一，項目背景情況簡介：

南(nan)丹縣是全國重點重金(jin)屬(shu)防控(kong)區域，由于過去的(de)無(wu)序開采(cai)，造成大量礦業(ye)廢(fei)棄地，給環境帶來(lai)極大的(de)威脅(xie)。據(ju)介紹(shao)，2010年至今，南丹縣共實施了57個重金(jin)屬治(zhi)理項目，本次我們進行考察的(de)是南丹縣(xian)星鑫綜合(he)選礦廠，該(gai)公司主(zhu)要(yao)從事鉛(qian) 、 鋅、 銅礦洗選(xuan)。北(bei)京有(you)色金(jin)屬研究總院聯合北(bei)京科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)大學、環保部華(hua)南所、廣西盛泰冶(ye)金(jin)環保科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)有(you)限(xian)(xian)公司、北(bei)京華(hua)亞科(ke)(ke)創(chuang)科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)有(you)限(xian)(xian)公司于2015年11月啟動廣西(xi)南(nan)丹縣星鑫鉛鋅尾礦庫3萬平米重金(jin)屬(shu)污染微(wei)生物(wu)原位成礦修(xiu)復(fu)示(shi)范。

有(you)色金(jin)屬礦(kuang)(kuang)尾(wei)礦(kuang)(kuang)中含(han)有(you)較(jiao)多的黃(huang)鐵礦(kuang)(kuang)、磁黃(huang)鐵礦(kuang)(kuang)、砷黃(huang)鐵礦(kuang)(kuang)、方鉛礦(kuang)(kuang)、黃(huang)銅礦(kuang)(kuang)、閃鋅礦(kuang)(kuang)、辰砂、雄黃(huang)、雌(ci)黃(huang)等(deng)礦(kuang)(kuang)物(wu)。從地球(qiu)生(sheng)物(wu)化(hua)學(xue)角(jiao)度(du)檢視，上述(shu)尾(wei)礦(kuang)(kuang)庫中硫化(hua)礦(kuang)(kuang)物(wu)尾(wei)礦(kuang)(kuang)在浮選廢(fei)(fei)水(shui)浸泡(pao)下，在水(shui)、氧(yang)氣及(ji)微生(sheng)物(wu)的作用下，將進一(yi)步(bu)催化(hua)溶出尾(wei)礦(kuang)(kuang)中的離(li)子態金(jin)屬并形成含(han)重金(jin)屬廢(fei)(fei)水(shui)，源源不斷地從尾(wei)礦(kuang)(kuang)庫中滲出, 進入地下或地表水系。這其中，微生物在金屬離子及礦物溶出、生物侵蝕過程中起著關鍵作用。

二、項(xiang)目(mu)實施過程(cheng)

圖1   尾(wei)礦庫修(xiu)復前照片(pian)

圖2   修(xiu)復兩個(ge)月時(shi)照片

圖3   修復六個月照片

圖4   修復十個月(yue)照片(pian)

圖5   已修復區(qu)域(yu)現場照片(pian)

圖6   未修復(fu)區域現場照片

圖(tu)7   項(xiang)目區平(ping)面(mian)布置圖(tu)

三(san)，項目修復原理

1、多金屬礦污染物質析出(chu)原理

圖8   重金屬溶出機理

上(shang)圖為尾(wei)礦庫重金屬溶出(chu)機理，以典(dian)型鉛鋅(xin)硫(liu)化礦尾(wei)礦成分黃鐵(tie)礦氧化溶出(chu)過程(cheng)為例進(jin)行說明，主要反應(ying)包括(kuo)3步：

1）黃鐵礦在氧的(de)作用下生(sheng)成(cheng)硫酸和硫酸亞鐵

2FeS₂+7O₂+2H2O→2FeSO₄+2H₂SO₄

2)亞鐵離(li)子在游離(li)氧(yang)或細菌存在時氧(yang)化成(cheng)三價鐵離(li)子4Fe²⁺+O₂+2H₂SO₄→4Fe³⁺+2H₂O

3)Fe³⁺氧(yang)化FeS₂,即為下列的反(fan)應式:

14Fe³⁺+8H₂O+FeS₂→15Fe²⁺+2SO₄+16H⁺

2、尾礦庫重金屬(shu)污染微生(sheng)物原位修復技術介紹(shao)

