自燃煤矸石吸附煤矿酸性废水矿物学特性研究

针对煤矿酸性废水污染问题,采用SEM、XRD和FTIR等分析测试手段,对吸附煤矿酸性废水前后的自燃煤矸石、Na OH改性自燃煤矸石和SRB协同自燃煤矸石样品进行矿物学特性研究。结果表明:自燃煤矸石通过表面孔隙吸附作用和发生配位反应,将煤矿酸性废水中的离子以小颗粒的形式沉积在自燃煤矸石表面。Na OH改性过程溶出自燃煤矸石表面的部分物质,使煤矸石表面出现大量孔隙。对比XRD谱图和红外光谱图可知,自燃煤矸石中的石英和钠长石等矿物成分在吸附煤矿酸性废水时起到了一定的作用。SRB协同自燃煤矸石过程对自燃煤矸石结构成分的影响比Na OH改性过程影响大,附着在煤矸石表面的SRB不仅影响自燃煤矸石表面的矿物质成分,形成黑色硫化物颗粒,还可以直接处理煤矿酸性废水,进一步提高对煤矿酸性废水的处理效果。     

改性自燃煤矸石处理含Fe~(2+)、Mn~(2+)煤矿酸性废水实验

针对煤矿酸性废水中Fe2+、Mn2+含量高、处理难度大、处理成本高等问题,采用自燃煤矸石及Na OH、Na Cl、HCl活化改性煤矸石对煤矿酸性废水中Fe2+、Mn2+进行处理,单因素静态实验、SEM与XRD矿物学分析研究表明,自燃煤矸石的最佳反应条件为:粒径120~180μm,投加量4 g/50m L,p H值为5,震荡时间150 min。Na OH活化改性过程由于煤矸石结构发生较大改变,孔隙、比表面积增大,处理效果最好,最佳改性条件为:浓度3 mol/L,液固比2 L/kg,浸泡时间8 h。     

改性煤矸石对煤矿酸性废水中Fe~(2+)、Mn~(2+)的吸附

针对煤矿酸性废水中Fe、Mn含量高的特点,采用自燃煤矸石及NaCl、NaOH、HCl活化改性煤矸石对废水中的Fe~(2+)和Mn~(2+)进行吸附试验,并采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对样品进行表征,考察了自燃煤矸石及NaCl、NaOH、HCl活化改性煤矸石对Fe~(2+)和Mn~(2+)的吸附特性。结果表明:Na OH改性煤矸石对Fe~(2+)和Mn~(2+)的吸附效果最佳。自燃煤矸石对Fe~(2+)的吸附过程由膜扩散和颗粒内扩散联合控制,NaCl和NaOH改性煤矸石对Fe~(2+)的吸附符合一级动力学模型,HCl改性煤矸石对Fe~(2+)的吸附符合二级动力学模型。自燃煤矸石及改性自燃煤矸石对Fe~(2+)的吸附现象均符合Freundlich吸附等温式模型。自燃煤矸石及改性自燃煤矸石对Mn~(2+)的吸附均符合二级动力学模型和Langmuir吸附等温式模型。     

铁屑协同SRB污泥固定化颗粒处理AMD动态试验研究

针对煤矿酸性废水(AMD)具有污染组分多、环境污染严重、传统处理方法容易造成二次污染及占地面积大等问题,采用微生物固定化技术制备高活性SRB污泥固定化颗粒,构建以1#(不含铁屑)、2#(含铸铁屑)和3#(含生铁屑)SRB污泥固定化颗粒为填料的动态柱实验模型,研究各基质材料处理AMD的效果和机理。结果表明:动态柱对AMD处理效果3#2#1#,3#动态柱的出水pH值为8.06,TFe、Mn2+、SO42-平均去除率分别达到99.93%、48.38%、45.85%,COD释放量为60 mg/L。因此,生铁屑作为固定化颗粒主要基质材料,与SRB协同体系能够强化固定化颗粒处理AMD的过程,具有较强的抗冲击负荷能力。     

SRB治理地浸采铀矿山污染地下水条件试验研究

地浸采铀过程中,由于溶浸剂的注入,改变了地下水的原始地球化学环境,使得地下水中铀及重金属离子的浓度增高,造成了地下水的污染。通过室内试验,参照污染地下水化学成分,研究了pH值对硫酸盐还原菌(SRB)还原SO42-的影响以及SRB对U、Mn2+、Zn2+、Pb2+、Fe2+等的去除效果。结果表明,溶液pH值对SRB还原SO42-的能力以及SRB去除U、Mn2+、Zn2+、Pb2+、Fe2+等的效果影响很大,当pH值为8时,SO42-还原能力和U、Mn2+、Zn2+、Pb2+、Fe2+的去除效果均达到最佳,为地浸采铀矿山污染地下水的治理提供了新的思路。     

