有機物。有機物投加量以控制尾礦庫中水-固界面處于厭氧環(huán)境、滿足硫酸鹽還原菌還原硫酸鹽所需的氧化還原電位為準。所述的有機物包括生活污水或/和有機廢水或/和有機廢液或/和有機固體廢棄物等。
通過監(jiān)控尾礦庫中水體的溶解氧狀態(tài)、滲濾水的pH值和重金屬離子濃度來觀察處理效果。
本技術方案具體操作步驟是a、向尾礦庫中添加(新建的尾礦庫在建設之初添加，正在服役的尾礦庫邊使用邊添加，已退役的尾礦庫直接在表面添加)一定量的有機物，投加的有機物可以是任何一種可以被硫酸鹽還原菌利用的有機廢物，如生活污水、有機廢水、有機廢液或有機固體廢棄物。有機物投加量以控制尾礦庫中水-固界面處于厭氧環(huán)境、滿足硫酸鹽還原菌還原硫酸鹽所需的氧化還原電位為準。該氧化還原電位≤-100mV。
b、把金屬礦山開發(fā)中產(chǎn)生的選礦廢水、治煉廢水、酸性礦坑水、礦石堆場淋濾水、廢石、尾礦、冶煉渣等集中到尾礦庫中。
c、向尾礦庫的有機物中投加一定量的污泥，以接種硫酸鹽還原菌。
投加的有機物在微生物作用下分解，產(chǎn)生硫酸鹽還原菌可利用的有機酸。尾礦庫中在有機物存在時，硫酸鹽還原菌作用下發(fā)生如下反應方程 M2+代表Fe、Cu、Zn、Cd、Ni、Co、Pb、Mn等離子。
向尾礦庫中投加有機物后，在微生物作用下形成微生膜這一厭氧環(huán)境，滿足并促使硫酸鹽還原菌的繁殖和誘導生物礦化作用，在尾礦庫中形成微生物膜—硫酸鹽還原菌還原—誘導硫化物沉淀這一復合的地球化學障，從而避免酸性排水的生成和重金屬離子的遷移。并且，由于新生硫化物的沉淀，填充尾礦顆?？障?，降低尾礦空隙度和滲透系數(shù)，在尾礦庫關閉之后，由于空隙率和滲透系數(shù)低，可以有效阻止空氣和水的滲透，阻止氧氣的滲入，再加上復合地球化學障的作用，尾礦庫可以長期穩(wěn)定。這一地球化學障是原生態(tài)環(huán)境本來就具有的，由于礦山的開發(fā)破壞了這一地球化學障，而本發(fā)明通過在尾礦庫中對礦山環(huán)境污染的綜合治理，又修復了這一地球化學障，利用生物誘導礦化的作用，使不穩(wěn)定的金屬礦山尾礦庫變成永久穩(wěn)定的污染廢棄物堆積體，從而實現(xiàn)了礦山生態(tài)環(huán)境的修復。
本發(fā)明方法的特點尾砂庫既是金屬礦山存放固體廢棄物的場所，又是礦山污水綜合治理的場所。由于通過投加有機物在尾礦庫中造成一個防止重金屬離子遷移的地球化學障，可以保證尾礦庫長期穩(wěn)定。不用投加堿性藥劑進行酸性礦山廢水的中和。既可以節(jié)省礦山建造污水處理廠巨額投資，又可以利用硫酸鹽還原菌生物礦化重金屬，防止尾砂庫內重金屬淋濾遷出污染環(huán)境。
與已有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1、通過添加礦區(qū)生活污水，或垃圾滲濾液，或污水處理廠污泥，或農(nóng)業(yè)廢棄物就可以實現(xiàn)處理選礦廢水、冶煉廢水、酸性礦坑水、廢石、尾礦、冶煉渣等，消除潛在污染源，成本低，適合中國的國情，可在全國有20多萬處礦山大規(guī)模推廣。
2、使尾礦庫成為礦山廢物綜合治理的場所，避免了為處理此類廢棄物建造專門處理設施，可以為礦山企業(yè)節(jié)省一大筆基建費用，提高礦山企業(yè)治理污染的積極性。
3、通過回收重金屬硫化物來重新利用尾礦中的資源，提高資源利用率，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟。
四

圖1所示為本發(fā)明利用硫酸鹽還原菌生物礦化作用進行礦山環(huán)境污染綜合治理工藝示意圖。
五具體實施例方式
