酸性矿山废水(AMD)是一种酸性废水，由于含硫化物的矿石或矿渣在开采过程中受到物理、化学和生物因素的综合作用，对环境造成极大的破坏。AMD的形成是人类采矿活动的直接结果。AMD的成分可能因矿石成分而有所差异，但主要成分是硫形成的各种金属硫化物，表现出极强的酸性水质。AMD水质的特点是含有大量可溶性有害金属物质，酸性强，氧化性高。所以AMD不能直接放电。如果排入河流、湖泊等水体，会改变水体的pH值，酸化水质，破坏微生物和水生植物的生长环境，降低水体的自净功能，从而威胁水生生物的生存。如果排放到土壤中，强酸性和大量的重金属离子会使土壤酸化和中毒，导致植被的枯萎和死亡。重金属离子还可以通过食物链传递和积累，危害人体健康。总之，AMD不仅会对矿山周边环境造成严重的生态破坏，还会通过污染水体破坏更广泛的人类生存环境，甚至整个地球的生态环境。AMD影响经济发展，破坏自然环境，威胁人体健康，必须治疗。本文对AMD的形成机制和现有的治理技术进行了回顾和评价，并提出了自己的看法。

1.AMD形成机理及关键因素分析

早在20世纪20 ~ 30年代，主要工业化国家就开始关注AMD污染问题。之后各国学者进行了深入研究，确定了AMD形成的化学反应过程和生物反应过程。形成机制主要涉及一个核心和三个条件。

贯穿AMD形成的核心因素是矿石中的硫。它通常以还原硫或元素硫的形式广泛存在于地壳中。随着人类的采矿活动，地壳中的硫元素受到物理、化学和生物作用，经历了复杂的变化过程，具有不同氧化程度的价态。导致水质酸度增加，矿石中各种金属离子溶解，产生对环境有害的AMD。典型矿石中的硫元素主要是黄铁矿中的FeS2，其价态变化过程可简化为:S-2-11111S-1s 0-111(s3o 62-/S4+O32-)11s 4+O32-11s 6+O42-当硫化物受到环境中物理、化学和生物因素的影响时，水、空气体和微生物三种环境条件为其氧化提供了可能。最终的硫酸根离子不仅改善了水质的酸性，还为难以溶解的低价金属离子提供了酸性环境，加速了矿石中金属物质的溶解，强化了AMD对环境的毒害作用。因此，矿石中的硫或硫化物是形成矿山酸性水的根源和核心因素。

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水是AMD形成的重要条件。首先，水可以为一般的化学反应提供良好的反应介质，也是生命反应过程的反应介质，保证了矿石中的硫化物可以在合适的反应体系中被氧化。其次，长期浸泡在水中还会促进矿石的剥落和风化，使深部矿石不断裸露，使硫化物和金属离子进一步氧化溶解成为可能。此外，水体也是AMD污染的主要传播者，酸性的水质和有毒的重金属离子可以通过水体的流动带入浅层地表和江河湖泊。因此，防止水质与矿石直接接触或防止露天矿石(渣)淋雨，可以有效防止矿山酸性水的形成。

空气体中的氧气是矿石中硫化物被直接氧化的重要氧化剂。氧气可以直接将黄铁矿(FeS2)中的Fe氧化成三价铁，而S在表层和风化初期被氧化成SO42 -离子。随着酸性的积累和三价铁的形成，FeS2的氧化作用会进一步加强。因此，隔离空气体与矿石的接触将有助于减少AMD的形成。在实践中，利用地下水灌注废弃矿井或巷道的技术是隔绝空气体，减少氧化。用水泥封闭地面矿堆，既能防止矿渣被雨水浸泡，又能有效隔绝空气体，减少黄铁矿的氧化，从而减少酸性水的形成。

硫化物的生物氧化是矿井酸性水形成的第三个条件。硫作为自然界中可循环利用的资源，可以在生物界和非生物界之间不断循环。在生物界，硫大多以蛋白质(蛋氨酸残基)、巯基衍生物(辅酶a、酞载体蛋白)和硫酸盐(或磺酸)衍生物的形式存在于动物、植物、微生物和生物体内。非生物世界大多以硫酸盐、硫化物和元素硫的形式存在。在这个物质循环中，硫通过氧化从低价态(S2-)变成高价态(S6-)，再通过还原从高价态变成低价态。在循环中，两种不同的微生物群起着截然相反的作用，其中完成氧化的微生物属于自养硫杆菌，包括化能自养硫细菌和光合硫细菌(如紫硫细菌和绿硫细菌)，而承担还原的微生物是硫酸盐还原菌(SRB)。氧化硫硫杆菌促进AMD的形成，而硫酸盐还原菌的代谢活性抑制AMD的形成。此外，SRB可以将可溶性硫酸根金属离子还原成低溶解度的金属硫化物沉淀，从而减少重金属离子对AMD的污染。因此，使用特定的杀菌剂抑制氧化硫硫杆菌的生长，人为增加硫酸盐还原菌的含量，合理利用两种微生物的不同代谢模式，可以在矿山酸性水处理中发挥积极作用。

