滁州学院土木与建筑工程学院 滁州 239000
1摘要：分析了安徽省沿江矿区的酸性矿山废水情况。对中和、人工湿地和微生物三种处理方法进行分析整合，并详细描述微生物处理方法中固定化SRB处理技术在酸性矿山废水中的优势。
关键词：酸性矿山废水；中和法；人工湿地法；微生物法；固定化SRB
前言
安徽省沿江矿区矿产资源十分丰富，区内分布有各种金属矿山和硫铁矿数百个，随着人类对矿产资源需求量的增加，矿物的开采量日渐增大。同时，在矿物开采过程产生的酸性工业废水也不断增多。
酸性矿山废水（AMD）是目前较难处理的工业废水，不仅成分复杂，含有较高浓度的硫酸根和大量超标污染物铬、锰、镉等重金属离子，而且排放量巨大。如果将未经处理的酸性矿山废水直接排入到自然水体中，一方面会降低水体的酸性，另一方面一些重金属离子也因无法被微生物分解而过多的残留在自然环境中，对水生动植物和周边居民造成了极大的影响与危害。因此，对于安徽省沿江地区废水的治理修复迫在眉睫。
1 沿江矿区矿山废水情况
安徽省沿江矿区地处长江中下游成矿带中段,矿区在开采过程中产生了大量的矿山废水，其主要的污染成分为酸污染、重金属污染、可溶性盐类等。据调查统计，截止至2016年底矿山废水年产出量6237.86万t,利用率约67%,废水年排放量2056.73万t,排放去向主要为矿山周边沟渠、河流及农田【1】。由此可见，排放量巨大的矿山废水无法被回收利用，排入到自然水体中不仅会使国家的环境治理工作加重，还会给人类以及动植物造成了极大的伤害。除此之外，在众多类型的矿山废水中，酸性矿山废水成为了矿区最大的污染源。
酸性矿山废水【2】是由于矿区中的硫化物在地表环境下迅速氧化,导致含重金属离子浓度很高的酸性废水渗出。通常情况下，酸性废水的PH值为1.5～6.0,处理难度大且成本较高。不经过处理直接排放至自然水体中，将导致水体酸碱度降低，从而使水生动植物遭受到极大的影响和危害；同时也会影响周边土壤的酸碱度，以至于影响人类的正常生活，严重时亦可对人类的健康造成威胁。庐江县钟山铁尾矿区周边的失曹河与黄屯河水【3】的pH变化较大,范围分别在2.70-6.94和2.24-7.43之间，锰和镉的含量均处于中等风险水平。镉的毒性极大，被镉污染的空气和食物对人体也非常严重。铜陵市狮子山【4】矿区由于受酸性矿山废水影响严重，表层土壤重金属铜、锌、铅和镉的平均含量均超过了铜陵市土壤背景值。安徽省沿江矿区普遍存在酸性矿山废水污染严重的问题，水土污染较为严重。若不及时解决，将会破坏生态平衡，对生态环境造成不可避免地伤害。
2 酸性矿山废水的处理方法
不同矿区内的酸性废水中离子含量有所不同，对其处理也没有统一的方式，但常用的处理方法一般为中和法、人工湿地法和微生物处理法。
2.1中和法
2.1.1中和法的基本原理
中和法即通过向酸性废水中加入中和剂，利用酸碱中和反应以达到提高水体酸碱值的效果，并通过生成沉淀的方式，达到除污的目的。在酸性废水的处理流程中，常见的中和剂是石灰和石灰乳。我国在利用中和法处理酸性矿山废水的工艺流程一般使用：1）升流式变滤速膨胀法：把碎石灰石放入圆锥体中,通过水从上向下流的方式穿过滤料,使其充分反应达到除污效果；2）直接投放法：将石灰制成的石灰乳放入沉淀池进行沉淀反应，最后将生成物去除；3）滚筒中和法：通过石灰石在旋转过程中相互碰撞，从而让酸性水体与石灰石充分接触来发生反应【5】。
2.1.2中和法的实际案例
