金属硫化物矿区环境污染的源头控制与修复技术

金属硫化物矿区尾矿的自然风化可产生大量含重金属和硫酸根离子的酸性矿山废水,造成矿区及下游水体和土壤的严重污染.文中介绍了笔者及其团队的相关研究工作:基于矿山尾矿的化学及微生物氧化机理,开发了缓释杀菌剂以抑制微生物氧化,并制备出以三乙烯四胺二硫代氨基甲酸钠为代表的尾矿钝化剂,隔断尾矿与空气、水和微生物的接触,抑制尾矿的氧化,实现从源头上控制重金属和硫酸根离子的释放;针对矿区重金属和硫酸根离子主要通过水体迁移造成周围环境污染的现状,开发了利用改性玉米秸秆、花生壳、稻草等吸附材料去除重金属和硫酸根离子的技术,并通过硫酸盐还原菌在改性吸附材料上的固定化构建了能同时去除重金属和硫酸根的生化功能材料.此外,还开发了利用经济作物玉米来修复污染土壤的"边生产-边修复"技术,实现了农业生产与土壤修复的同时进行.     

硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的研究进展

酸性矿山废水(AMD)带来的重金属污染带来严重环境问题. 要解决此问题,利用硫酸盐还原菌( SRB)对酸性矿山废水进行生物处理是一种具有广阔应用前景同时又存在局限性的技术. 文章综述了SRB应用于酸性矿山废水处理时对各种重金属离子的去除机理、效果与优缺点,同时对SRB法处理AMD的工艺形式和碳源选择等进行了讨论和展望.     

硫酸盐还原菌处理模拟酸性矿山废水

针对重金属酸性矿山废水酸度和重金属浓度较高的问题,通过静态批实验,采用游离硫酸盐还原菌(SRB)、 SRB厌氧污泥、固定化SRB球状颗粒等修复材料处理模拟酸性矿山废水重金属离子(Zn~(2+)、 Cd~(2+)),探究3种修复材料的处理效果及机理。结果表明,固定化SRB球状颗粒、 SRB厌氧污泥处理重金属酸性矿山废水的效果好于游离SRB的,对硫酸根、重金属的去除效率较高,聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)包埋法制备的固定化SRB颗粒中的还原铁和生物炭能够提高SRB的活性和SRB对重金属的耐受性,同时包埋法避免SRB与重金属酸性矿山废水的直接接触。     

矿山废水污染与防治

为了保护水资源和矿区环境，必须采取有效的技术措施，使矿山废水净化、复用，以保护短缺的水资源，综合分析了矿山废水的主要来源，矿山废水中的污染物及其危害；针对煤炭矿山废水的特点，提出了矿山废水污染的综合防治措施；以及矿井水、矿山酸性水、矿山含有毒有害元素及放射性元素废水等几种常见矿山的处理方法和矿区地下水资源的保护措施。     

硫酸盐还原菌处理含重金属废水的实验研究

含重金属的工业废水和矿山酸性废水的处理是当前一个重要的环境问题。从有色金属矿山尾矿库分离培养出硫酸盐还原菌混合菌群,并进行了耐重金属的驯化培养。利用驯化培养的硫酸盐还原菌对不同组成和浓度的废水进行了处理实验,结果表明,所培养的硫酸盐还原菌混合菌群可有效去除废水中的硫酸盐和Cu、Cd、Pb、Zn等重金属,去除率可达到75%以上。     

芽孢杆菌Z-y3对Pb(Ⅱ)吸附特性及机理

从重金属污染土壤中筛选出一株在酸性条件下对Pb(Ⅱ)有良好去除效果的芽孢杆菌Bacillus sp.(Z-y3),研究了其去除机理.结果发现:在酸性条件下,该菌能产碱,去除效果受环境p H影响较小且吸附迅速.通过XRD、SEM-EDS、FTIR、XPS等分析手段对该菌的吸附机理进行了研究,发现该菌株主要通过表面静电吸附、离子交换、产碱沉淀等方式,利用胞外蛋白多聚物、多糖的羟基和氨基结合重金属Pb(Ⅱ),并形成难溶晶体达到吸附重金属Pb(Ⅱ)的效果.该菌在较低酸性条件下对中低浓度的Pb(Ⅱ)有高效的去除效果,对铅污染土壤修复有一定的应用价值.     

某硫化物矿周边土壤重金属来源探究

重金属污染是矿山开发过程中的重要环境污染形式,如何更有效地对矿山重金属污染评价一直以来受到密切关注.层次聚类分析法和主成分分析法能够通过简化数据来反映原来多变量的大部分信息,可以用来对重金属潜在污染特征进行研究.以某矿区周边土壤中的重金属为研究对象,采用层次聚类分析法和主成分分析法对矿山开发引起的重金属污染进行了研究,结果显示整个矿区表层土壤潜在污染以Pb、Zn、Cu为主,12个研究点被分为四类,第一类采样点重金属元素主要来自铁龙尾矿库和交通,第二类采样点的重金属元素主要来自尾矿库、交通、土壤母质以及一些未知污染源,第三类和第四类采样点的重金属元素主要来自于交通和土壤母质.     