二、现有技术及评价

AMD的主要危害是酸性pH值低，有害金属离子浓度高。因此，治疗AMD的基本原则是提高其pH值，减少其中金属离子的含量。针对这两个治理指标，国内外提出了一些有针对性的技术方法。

(1)碱中和沉淀法

酸碱中和沉淀法是一种比较简单有效的方法。主要原理是在AMD废水中加入碱性中和剂，一方面中和酸性水质提高pH值，另一方面让高pH环境中溶解的金属离子形成的不溶性氢氧化物沉淀出AMD，从而达到同时处理酸性水和高金属离子的目的。常见的碱性中和剂主要有CaO、Ca(OH)2、NaOH、CaCO3、Na2CO3等。该方法工艺简单，运行维护成本低，无复杂的技术要求。这是最常用的AMD治疗方案。但由于会产生大量的金属沉淀废渣，容易造成二次污染，需要对沉淀的金属进行二次回收处理，因此是一种不完全的处理方案。

(2)硫化物沉淀法

与氢氧化物相比，金属硫化物的溶解度更小，因此硫化物沉淀法可以更彻底地去除酸性水中的金属离子，含水量低，二次污染低于酸碱中和法。常用的硫化剂有硫化钠、H2S等。该方法因其高效的去离子效果而在实践中得到广泛应用。但是，由于硫化剂价格高，H2S有毒性，容易造成环境污染，因此这种方法的应用有一定的局限性。

(3)氧化还原法

氧化还原法往往在处理少量酸性废水或从中回收有价离子时发挥作用。比如简单氧化法，可以将酸性水中的不溶性金属化合物氧化成高价可溶性金属离子，然后在后续的碱中和沉淀中形成更彻底的氢氧化物沉淀。还原法可以将酸性水中的高价金属离子置换成单质金属，如用铁屑置换酸性矿井水中的铜的过程。原电池系统由氧化和还原组成，氧化或还原两极在矿井酸性水处理中都能发挥作用。一方面，化学反应活跃的金属可以作为正极，矿石作为负极，形成氧化还原反应体系。通过活性金属(如锌)的还原，可以防止金属矿中的金属离子被氧化溶解在矿泉水中。另一方面，氧化还原体系用于在阴极还原下从矿山酸性水中回收有价金属。氧化还原法因其酸性水量有限，氧化还原反应系统运行成本高，常被用于小规模酸性水处理和有价金属回收。曾经有人尝试用微电极方法治疗AMD。

(4)人工湿地法

人工湿地是由碱性砾石(石灰石等)混合而成的生态系统。)、植物残体、沙子、土壤等。根据自然湿地净化污水的原理，按一定比例或一定顺序分层铺设，并有选择地种植一些耐酸耐盐的植物(如芦苇、席草、稻草等。)和藻类。人工湿地技术处理矿山酸性水具有设备简单、运行费用极低、见效慢、效果持久的优点。是最理想的符合自然物质循环规律的技术方法。但其作用缓慢，占用大量土地资源，对高酸度、金属毒性的矿山酸性水和工业污水处理能力有限，也限制了人工湿地法的广泛应用。通常，人工湿地通常与其他方法结合使用，例如将湿地处理系统置于碱中和系统的下游。一方面可以缓解过酸和金属毒性；另一方面，人工湿地接近酸性水处理的自然状态，可以通过湿地生物种群“在线检测”酸性水处理的安全性，检测更可靠，标准更安全。最好在酸性水处理的最后一步设置人工湿地处理系统，然后将水排入江河湖泊。

(5)工程薄膜覆盖法

AMD主要是水环境中硫化物矿石被空气体氧化的结果。基于这两个决定性因素，提出了工程覆膜技术。空气体与水和矿石的接触可以通过覆膜隔离，防止酸性水的形成。该工程覆膜方法特别适用于尾矿坝、矿石堆、露天开采工作面和江河湖泊附近的矿山裸露面造成的酸性水污染。工程覆膜不仅要覆盖矿石表面隔绝空气水，还要对矿石堆放的基底层进行防水隔绝空气处理。利用磷酸盐和过氧化氢混合的方法，可以在黄铁矿表面形成磷酸铁保护膜，起到隔绝空气体、消除Fe3+和防止矿石深度氧化的作用。该方法也是一种可行的低能耗、低运行费用的酸性水处理方法。