現(xiàn)以實驗室模擬試驗為例，非限定實施例敘述如下實施例1模擬新建尾礦庫，在尾礦庫底部鋪設秸稈來控制礦山重金屬污染。在直徑10cm、高度1.5m的模擬實驗柱中底部加入秸稈，構成有機物層，填充高度10cm，在秸稈中加入100ml城市生物污泥接種細菌，然后加入尾礦，裝填高度100cm。以濃度為含鋅離子濃度為20mg/L、硫酸根離子濃度為100mg/L、pH為5的模擬水，加入模擬實驗柱，靜置3天以連續(xù)方式進模擬水，待實驗系統(tǒng)穩(wěn)定后檢測出水的pH值、鋅離子濃度、硫酸根離子濃度。鋅離子測定用4-2-吡啶偶氮間苯二酚分光光度法，硫酸根的測定采用鉻酸鋇分光光度法測定。出水鋅離子濃度小于0.6mg/L，硫酸根離子濃度小于10mg/L，pH值大于6。
實施例2
模擬在服役尾礦庫，在尾礦庫中直接投加有機物來控制礦山重金屬污染。按照0.01％的比例把秸稈加入到尾礦沙中混勻，接種城市生活污泥，再加入混合尾礦到直徑10cm、高度1.5m的模擬實驗柱中，裝填高度100cm。以濃度為含鋅離子濃度為20mg/L、硫酸根離子濃度為100mg/L、pH為5的模擬水，加入模擬實驗柱，靜置3天以連續(xù)方式進模擬水，待實驗系統(tǒng)穩(wěn)定后檢測出水的pH值、鋅離子濃度、硫酸根離子濃度。鋅離子測定用4-2-吡啶偶氮間苯二酚分光光度法，硫酸根的測定采用鉻酸鋇分光光度法測定。出水鋅離子濃度小于1.0mg/L，硫酸根離子濃度小于20mg/L，pH值大于6。
實施例3模擬在服役尾礦庫，在尾礦庫中直接投加有機物來控制礦山重金屬污染。在直徑10cm、高度1.5m的模擬實驗柱中裝填高度100cm尾礦沙。以濃度為含鋅離子濃度為20mg/L、硫酸根離子濃度為100mg/L、pH為5的模擬水與生活污水按照100∶1的比例同時加入模擬實驗柱，控制濾速為0.1-3m/d，運行3天后系統(tǒng)基本穩(wěn)定，取樣檢測出水的pH值、鋅離子濃度、硫酸根離子濃度。鋅離子測定用4-2-吡啶偶氮間苯二酚分光光度法，硫酸根的測定采用鉻酸鋇分光光度法測定。出水鋅離子濃度小于1.0mg/L，硫酸根離子濃度小于50mg/L，pH值大于6。
權利要求
1.一種修復礦山生態(tài)環(huán)境的方法，包括礦山環(huán)境污染的治理，其特征在于把礦山開發(fā)中產(chǎn)生的選礦廢水、冶煉廢水、酸性礦坑水、礦石堆場淋濾水以及廢石、尾礦、冶煉渣都投加到尾礦庫中，同時接種硫酸鹽還原菌并投加可以被微生物降解的有機物，有機物的投加量以尾礦庫中水-固界面處于厭氧環(huán)境、滿足硫酸鹽還原菌還原硫酸鹽所需的氧化還原電位為準。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的接種硫酸鹽還原菌即是向尾礦庫中投加污泥，所述的污泥包括城市污泥或/和池塘淤泥或/和河底淤泥或/和廢水處理池污泥。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的有機物包括生活污水或/和有機廢水或/和有機廢液或/和有機固體廢棄物。
全文摘要
一種修復礦山生態(tài)環(huán)境的方法，包括礦山環(huán)境污染的治理，把礦山開發(fā)中產(chǎn)生的尾礦、廢石、冶煉渣、選礦廢水、冶煉廢水、酸性礦坑水和礦石堆場淋濾水等集中到尾礦庫中，同時投加污泥和能被微生物降解的有機物，在尾礦庫中人為營造一個厭氧環(huán)境，在微生物和硫酸鹽還原菌的作用下，產(chǎn)生硫離子并使尾礦庫中水的pH值上升，硫離子沉淀固化各種重金屬離子以防止其遷移，在尾礦庫中再生生物膜層－硫酸鹽還原菌還原－誘導生物礦化沉淀復合地球化學障。通過對礦山環(huán)境污染綜合治理實現(xiàn)礦山生態(tài)環(huán)境的修復。本發(fā)明技術既可以用于在服役期尾礦庫污染防治，也可以適用于關閉礦山尾礦庫的生態(tài)修復，或者在新建礦山尾礦庫時運用本發(fā)明技術進行尾礦庫的設計。
文檔編號C02F103/10GK101037268SQ200710021718
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權日2007年4月20日
發(fā)明者陳天虎, 周本軍, 何準, 慶承松, 朱承駐, 閆峻, 岳統(tǒng)波 申請人:合肥工業(yè)大學