一，項(xiang)目背景情(qing)況簡介(jie)：

南丹縣(xian)是全國重(zhong)點重(zhong)金屬防控(kong)區(qu)域，由于(yu)過去的無序開采(cai)，造成大量礦(kuang)業廢棄地(di)，給環(huan)境帶來極大的威脅。據介(jie)紹，2010年至今，南丹縣共實(shi)施了57個重金屬治理(li)項目，本次我們進行考(kao)察(cha)的是南丹(dan)縣(xian)星鑫綜合選礦廠(chang)，該公司主要從事鉛(qian) 、 鋅(xin)、 銅礦(kuang)洗選。北京有色(se)金(jin)屬研(yan)究總院聯合(he)北京科技(ji)大學、環保部華南(nan)所、廣西盛泰(tai)冶金(jin)環保科技(ji)有限公司、北京華亞科創科技(ji)有限公司于2015年11月啟(qi)動廣西南丹縣(xian)星鑫鉛鋅尾礦(kuang)庫3萬平(ping)米(mi)重金屬污(wu)染(ran)微生(sheng)物原位成礦(kuang)修復示范。

有(you)色金(jin)屬(shu)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)尾(wei)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)中(zhong)含(han)有(you)較多的(de)黃鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、磁(ci)黃鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、砷黃鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、方鉛礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、黃銅礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、閃(shan)鋅礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、辰砂(sha)、雄黃、雌黃等礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)。從地球生物(wu)(wu)化學角度檢視，上述尾(wei)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)庫中(zhong)硫化礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)尾(wei)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)在浮選廢水(shui)浸(jin)泡下，在水(shui)、氧氣及微(wei)生物(wu)(wu)的(de)作用下，將(jiang)進一步催化溶出(chu)尾(wei)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)中(zhong)的(de)離(li)子態金(jin)屬(shu)并形成含(han)重金(jin)屬(shu)廢水(shui)，源源不斷地從尾(wei)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)庫中(zhong)滲(shen)出(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(xiang)目實施過(guo)程(cheng)

圖1   尾礦庫修復前照片

圖(tu)2   修復兩個(ge)月時照片(pian)

圖(tu)3   修復六個(ge)月(yue)照片

圖4   修(xiu)復十(shi)個月照片(pian)

圖(tu)5   已修復(fu)區域(yu)現場照片

圖6   未(wei)修復(fu)區域現場照片

圖7   項目(mu)區(qu)平面(mian)布置圖(tu)

三，項目(mu)修復(fu)原理

1、多金屬(shu)礦污染物質(zhi)析出原理(li)

圖(tu)8   重金屬溶(rong)出機理

上圖為尾(wei)礦(kuang)庫重金屬溶出(chu)機理(li)，以典型鉛鋅硫化礦(kuang)尾(wei)礦(kuang)成分黃鐵(tie)礦(kuang)氧化溶出(chu)過程為例進行(xing)說明，主要反(fan)應包括3步：

1）黃(huang)鐵礦在氧的作用下生成硫(liu)酸和(he)硫(liu)酸亞鐵

2FeS₂+7O₂+2H2O→2FeSO₄+2H₂SO₄

2)亞鐵離子(zi)在游(you)離氧或細(xi)菌(jun)存在時氧化成三(san)價鐵離子(zi)4Fe²⁺+O₂+2H₂SO₄→4Fe³⁺+2H₂O

3)Fe³⁺氧化FeS₂,即為下列(lie)的反(fan)應式:

14Fe³⁺+8H₂O+FeS₂→15Fe²⁺+2SO₄+16H⁺

2、尾礦(kuang)庫重金屬(shu)污染微生物原位(wei)修復技術介紹

多金屬尾礦庫重金屬溶(rong)出的兩個主(zhu)要因素分別是黃鐵(tie)(tie)礦及(ji)自養鐵(tie)(tie)氧化(hua)(hua)微生物，而黃鐵(tie)(tie)礦溶(rong)解(jie)受電(dian)位控(kong)制。因此，如(ru)何調整環境物理化(hua)(hua)學參數(shu)以(yi)控(kong)制鐵(tie)(tie)氧化(hua)(hua)細菌生長，控(kong)制溶(rong)液中Fe3+濃(nong)度，降低環(huan)境電(dian)位(wei)，在(zai)重(zhong)金屬(shu)溶(rong)出源頭實現重(zhong)金屬(shu)固化(hua)將是解決(jue)礦山尾礦重(zhong)金屬(shu)持續溶(rong)出問題的重(zhong)要(yao)手段(duan)。本技術利用微生物(wu)控制(zhi)環(huan)境中Fe³⁺濃度、降低環境(jing)(jing)電(dian)位、降低環境(jing)(jing)中游(you)離重(zhong)金屬離子以實現微(wei)生物生態修(xiu)復。

圖(tu)9 微生物原位成礦修復技(ji)術思路示意圖

具體來(lai)說整(zheng)體修復技術思(si)路如上(shang)圖所示(shi)：利用高效的(de)鐵還(huan)原菌可將Fe³⁺還原(yuan)成Fe²⁺，降低體系環(huan)境電位(wei)，環(huan)境電位(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(sheng)物(wu)(wu)修(xiu)復(fu)是(shi)自發(fa)過(guo)程(cheng)，只要環境適合，自我生(sheng)長(chang)，自我修(xiu)復(fu)，其本(ben)身是(shi)個自我調整過(guo)程(cheng)，生(sheng)物(wu)(wu)硫(liu)酸鹽還原過(guo)程(cheng)產(chan)生(sheng)H₂S若在局(ju)部環境(jing)無(wu)重金屬與之共沉淀(dian)，將毒害微生物(wu)本身（產(chan)物(wu)抑(yi)制(zhi)），抑(yi)制(zhi)硫酸(suan)鹽(yan)還(huan)原(yuan)過程，產(chan)生H₂S若在(zai)局部(bu)環境有重金(jin)屬與之共沉(chen)淀(dian)，使(shi)得(de)H₂S減量（產(chan)物抑制減輕），將重(zhong)啟硫酸(suan)鹽還原過程無二次污染。修復所產(chan)生的(de)硫化物穩定，溶解度很(hen)低，環境安全，具備緩沖作(zuo)用(yong)。

下(xia)表(biao)列出主要金(jin)屬(shu)硫(liu)化物(wu)溶度積(ji)，從表(biao)中可見，大部分有(you)色金(jin)屬(shu)一旦(dan)形(xing)成金(jin)屬(shu)硫(liu)化物(wu)，如果(guo)微環(huan)境為中性且無(wu)氧(yang)化劑（Fe³⁺、氧氣），基(ji)本是穩定的，也不會(hui)返溶(rong)。

表(biao)1   主要金屬硫化物(wu)溶度積(ji)

四、項目的關鍵(jian)技術

利用(yong)培養的微生(sheng)物還(huan)原菌、硫酸鹽還(huan)原菌混合修(xiu)復形(xing)成生(sheng)物冶金逆過程——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。