(6)微生物还原法

微生物还原法是一种酸性水处理方法，利用一种硫酸盐还原菌(SRB)将高价硫还原成硫化物，从而降低pH值，沉淀金属离子。形成的硫化物可以收集沉淀，用酸溶解，然后电解回收金属离子，或者用光合硫细菌氧化硫制备单质硫。由于在还原过程中会产生部分有毒的硫化氢气体，可能对环境和人体造成污染和危害，这种方法常与碱中和或湿地法结合使用，或采用带有硫化氢收集装置的专用工业生物反应器进行酸性水处理。这种方法技术要求高，设备运行成本高，但确实是一种有发展优势的方法。经过改进后，它可能发展成为一种高AMD处理效率和高附加值产品的新工业技术。

(七)BST微生物综合技术

BST微生物综合技术是21世纪后提出的酸性水处理综合技术。主要针对地下深部矿脉，技术要求高，运行成本低，处理效果好的最新技术。这项技术目前还处于应用研究阶段，还没有大规模应用的案例。该技术的基本原理是利用卫星遥感技术和地质勘探确定矿脉走向和地下水流向，钻孔布设工作井，在工作井内填充硫酸盐还原菌、培养基、成膜剂等有效成分。，使它们覆盖在地下的矿石表面，还原水中的酸，沉淀金属离子，从而达到矿山酸性水生物资源化处理(BST)的目的。该技术将彻底改变矿井酸性水的产生和周边环境污染的现状，从源头上治理矿井酸性水形成的环境条件，阻断酸性水的形成。特别是对于未开发矿山和地下深部矿山造成的酸性水污染，具有示范意义。一次治疗可以有效很多年。但也要看到，这种方法工程复杂，技术要求高，一些技术环节还处于实践验证阶段。无论是矿脉形态的分析，还是地下水来源和流向的确定，都是一项复杂的工程。微生物地下培养、矿石表面成膜技术等关键技术有待进一步完善。无论如何，BST技术为彻底根除矿山酸性水造成的污染提供了完整的解决方案，有些思路也可以单独用于酸性水处理(如减菌结合膜技术)，也为矿山酸性水处理提供了一种全新的研究思路。

(八)其他方法。

除了上述相关技术，还可以通过矿井或巷道注水抑制酸性水的形成，通过微生物抑制剂抑制氧化硫硫杆菌的活性，达到酸性水处理的目的。酸性水中金属离子的处理技术也有一些，如离子交换法、磷灰石沉淀法、蒸馏法、萃取法、渗透法、反渗透法等。，其中有一些应用实践。

总之，目前矿山酸性水处理技术多种多样，各有侧重和优势，但都存在一些不足。需要根据当地的实际情况，采用不同的技术或组合不同的技术。总体技术方案应遵循:处理效果好，运行指标稳定；资金投入少，运行费用低；管理简单，操作智能；占地面积小，无二次污染或二次污染少；具有一定的经济效益和良好的社会效益。

三。结束语

由于AMD对环境的破坏，不仅改变了自然生态环境，而且严重危害人类的健康和生存。因此，能否防控AMD已经成为矿业健康发展的瓶颈。虽然世界各国都非常重视AMD的治理，也尝试了各种方法，但是真正能够大规模实践并得到最终解决的方法并不多。应根据具体情况提出不同的技术流程和方案。对付AMD，我们认为要坚持一些基本原则。首先，预防为主，防治并重的原则。预防本身要比控制付出更少的生态和经济代价。开采前、开采中、开采后应有相应的防治AMD的配套措施和方案。同时，应改变现有的重控制轻预防的误解。其次，实时监控的原则。实时监测矿山周边空瓦斯水土，随时掌握可能的污染源，第一时间进行AMD有效治理。第三，源头治理原则。源头控制既能保证AMD的危害最小，又能把AMD的形成控制在最小。第四，综合治理原则。目前，AMD的治理技术有很多种，包括主动治理和被动治理、生物治理技术、化学和物理技术，但没有一种方法是完美的。需要将各种技术与实际情况相结合，达到综合治理的目的。总之，密切关注AMD的预防和检测，采用综合技术进行有效治疗，不仅关系到经济的长远发展，也决定着人类的生存。