还原屏障控制重金属污染的可行性研究

发布时间：2020-05-16 19:29

【摘要】： 采矿废弃物中的硫化矿物在遇到空气和水后会氧化产生酸性矿山废水(Acid Mine Drainage, AMD)。酸性矿山废水的pH非常低,且其中含有大量的重金属和硫酸盐。酸性矿山废水对矿区周围环境的污染已经成为全世界采矿工业共同面临的严峻问题。目前,解决酸性矿山废水污染问题的方法主要包括两大类,一类是从源头上控制酸性矿山废水的产生；另一类是对已产生的酸性矿山废水进行生物或化学处理。从源头上控制酸性矿山废水的产生是现在解决酸性矿山废水污染问题的优先选择。顶部覆盖、加碱混合处置、喷洒灭菌剂抑制细菌活动等都是常用的酸性矿山废水源头控制方法。分选出产酸能力极强的采矿废弃物,并利用设置了完备衬垫系统的包封设施对它们进行填埋处置,是一种新的酸性矿山废水源头控制方法。现在,用于包封采矿废弃物的衬垫系统主要有压实粘土衬垫(Compacted Clay Liner, CCL)、土工合成粘土衬垫(Geosynthetic Clay Liner, GCL)和土工膜(Geomembrane, GM)。 “还原屏障”是由兰州大学提出的针对采矿废弃物处置场开发的新型屏障系统。它是一种具有微生物活性、内部处于强烈还原状态的低渗透性屏障。它不仅可以通过极低的渗透系数来限制重金属污染物的迁移,还可以利用自身内部微生物呼吸作用所导致的强烈还原环境实现对重金属污染物的固定。本研究的目标是评价城市污水处理厂污泥作为还原屏障制作材料的可行性以及污泥还原屏障在采矿废弃物处置场底部使用的可靠性。在本研究中,通过批式吸附试验和厌氧微生物培养试验两种方法揭示了污泥对重金属的阻滞机制。批式吸附试验结果表明污泥对重金属具有较强的吸附能力,其对Zn2+和Cd2+的吸附量分别达到了13.62 mg·g-1和15.60 mg·g-1。厌氧微生物培养试验的结果表明,微生物呼吸作用可以将污泥悬液由氧化态驱动到强烈还原态,进而促使污泥悬液体系内硫酸盐还原反应发生,最终导致污泥悬液内重金属离子浓度降低。使用柔性壁渗透仪对污泥试样的渗透系数进行了测定。试验结果表明,污泥试样的渗透系数小于1.0×10-7 cm/s,达到了采矿废弃物处置场的防渗设计标准。污泥试样内的微生物活动会降低自身的渗透系数。通过渗透试验研究了污泥试样与酸性孔隙液之间的相容性。试验结果表明,在酸性孔隙液的渗透作用下,污泥试样的渗透系数会逐渐增大。本研究的结果表明,污泥是还原屏障合适的制作材料。污泥还原屏障的强烈还原状态有助于全面降低重金属的活动性,实现固定重金属的环境工程目标。在酸性孔隙液作用下,污泥还原屏障渗透系数有增大的趋势。因此,污泥还原屏障在用于AMD控制时,需要通过添加其它碱性物质来弥补其长期酸缓冲能力的不足。
【图文】：

示意图,酸性矿山废水,产生源

/代士乏李轰，二图2一1酸性矿山废水产生源(据Ferguson和EricksonI4))在整个采矿区，酸性矿山废水的产生源有很多[3，4]，见图2一1。其中尾矿库和废石堆场是酸性矿山废水的两个重要产生源。在采矿过程中剥离大量的表土和基岩，它们都被堆存在废石堆场中;选矿过程中所产生的尾矿砂，除了少量得到资源化利用以外，其余绝大部分都是通过尾矿库进行堆放处置的。废石堆场和尾矿库的酸性矿山废水产生过程可以通过图2一2进行简单的描述。废石堆场和尾矿库的顶部一般为非饱和区域，氧气可以自由进入，采矿废弃物中的硫化矿物与空气、水反应后形成了酸性极强的孔隙液，这些孔隙液中含有大量的重金属离子和硫酸舒舒““苍七赢豪豪含含/洲洲图2一2酸性矿山废水形成示意图(据Ribet等人l5]修改)

酸性矿山废水,示意图,尾矿库,产生源

尾矿坝\\废石堆场/代士乏李轰，二图2一1酸性矿山废水产生源(据Ferguson和EricksonI4))在整个采矿区，酸性矿山废水的产生源有很多[3，4]，见图2一1。其中尾矿库和废石堆场是酸性矿山废水的两个重要产生源。在采矿过程中剥离大量的表土和基岩，它们都被堆存在废石堆场中;选矿过程中所产生的尾矿砂，除了少量得到资源化利用以外，其余绝大部分都是通过尾矿库进行堆放处置的。废石堆场和尾矿库的酸性矿山废水产生过程可以通过图2一2进行简单的描述。废石堆场和尾矿库的顶部一般为非饱和区域，氧气可以自由进入，采矿废弃物中的硫化矿物与空气、水反应后形成了酸性极强的孔隙液
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703

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