酸性矿山排水对岩溶地下水的影响——基于特征污染物Fe、Mn、As等的对比

本文以贵州省兴仁县交乐村猫石头水库下游受酸性矿山废水污染的水体以及岩溶地下水为研究对象,通过当地农田沟渠改道前后水体特征污染物Fe、Mn、As等的变化特征,阐述矿山酸性水体对岩溶地下水水质的影响.结果表明,天然溪沟对酸性矿山水水体的自净明显,而溪流改造工程导致矿山酸性水体快速向下游扩散.受酸性矿山水污染的岩溶地下水经过一系列的水体自我修复作用,污染程度有一定的减缓,但仍高于相应的区域背景值.而沟渠改造切断酸性矿山水与岩溶地下水系统的水力联系后,经过较短时间的地下水体的自我修复,其所有重金属含量均可还原到区域背景值.     

改性生物质材料对模拟废水中Cu离子吸附研究

采用改性生物质吸附材料,对去除模拟废水中重金属Cu离子的吸附影响因素展开研究.通过单因素和正交试验,对影响吸附效果的生物质材料花生壳投加量、反应体系pH、反应时间、反应温度等变量进行了考察.结果显示,在Cu离子初始浓度50mg/L、反应体系pH4、反应温度20℃、反应时间120min、花生壳投放量0.8g/100mL时,对Cu离子吸附效果最好,吸附率可达90.63%;各因素对吸附模拟废水中重金属Cu离子的影响顺序为pH反应温度反应时间投加量.研究表明,花生壳对模拟废水中重金属Cu离子具有良好的去除作用,但其实际应用有待于进一步探讨.     

土壤重金属污染现状及微生物修复技术研究进展

分析了土壤重金属污染现状及其土壤污染源,研究发现污染源以矿山开采和电镀厂的废水排放为主.对比研究了物理化学修复和生物修复技术的优缺点,其中生物修复技术具有成本低、效果好、操作简单等优势,因此是一个新兴的修复方向.生物修复技术包括植物修复技术和微生物修复技术,目前微生物修复技术的研究主要以微生物吸附和氧化还原重金属及微生物矿化固结重金属离子为主,其中微生物矿化固结土壤中重金属离子的修复技术可通过微生物分泌有机质的控制将离子态重金属离子转变为固态矿物.最后提出了微生物修复技术的发展趋势及研究方向.     

用于废水中重金属吸附的核桃壳吸附剂制备方法研究进展

核桃壳因其具有木质素含量高、质地坚硬且多微孔、有巨大比表面积、产生周期短及产量大、廉价等特点,常被用作去除废水中重金属离子高效的吸附剂。以核桃壳吸附剂制备及应用于废水中重金属离子吸附研究的近5年相关文献为基础,综述了核桃壳的吸附剂的类别和制备方法的研究进展,并指出了对含重金属废水核桃壳吸附处理技术研究的挑战和工业应用的发展方向。研究结果可为核桃壳的资源化利用及工业废水的净化处理提供技术参考。     

Applications of graphene-based materials in environmental protection and detection

Many efficient adsorbents and sensors based on graphene and functionalized graphene have been constructed for the removal and detection of environmental pollutants due to its unique physicochemical properties. In this article, recent research achievements are reviewed on the application of graphene-based materials in the environmental protection and detection. For environmental protection, modified graphene can adsorb heavy metal ions in a high efficiency and selectivity, and thus reduces them to metals for recycling. High adsorption capacity of graphene-based materials to kinds of organic pollutants in water was also presented. Several graphene-based sensors with high limit of detection were reported to detect heavy metal ions, toxic gases and organic pollutants in environment. Finally, a perspective on the future challenge of adsorbents and detection devices based on graphene is given.     

玉米秸秆生物炭对重金属镉、铅的吸附性能

利用玉米秸秆制备生物炭,进行吸附重金属Cd~(2+)和Pb~(2+)试验,分析生物炭吸附重金属的吸附量及吸附效率.试验结果表明:Cd~(2+)的最优吸附条件是pH为5,120 min吸附平衡.Pb~(2+)的最优吸附条件是pH为1,60 min吸附平衡;生物炭对养殖废水中Pb~(2+)和Cd~(2+)具有较好的吸附效果,吸附去除率分别为85%和98%,生物炭对Pb~(2+)的吸附效果明显优于Cd~(2+);Cd~(2+)和Pb~(2+)在秸秆生物炭表面上的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型.     