目前，国内外使用中和法处理酸性废水的工艺较为成熟和普遍。该过程工艺简单并且运行成本低,但是对于污泥量大的高浓度废水去除效率相对较低且容易造成二次污染【6】。申永林等人【7】通过试验分析,确定石灰石—石灰乳二段中和法处理酸性废水,可达到排放标准,并且沉淀量少,能够达到降本提效的目的。美国环保局【8】认为二段中和法相较于单一的石灰乳处理方法能够有效的降低成本，处理重金属离子含量较高的酸性矿山废水极为经济。
2.2人工湿地法
2.2.1人工湿地的基本原理
人工湿地通过人工建造，利用人工介质-土壤-植物-微生物的作用，通过过滤、阻隔和沉积的物理作用和化学沉淀、吸附、离子交换、氧化还原反应等化学反应结合，再利用人工湿地系统中的基质填料定期更换以及对水生植物的收割,彻底将污染物从系统中排出【9】。人工湿地处理污水的方法较为新型，对于矿山废水中金属离子的去除效果也相对较好，不仅成本低，而且还能够起到美化的作用，但同时人工湿地的占地面积也相对较大。
2.2.2 人工湿地的影响因素
人工湿地净化污水的影响因素较多，主要在于基质、植物、气候和水力停留时间四个方面【10】：1）基质：基质吸附能够有效实现对磷的去除，不同基质的污水净化效果也不一样；2）植物：有植物的人工湿地系统处理污水时，氮、磷等的去除率相对更高且不同植物的耐水性和耐污性也有一定差异；3）气候：一般情况下，人工湿地的水温控制在20～25℃时效果最好。若水温不超过10℃处理效率将会下降，不超过4℃时硝化作用就逐渐停止；4）水力停留时间：污水在人工湿地系统中的停留时间越长，基质和植物就能够对污水中的氨氮、总磷等有足够的时间去进行吸附和清除。
2.2.3 人工湿地的实际应用
人工湿地最早在20世纪80年代初被应用于矿山废水的处理，近年来在国外已经普遍用于处理污废水。
例如在德国铀矿山和水冶厂退役治理【11】中，由于废水量较大，需要用最经济的工艺达到较好的去除铀的效果，人工湿地技术就成为了首选方案之一。英国康沃尔【12】对于锡矿井关闭后流出的含有镉、锌、砷和铁的强酸性废水采用了人工湿地的方法处理酸性矿山废水。同样的，近年来中国也逐渐开始利用人工湿地的方法来解决矿山废水的污染问题。程丽芬等人【13】以山西省高家窑煤矿废水为研究对象进行试验，结果表明：混合配比基质对煤矿废水的净化效果好于单一基质，不同植物组合对全氮、全磷、硫化物和汞的去除率分别可达到96%、92%、51%和76%以上。
2.3微生物处理法
2.3.1微生物的基本处理法
微生物技术【14】一般是通过微生物和本身或微生物的代谢产物与酸性矿山废水中的重金属离子结合产生吸附、转化、络合或沉淀的作用来对AMD进行处理。近年来，微生物处理矿山废水的方法已较为广泛。相较于湿地法和中和法来说成本较低，作用更加广泛，且不会造成二次污染，对环境非常友好。其中以硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法较为先进。
2.3.2 利用SRB处理AMD
在国内，有很多对硫酸盐还原菌处理酸性废水的研究。例如江峰等人【15】综述了硫酸盐还原菌在处理酸性矿山废水中的原理、重金属的去除及处理过程中的工艺，并表明了降本提效、资源回收将是SRB法处理AMD的发展方向。但是刘彦禧等人【16】在基于硫酸盐还原的酸性矿山废水研究中表明SRB虽然能将SO42-转化为S2-，提高水的酸碱度。但是AMD中几乎不含机碳，并且硫酸盐还原反应理论上的ρ(DOC)/ρ(SO42-)为0.67，但实际需要更多碳源，将导致出水有机负荷过高。徐师等人【17】同样在研究中阐述了SRB在处理过程中重金属对SRB存在的影响以及SRB在处理过程中的产生的毒害作用等问题。可见，酸性矿山废水的成分非常复杂，单一的SRB处理技术并不能达到较为理想的效果，因此固定化SRB就逐渐应用于酸性矿山废水的处理中。
