专利名称：一种修复矿山生态环境的方法
技术领域：
本发明涉及一种环境保护技术和方法，特别涉及矿山生态环境的治理方法，具体地说是一种修复矿山生态环境的方法。
背景技术：
矿床由矿石和围岩组成。开采矿石，必须剥离围岩。每开采1吨矿石常需要排放数吨废石。特别是有色金属矿石金属含量一般较低，为了生产1吨金属往往需要开采数十吨，成百吨，甚至上千吨矿石。矿山开发不仅产生巨大的固体废弃物，而且由于矿山工程改变了原有的地质环境，使大量在还原环境稳定的硫化物暴露在氧化环境，由于化学氧化、生物氧化作用，产生严重的酸性矿山排水。酸性矿山排水导致严重的重金属污染和生态环境破坏，每一座金属矿山都是一个生态定时炸弹。即使矿山关闭，这种生态的危险性依然长期存在。
金属矿山开发中要产生各种各样的废物包括选矿废水、冶炼废水、酸性矿坑水；废石、尾矿、冶炼渣。废渣经过风化氧化和雨水淋滤又产生酸性重金属排水。在现有的矿山环境污染治理中，对废水的处理主要是中和沉淀，废石则主要露天堆存为主。对尾矿的处理主要采取尾矿库堆存，个别矿山实现了尾矿回填。为了防止尾矿和废石对环境的污染，进行矿山环境的修复，多采用石灰处理或覆土覆盖的方法进行环境修复。但这些污染治理措施的成本较高，还不能全面推广。
申请人在对矿坑中生物膜研究中发现，当矿坑中存在有机质时，可以局部形成厌氧环境，厌氧生物膜中的硫酸盐还原菌诱导生物矿化形成重金属硫化物沉淀，说明在含有重金属的酸性溶液中，硫酸盐还原菌诱导生物矿化可以固定重金属离子，从而防止重金属的迁移和环境污染。
发明内容
本发明旨在修复矿山生态环境，所要解决的技术问题是通过对金属矿山酸性排水和重金属污染的治理实现矿山生态环境的修复。
在矿山中，特别是金属矿山，尾矿库通常是堆存尾矿的场所，而本发明则将尾矿库作为矿山环境污染综合治理的场所。治理的思路是在尾矿库中人为营造一个还原环境，使硫酸盐还原菌成为活跃的微生物群，在微生物的作用下，发生硫酸盐的还原作用，产生硫离子。通过硫离子对重金属的沉淀作用，固化重金属，并提高淋滤水的pH值，防止尾矿表层淋滤的重金属、废石淋滤的重金属和选矿废水中的重金属以及矿坑水中的重金属迁移，并消除酸性排水。
本发明具体技术方案是首先把金属矿山开发中产生的选矿废水、冶炼废水、酸性矿坑水、矿石堆场淋滤水、废石、尾矿、冶炼渣等集中到尾矿库中。然后接种硫酸盐还原菌，即向尾矿库中投加污泥，如城市污泥或/和池塘淤泥或/和河底淤泥或/和废水处理池污泥等，最后向尾矿库中投加可以被微生物降解的有机物。有机物投加量以控制尾矿库中水-固界面处于厌氧环境、满足硫酸盐还原菌还原硫酸盐所需的氧化还原电位为准。所述的有机物包括生活污水或/和有机废水或/和有机废液或/和有机固体废弃物等。
通过监控尾矿库中水体的溶解氧状态、渗滤水的pH值和重金属离子浓度来观察处理效果。
本技术方案具体操作步骤是a、向尾矿库中添加(新建的尾矿库在建设之初添加，正在服役的尾矿库边使用边添加，已退役的尾矿库直接在表面添加)一定量的有机物，投加的有机物可以是任何一种可以被硫酸盐还原菌利用的有机废物，如生活污水、有机废水、有机废液或有机固体废弃物。有机物投加量以控制尾矿库中水-固界面处于厌氧环境、满足硫酸盐还原菌还原硫酸盐所需的氧化还原电位为准。该氧化还原电位≤-100mV。
b、把金属矿山开发中产生的选矿废水、治炼废水、酸性矿坑水、矿石堆场淋滤水、废石、尾矿、冶炼渣等集中到尾矿库中。
c、向尾矿库的有机物中投加一定量的污泥，以接种硫酸盐还原菌。
投加的有机物在微生物作用下分解，产生硫酸盐还原菌可利用的有机酸。尾矿库中在有机物存在时，硫酸盐还原菌作用下发生如下反应方程 M2+代表Fe、Cu、Zn、Cd、Ni、Co、Pb、Mn等离子。
向尾矿库中投加有机物后，在微生物作用下形成微生膜这一厌氧环境，满足并促使硫酸盐还原菌的繁殖和诱导生物矿化作用，在尾矿库中形成微生物膜—硫酸盐还原菌还原—诱导硫化物沉淀这一复合的地球化学障，从而避免酸性排水的生成和重金属离子的迁移。并且，由于新生硫化物的沉淀，填充尾矿颗粒空隙，降低尾矿空隙度和渗透系数，在尾矿库关闭之后，由于空隙率和渗透系数低，可以有效阻止空气和水的渗透，阻止氧气的渗入，再加上复合地球化学障的作用，尾矿库可以长期稳定。这一地球化学障是原生态环境本来就具有的，由于矿山的开发破坏了这一地球化学障，而本发明通过在尾矿库中对矿山环境污染的综合治理，又修复了这一地球化学障，利用生物诱导矿化的作用，使不稳定的金属矿山尾矿库变成永久稳定的污染废弃物堆积体，从而实现了矿山生态环境的修复。