多金屬尾礦(kuang)庫重金屬溶(rong)(rong)出的兩(liang)個(ge)主要因素分(fen)別是黃(huang)鐵(tie)礦(kuang)及自養鐵(tie)氧(yang)化(hua)微生物(wu)，而黃(huang)鐵(tie)礦(kuang)溶(rong)(rong)解受電(dian)位控制(zhi)。因此，如何調整環境物(wu)理化(hua)學參數以控制(zhi)鐵(tie)氧(yang)化(hua)細菌生長(chang)，控制(zhi)溶(rong)(rong)液中Fe3+濃度，降低環境電位，在重(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)溶出源頭實(shi)現重(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)固化將(jiang)是解決礦山尾礦重(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)持續溶出問(wen)題的重(zhong)(zhong)(zhong)要手段。本(ben)技術利(li)用微(wei)生物控(kong)制環境(jing)中(zhong)Fe³⁺濃度、降低(di)環境電位、降低(di)環境中游離重金屬離子(zi)以(yi)實現微生(sheng)物生(sheng)態(tai)修(xiu)復。

圖9 微生物原位成礦(kuang)修(xiu)復技(ji)術思路(lu)示意圖

具體(ti)(ti)來說(shuo)整體(ti)(ti)修復技(ji)術思(si)路(lu)如上圖所(suo)示：利用(yong)高效(xiao)的鐵還原菌(jun)可將Fe³⁺還原成(cheng)Fe²⁺，降低(di)體系環境電位，環境電位低(di)于(yu)700mV，黃鐵礦可做到基本不溶解；在此基礎上，利用高效硫酸鹽還原菌還原硫酸根為負二價硫離子，原位與游離金屬離子形成金屬硫化物沉淀，而硫化態的重金屬在環境中相對穩定，溶度積很小，可以做到環境安全。

微生物修(xiu)復(fu)是自(zi)發過(guo)程，只(zhi)要環境適合，自(zi)我(wo)(wo)生長，自(zi)我(wo)(wo)修(xiu)復(fu)，其本身是個自(zi)我(wo)(wo)調(diao)整(zheng)過(guo)程，生物硫酸(suan)鹽還原過(guo)程產生H₂S若(ruo)在局(ju)部環境無重金屬與之共沉淀，將毒害微(wei)生(sheng)物(wu)本身（產(chan)物(wu)抑(yi)制），抑(yi)制硫酸(suan)鹽還原(yuan)過程(cheng)，產(chan)生(sheng)H₂S若在(zai)局(ju)部環境有重(zhong)金屬與之(zhi)共沉淀(dian)，使得H₂S減量（產物(wu)抑制減輕），將重啟硫(liu)酸鹽還原過程無二(er)次污染(ran)。修(xiu)復所(suo)產生的硫(liu)化物(wu)穩定(ding)，溶解(jie)度很低，環境安全，具(ju)備緩沖作用(yong)。

下表(biao)列出主要(yao)金(jin)(jin)屬硫化(hua)(hua)物(wu)溶度積(ji)，從(cong)表(biao)中(zhong)可見，大部(bu)分有色金(jin)(jin)屬一旦(dan)形成金(jin)(jin)屬硫化(hua)(hua)物(wu)，如果微環(huan)境為中(zhong)性(xing)且無(wu)氧化(hua)(hua)劑（Fe³⁺、氧氣），基(ji)本是(shi)穩(wen)定的，也不(bu)會(hui)返溶(rong)。

表1   主要金屬硫化物溶度積

四、項目的關鍵技術

利用培養的(de)微生(sheng)物還原菌、硫酸(suan)鹽還原菌混合修復形成生(sheng)物冶(ye)金逆過程——生物成礦過程，降低環境電位、提升pH、原位固化重金屬，將惡性循環變為良性循環。并進一步利用硫酸鹽還原菌、光合細菌、固氮菌等多種菌種的有機組合，驗證是否可在尾礦庫和廢石堆場表面構建健康的底層微生物生態系統，這一自我平衡的底層生態系統可在光照條件下自我平衡，自我生長，通過分泌胞外聚合物粘附于裸巖及沙質土表面生長，可高效吸收空氣中所含水分供給微生物，實現保水、改善生態環境、促進植物根系發展等多種修復功能。通過該技術構建底層微生物生態系統后，本土植物可高效迅速的在尾礦庫和廢棄原礦堆場表面迅速繁殖，實現裸巖和沙質土的自然復綠。