2.3.3 固定化SRB研究现状
王海霞【18】曾以模拟酸性矿山废水的处理为研究对象，探讨了游离的SRB菌液、固定化SRB球状颗粒和SRB污泥三种SRB存在形式对含Zn(200mg/L、400mg/L)、Cd(15mg/L、30mg/L)酸性矿山废水的效果，研究表明固定化SRB球状颗粒效果优于另外两种。张颖等【19】为解决某矿区中超标污染物F-、Cr(VI)、Cr(III)、SO42-等对地下水造成的危害，通过向ZrOCl2在乙醇溶液反应得到的纳米二氧化锆明胶中加入0.6g丙烯酰胺单体、0.05g亚硫酸氢钠和过硫酸钾，并在25℃下进行聚合反应得到自制纳米ZrO2-聚丙烯酰胺无机-有机杂化材料对硫酸盐还原菌进行固定化，将得到的纳米ZrO2-SRB颗粒对超标污染物进行处理。结果表明了纳米ZrO2-SRB颗粒作反应层对污染物的去除率要高于挂膜SRB，且纳米ZrO2-聚丙烯酰胺杂化材料可以为SRB提供碳源，使SRB的活性增强。肖挺【20】在吸附-固定化SRB1培养-SRB1二次培养间歇操作实验装置处理模拟含镉酸性废水中表明,当pH值约为6.0、SO42-浓度为1500.2mg/L、Cd2+浓度为39.6mg/L时，直接经过固定化SRB1培养后,脱硫除镉率分别为70.8%和95.2%,每35.5mg的SO42-被还原就有1mg的Cd2+沉淀去除。
通过微生物固定化技术处理SRB，再将其用于酸性矿山废水的处理工艺流程中，效果显著。细菌固定之后不仅可以减小反应器的体积、减少污泥产量,同时也能够提升SRB的活性。
3 结语
(1)安徽省沿江矿区的矿山废水排放量巨大，对周边造成了极大的污染。并且，由于矿区中硫化物在地表环境中迅速氧化，矿区中流出含有高浓度重金属的酸性矿山废水成为了最大的污染源。
(2)国内对于酸性废水的处理方法通常有中和法、人工湿地法和微生物法。中和法工艺流程简单，运行成本低，但极易造成二次污染；人工湿地法较为新型，拥有和中和法一样成本低的优点，但同时也存在占地面积大的缺点；微生物处理法相比较于中和法和人工湿地法，不仅拥有成本低，作用广泛的优点，而且还对环境非常友好，不会造成二次污染。
(3)固定化SRB处理酸性矿山废水的效果显著，但目前对于SRB的固定化技术在实际操作应用中依然存在一些问题，仍需要进行不断地探索。
参考文献：
【1】 柴义伦 张品楠 柴龙飞.安徽省沿江矿区地下水重金属污染特征分析[J]．地下水,2019,41(02):57-59+161
【2】 阳正熙.矿区酸性废水的成因及其防治[J].世界采矿快报,1999,15(10):42-45
【3】 周芬琪.安徽庐江钟山尾矿区河流沉积物重金属污染及生态风险评价[D].合肥市.安徽大学.2020
【4】 陆金 赵兴青.铜陵狮子山矿区土壤重金属污染特征及生态风险评价[J].环境化学,201736(09):1958-1967
【5】 杨松青.金属矿山酸性废水处理技术[J].中国资源综合利用,2017,35(10),29-31
[6]张颖 张磊 李喜林 李致格 张富隆.纳米ZrO2-SRB颗粒对铬和氟污染地下水修复的动态实验.环境工程学报,DOI:10.12030/j.cjee.202002001
基金项目：安徽省教育厅自然科学项目（KJ2020B10）；安徽省大学生创新创业训练计划项目（2020CXXL135）。
作者简介：
张思哲（2001-），女，本科生，研究方向：水污染控制理论与技术。
通讯作者：张颖（1993-），女，硕士研究生，助教，研究方向：水污染控制理论与技术。