氧化亚铁硫杆菌对矿山酸矿水中金属污染元素分布的影响

酸矿水是含硫化物矿石在表生条件下与水圈大气圈及微生物相互作用产生的，是环境污染的重要来源．安徽铜陵地区是长江中下游典型多金属矿集区之一，在长期开采过程中产生大量废矿石．地表条件下这些含硫化物的废矿石被氧化，产生对生态环境有严重影响的酸矿水．以鸡冠山矿山为例分析酸矿水中主要微量元素和氧化亚铁硫杆菌的分布特征及相互关系．研究表明，自然酸矿水中存在大量氧化亚铁硫杆菌，酸矿水的形成可能与氧化亚铁硫杆菌的发育有一定联系，氧化亚铁硫杆菌促进酸矿水形成；鸡冠山酸矿水的pH值在2．5～4．2之间，与适宜氧化亚铁硫杆菌生长的酸性条件一致；微量元素在酸矿水中的分布与pH值和氧化亚铁硫杆菌的分布密切相关，在最适宜氧化亚铁硫杆菌生长的pH值3．0左右的酸矿水中微量元素浓度达最低，说明氧化亚铁硫杆菌和酸度对微量元素的分布有一定制约；酸矿水中高度富集微量元素，比河水中溶解态的微量元素含量高出几千倍到几十万倍甚至千万倍．     

磁化凹凸棒土对废水中Cr(Ⅵ)的吸附及应用研究

将磁化后的凹凸棒土用于吸附废水中的Cr(Ⅵ)。研究了吸附剂量、温度、吸附时间和p H值等因素对吸附过程的影响。结果表明,磁性凹凸棒土对Cr(Ⅵ)的吸附能力随着吸附剂用量的增大而降低。吸附动力学实验证实了Cr(Ⅵ)在凹凸棒土上的吸附服从准二级动力学模型,而Langmuir模型很好地反映了不同温度下的吸附等温线。对热力学参数ΔG,ΔH和ΔS的计算可知,磁性凹凸棒土吸附Cr(Ⅵ)是自发、吸热的物理过程。     

豆皮对重金属离子Cr(Ⅵ)的吸附性能的研究

以大豆豆皮作为生物吸附剂,通过振荡方法吸附Cr(Ⅵ)浓度为10 mg/L的模拟重金属废水。研究了pH、吸附时间、豆皮投加量和Cr(Ⅵ)初始浓度对Cr(Ⅵ)吸附活性的影响。结果表明:当吸附时间为20 min,温度为30℃、pH=2～3、豆皮投加量为2 g/L时,Cr(Ⅵ)的去除率达到91.99%。此外,还对豆皮吸附Cr(Ⅵ)后的解析性能作了考察,其解析率达到95.01%,并且可反复使用。豆皮是安全的天然产物,可用于去除废水中的重金属离子,也可用于去除饮用水中的重金属离子。     

生物阴极微生物燃料电池预处理酸性重金属矿井废水

采用以污泥+葡萄糖为有机底物,硫酸根离子为电子受体、碳毡吸附固定化硫酸盐还原菌为生物阴极、碳布为阳极的双室微生物燃料电池,处理模拟酸性重金属矿井废水.构建不同的外接电阻(分别为100Ω、1000Ω)MFC系统和开路常规生化处理对比,废水初始pH=4,Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe初始质量浓度均为20mg/L.结果表明,MFC外接电阻100Ω时,对Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe的去除率分别达到99.45%、99.68%、99.65%、98.34%、98.99%;COD、SO2-4的最大降解速率分别为83.4和23.9mg·L-1·d-1,比开路常规生化处理分别提高了15%和181%;同时pH有效提升至中性.表明了微生物燃料电池的对于传统生物法处理酸性矿井废水有预调节作用.     

Inhibition of acid mine drainage and immobilization of heavy metals from copper flotation tailings using a marble cutting waste

Acid mine drainage (AMD) with high concentrations of sulfates and metals is generated by the oxidation of sulfide bearing wastes. CaCO₃-rich marble cutting waste is a residual material produced by the cutting and polishing of marble stone. In this study, the feasibility of using the marble cutting waste as an acid-neutralizing agent to inhibit AMD and immobilize heavy metals from copper flotation tailings (sulfide- bearing wastes) was investigated. Continuous-stirring shake-flask tests were conducted for 40 d, and the pH value, sulfate content, and dissolved metal content of the leachate were analyzed every 10 d to determine the effectiveness of the marble cutting waste as an acid neutralizer. For comparison, CaCO₃ was also used as a neutralizing agent. The average pH value of the leachate was 2.1 at the beginning of the experiment (t = 0). In the experiment employing the marble cutting waste, the pH value of the leachate changed from 6.5 to 7.8, and the sulfate and iron concentrations decreased from 4558 to 838 mg/L and from 536 to 0.01 mg/L, respectively, after 40 d. The marble cutting waste also removed more than 80wt% of heavy metals (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn) from AMD generated by copper flotation tailings.     

微孔共轭聚合物的合成调控及其吸附研究进展

微孔共轭聚合物(CMPs)具有高比表面积以及高孔隙率等性质,是一类重要的吸附材料。本文综述了CMPs材料的合成、调控及其在吸附领域应用的研究现状,归纳总结了不同偶联方式制备的CMPs所具有的不同特点,讨论了反应单体的结构和比例以及反应溶剂、反应温度、催化剂用量和反应添加物等参数对CMPs的分子结构、形貌和孔道孔隙的影响规律,明确了制备CMPs适宜的调控策略。同时介绍了CMPs在重金属和有机物等污染物吸附上的应用,并对CMPs未来研究方向进行了展望。