本发明方法的特点尾砂库既是金属矿山存放固体废弃物的场所，又是矿山污水综合治理的场所。由于通过投加有机物在尾矿库中造成一个防止重金属离子迁移的地球化学障，可以保证尾矿库长期稳定。不用投加碱性药剂进行酸性矿山废水的中和。既可以节省矿山建造污水处理厂巨额投资，又可以利用硫酸盐还原菌生物矿化重金属，防止尾砂库内重金属淋滤迁出污染环境。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在1、通过添加矿区生活污水，或垃圾渗滤液，或污水处理厂污泥，或农业废弃物就可以实现处理选矿废水、冶炼废水、酸性矿坑水、废石、尾矿、冶炼渣等，消除潜在污染源，成本低，适合中国的国情，可在全国有20多万处矿山大规模推广。
2、使尾矿库成为矿山废物综合治理的场所，避免了为处理此类废弃物建造专门处理设施，可以为矿山企业节省一大笔基建费用，提高矿山企业治理污染的积极性。
3、通过回收重金属硫化物来重新利用尾矿中的资源，提高资源利用率，实现循环经济。
四
图1所示为本发明利用硫酸盐还原菌生物矿化作用进行矿山环境污染综合治理工艺示意图。
五具体实施例方式
现以实验室模拟试验为例，非限定实施例叙述如下实施例1模拟新建尾矿库，在尾矿库底部铺设秸秆来控制矿山重金属污染。在直径10cm、高度1.5m的模拟实验柱中底部加入秸秆，构成有机物层，填充高度10cm，在秸秆中加入100ml城市生物污泥接种细菌，然后加入尾矿，装填高度100cm。以浓度为含锌离子浓度为20mg/L、硫酸根离子浓度为100mg/L、pH为5的模拟水，加入模拟实验柱，静置3天以连续方式进模拟水，待实验系统稳定后检测出水的pH值、锌离子浓度、硫酸根离子浓度。锌离子测定用4-2-吡啶偶氮间苯二酚分光光度法，硫酸根的测定采用铬酸钡分光光度法测定。出水锌离子浓度小于0.6mg/L，硫酸根离子浓度小于10mg/L，pH值大于6。
实施例2
模拟在服役尾矿库，在尾矿库中直接投加有机物来控制矿山重金属污染。按照0.01％的比例把秸秆加入到尾矿沙中混匀，接种城市生活污泥，再加入混合尾矿到直径10cm、高度1.5m的模拟实验柱中，装填高度100cm。以浓度为含锌离子浓度为20mg/L、硫酸根离子浓度为100mg/L、pH为5的模拟水，加入模拟实验柱，静置3天以连续方式进模拟水，待实验系统稳定后检测出水的pH值、锌离子浓度、硫酸根离子浓度。锌离子测定用4-2-吡啶偶氮间苯二酚分光光度法，硫酸根的测定采用铬酸钡分光光度法测定。出水锌离子浓度小于1.0mg/L，硫酸根离子浓度小于20mg/L，pH值大于6。
实施例3模拟在服役尾矿库，在尾矿库中直接投加有机物来控制矿山重金属污染。在直径10cm、高度1.5m的模拟实验柱中装填高度100cm尾矿沙。以浓度为含锌离子浓度为20mg/L、硫酸根离子浓度为100mg/L、pH为5的模拟水与生活污水按照100∶1的比例同时加入模拟实验柱，控制滤速为0.1-3m/d，运行3天后系统基本稳定，取样检测出水的pH值、锌离子浓度、硫酸根离子浓度。锌离子测定用4-2-吡啶偶氮间苯二酚分光光度法，硫酸根的测定采用铬酸钡分光光度法测定。出水锌离子浓度小于1.0mg/L，硫酸根离子浓度小于50mg/L，pH值大于6。
权利要求
1.一种修复矿山生态环境的方法，包括矿山环境污染的治理，其特征在于把矿山开发中产生的选矿废水、冶炼废水、酸性矿坑水、矿石堆场淋滤水以及废石、尾矿、冶炼渣都投加到尾矿库中，同时接种硫酸盐还原菌并投加可以被微生物降解的有机物，有机物的投加量以尾矿库中水-固界面处于厌氧环境、满足硫酸盐还原菌还原硫酸盐所需的氧化还原电位为准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的接种硫酸盐还原菌即是向尾矿库中投加污泥，所述的污泥包括城市污泥或/和池塘淤泥或/和河底淤泥或/和废水处理池污泥。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的有机物包括生活污水或/和有机废水或/和有机废液或/和有机固体废弃物。
全文摘要
一种修复矿山生态环境的方法，包括矿山环境污染的治理，把矿山开发中产生的尾矿、废石、冶炼渣、选矿废水、冶炼废水、酸性矿坑水和矿石堆场淋滤水等集中到尾矿库中，同时投加污泥和能被微生物降解的有机物，在尾矿库中人为营造一个厌氧环境，在微生物和硫酸盐还原菌的作用下，产生硫离子并使尾矿库中水的pH值上升，硫离子沉淀固化各种重金属离子以防止其迁移，在尾矿库中再生生物膜层－硫酸盐还原菌还原－诱导生物矿化沉淀复合地球化学障。通过对矿山环境污染综合治理实现矿山生态环境的修复。本发明技术既可以用于在服役期尾矿库污染防治，也可以适用于关闭矿山尾矿库的生态修复，或者在新建矿山尾矿库时运用本发明技术进行尾矿库的设计。
文档编号C02F103/10GK101037268SQ200710021718
公开日2007年9月19日 申请日期2007年4月20日 优先权日2007年4月20日
发明者陈天虎, 周本军, 何准, 庆承松, 朱承驻, 闫峻, 岳统波 申请人:合肥工业大学