一，項(xiang)目背景情況簡介：

南丹(dan)縣是全國(guo)重(zhong)點重(zhong)金屬防控區(qu)域，由于過去的無序開采，造(zao)成大量(liang)礦業廢(fei)棄地，給環境(jing)帶來極大的威脅。據介(jie)紹，2010年(nian)至今(jin)，南丹縣共實施了57個重金(jin)屬治(zhi)理項目，本次我們進行(xing)考察的(de)是南(nan)丹縣星(xing)鑫綜(zong)合(he)選(xuan)礦廠，該公司主要從(cong)事鉛 、 鋅、 銅礦(kuang)洗(xi)選(xuan)。北(bei)京有色(se)金(jin)屬研究總(zong)院聯合北(bei)京科技(ji)(ji)大(da)學、環保部(bu)華(hua)南所(suo)、廣(guang)西盛泰冶金(jin)環保科技(ji)(ji)有限(xian)公(gong)司、北(bei)京華(hua)亞科創科技(ji)(ji)有限(xian)公(gong)司于2015年(nian)11月啟動(dong)廣(guang)西(xi)南(nan)丹縣星鑫鉛鋅尾(wei)礦(kuang)庫3萬平米重金屬(shu)污染微(wei)生物原(yuan)位成礦(kuang)修(xiu)復(fu)示(shi)范。

有(you)色(se)金屬(shu)礦(kuang)(kuang)(kuang)尾(wei)礦(kuang)(kuang)(kuang)中(zhong)含有(you)較(jiao)多的黃(huang)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)、磁黃(huang)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)、砷黃(huang)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)、方鉛礦(kuang)(kuang)(kuang)、黃(huang)銅礦(kuang)(kuang)(kuang)、閃鋅礦(kuang)(kuang)(kuang)、辰砂、雄黃(huang)、雌黃(huang)等礦(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)。從(cong)地(di)球生(sheng)物(wu)化學角度檢視，上述尾(wei)礦(kuang)(kuang)(kuang)庫中(zhong)硫化礦(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)尾(wei)礦(kuang)(kuang)(kuang)在(zai)浮選廢水(shui)浸泡下，在(zai)水(shui)、氧(yang)氣及微生(sheng)物(wu)的作用下，將進一步催化溶出(chu)(chu)尾(wei)礦(kuang)(kuang)(kuang)中(zhong)的離子態金屬(shu)并形成(cheng)含重(zhong)金屬(shu)廢水(shui)，源源不斷地(di)從(cong)尾(wei)礦(kuang)(kuang)(kuang)庫中(zhong)滲出(chu)(chu), 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、項目實施(shi)過程(cheng)

圖(tu)1   尾礦庫(ku)修復前照(zhao)片

圖2   修復兩(liang)個(ge)月時照(zhao)片

圖3   修復六(liu)個(ge)月照片

圖4   修復十個月照片

圖5   已修復區域現場照片(pian)

圖6   未(wei)修復區域(yu)現場照片

圖7   項目(mu)區平面布置圖

三，項(xiang)目(mu)修復原(yuan)理(li)

1、多(duo)金屬礦污(wu)染物質析出原(yuan)理

圖8   重金屬溶出(chu)機理

上圖為尾(wei)礦庫(ku)重金屬(shu)溶出機理，以典型鉛鋅硫化(hua)(hua)礦尾(wei)礦成分黃(huang)鐵礦氧化(hua)(hua)溶出過程(cheng)為例進行說明，主要反應包括3步：

1）黃鐵礦(kuang)在氧的作用下生成硫酸(suan)和(he)硫酸(suan)亞鐵

2FeS₂+7O₂+2H2O→2FeSO₄+2H₂SO₄

2)亞(ya)鐵離(li)子(zi)在游離(li)氧(yang)或細(xi)菌存在時氧(yang)化(hua)成三價鐵離(li)子(zi)4Fe²⁺+O₂+2H₂SO₄→4Fe³⁺+2H₂O

3)Fe³⁺氧化(hua)FeS₂,即為(wei)下列的反應式(shi):

14Fe³⁺+8H₂O+FeS₂→15Fe²⁺+2SO₄+16H⁺

2、尾礦庫(ku)重金屬污染微生物原位修(xiu)復技術介紹

多金(jin)屬尾礦(kuang)庫重金(jin)屬溶(rong)出的(de)兩個主要因素分(fen)別是(shi)黃(huang)鐵(tie)(tie)(tie)礦(kuang)及自養鐵(tie)(tie)(tie)氧(yang)化微生物，而黃(huang)鐵(tie)(tie)(tie)礦(kuang)溶(rong)解(jie)受電位(wei)控制。因此(ci)，如(ru)何調整環境(jing)物理(li)化學(xue)參數以控制鐵(tie)(tie)(tie)氧(yang)化細菌生長，控制溶(rong)液中Fe3+濃度，降低環境電位(wei)，在重金(jin)屬溶出(chu)源頭實現重金(jin)屬固(gu)化將是(shi)解決礦山尾礦重金(jin)屬持續溶出(chu)問題的重要手段(duan)。本技術利用(yong)微生物控制(zhi)環境中Fe³⁺濃度、降低環(huan)境(jing)電位、降低環(huan)境(jing)中游(you)離重金(jin)屬離子以(yi)實現(xian)微(wei)生物生態修復。

圖9 微(wei)生物原位成礦修復技術思路示意圖

具體(ti)來說整體(ti)修復技術(shu)思路如上圖所(suo)示：利用(yong)高效的鐵(tie)還原菌可將Fe³⁺還原成(cheng)Fe²⁺，降低體(ti)系環境電(dian)位(wei)，環境電(dian)位(wei)低于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(wu)修復是自(zi)發(fa)過(guo)程，只要(yao)環境適合，自(zi)我生長，自(zi)我修復，其(qi)本身(shen)是個(ge)自(zi)我調整過(guo)程，生物(wu)硫酸鹽還原過(guo)程產生H₂S若在(zai)局部(bu)環(huan)境無(wu)重金(jin)屬與之共沉淀，將(jiang)毒(du)害微生物本(ben)身（產物抑(yi)(yi)制(zhi)），抑(yi)(yi)制(zhi)硫酸鹽還原過程，產生H₂S若在局部環境(jing)有重金(jin)屬與之共沉淀，使得H₂S減(jian)量(liang)（產(chan)物抑制(zhi)減(jian)輕），將重啟硫(liu)酸鹽(yan)還原過程無二次污染。修復所產(chan)生的硫(liu)化物穩定，溶解度(du)很低，環境安全，具備緩(huan)沖作(zuo)用。

下表列(lie)出主要金屬(shu)硫(liu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)溶度積，從(cong)表中可見，大部(bu)分有(you)色金屬(shu)一旦形(xing)成金屬(shu)硫(liu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)，如果微環(huan)境為(wei)中性且無氧(yang)化(hua)(hua)劑(ji)（Fe³⁺、氧氣），基本是穩定的，也不會返(fan)溶。

表1   主要金屬硫化物溶度(du)積

四、項目的關鍵技術

利用(yong)培養的微生(sheng)物(wu)還原菌、硫酸鹽還原菌混合修復形成生(sheng)物(wu)冶金逆過程——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。