赤泥复合颗粒对Fe2+和Mn2+的吸附-聚沉性能

针对煤矿酸性废水中存在大量Fe2+、Mn2+和H+的污染问题,采用赤泥复合颗粒、脱碱复合颗粒及单独加碱对含Fe2+和Mn2+的煤矿酸性废水进行对比处理试验研究,并探讨了复合颗粒对Fe2+和Mn2+的去除机理。结果表明,赤泥复合颗粒释放总碱度为186.68 mg/g（以CaCO3计）,具有较强的pH值提升能力;复合颗粒通过吸附、沉淀、聚沉协同作用去除Fe2+和Mn2+,且以沉淀作用为主,投加量为2 g/L时的去除率分别为83.26%和67.27%;复合颗粒对Fe2+和Mn2+的吸附均符合Freundlich吸附等温方程,倾向于多分子层吸附;赤泥复合颗粒既能降低酸度,又能吸附重金属离子,可作为处理含Fe2+、Mn2+煤矿酸性废水的优良吸附材料。     

麦饭石井下原位处理煤矿酸性废水的强化试验研究

采用添加硫酸盐还原菌(SRB)与零价铁(Fe0)构建以麦饭石(MFS)为主体的可渗透性反应墙,模拟井下煤矿酸性废水(AMD)原位修复过程,比较生化强化与物化强化两种方式对处理能力的影响。结果表明,添加硫酸盐还原菌的麦饭石(SRB-MFS)和添加零价铁的麦饭石(Fe0-MFS)去除能力均强于单独MFS;SRB-MFS对SO42-的去除有明显优势,但对Mn2+的去除不及Fe0-MFS,两种强化方式对可溶性Fe2+的去除效果差别不大,出水均为弱碱性。     

粒径对煤矸石污染物溶解释放规律影响研究

为研究粒径对不同地区煤矸石污染组分溶解释放规律的影响,以山西省和辽宁省3个煤矿区的4种煤矸石为试验材料,通过静态浸泡试验,分析了不同粒径、不同浸出时间条件下4种煤矸石浸出液的pH,氧化还原电位(ORP),电导率,总硬度,Fe2+、Mn2+、SO24-浓度等指标变化。结合X-射线衍射和扫描电子显微镜检测,阐明不同地区煤矸石污染组分溶解释放的机制。结果表明:在粒径为0.18～0.25 mm时,4种煤矸石释放的污染物量均达到较大值。阜新海州地区自燃煤矸石和海州地区原煤矸石的浸出液p H呈碱性,阜新高德地区自燃煤矸石和山西某矿原煤矸石的浸出液p H呈酸性。阜新高德地区自燃煤矸石浸出液的总硬度和SO24-质量浓度分别为589、529 mg/L,山西某矿原煤矸石浸出液的Fe2+质量浓度为10.79 mg/L,阜新海州地区自燃煤矸石浸出液的Mn2+质量浓度为1.97 mg/L。煤矸石的表面存在孔隙、附着细小颗粒,且包含的沸石、黄铁矿、绿泥石、高岭石和磁铁矿等矿物容易溶解,向水中释放污染物。煤矸石粒径越小污染物越容易溶解释放;浸出0～3 d内污染物容易溶解释放,后期释放量趋于平稳。建议矿区施工时保持煤矸石的粒径大于0.18～0.25 mm,以减少煤矸石在堆积和填充复垦过程中向土壤和地下水释放污染离子。     

Fe3+作用下煤矸石中黄铁矿的氧化速率和化学计量学特征

硫铁矿含量较高的煤矸石在水、氧存在的条件下会发生氧化反应产生酸性矿山废水（AMD）,而Fe3+是该氧化反应过程中的强氧化剂。为了研究Fe3+作用下各类型煤矸石的氧化特征,设置不同初始Fe3+浓 度的酸性条件,对来源于3种煤系、不同硫含量的煤矸石样品KL、DZ、SX及黄铁矿样品进行氧化产酸模拟试验,并通过产酸模拟试验中的［SO42?］/［Fe2+］化学计量比来验证试验体系遵循的化学反应。结果表明,在 酸性条件下,各试样的氧化速率随液相中初始Fe3+浓度的增加而增加,第1~7 d为煤矸石及黄铁矿的快速氧化反应期,氧化产酸反应主要受化学反应的控制,试验条件下该阶段黄铁矿的氧化速率可达5.23×10-5 mol/ （L·h）,而KL、DZ、SX的最大氧化速率分别为1.91×10-5 mol/（L·h）、1.1×10-7 mol/（L·h）和1.5×10-6 mol/（L·h）。煤矸石试样的氧化产酸过程与纯黄铁矿有显著区别：黄铁矿的氧化速率高于煤矸石, 但煤矸石的铁溶出率却高于黄铁矿。不同煤矸石的氧化特征有较大差异：净产酸潜力最低的煤矸石DZ（22.89 kg/t,以H2SO4计,后同）氧化速率低于其他矸石样品;净产酸潜力值相当的KL（92.21 kg/t）和SX （90.58 kg/t）在Fe3+的氧化反应过程中有较大差异,表现在［SO42?］/［Fe2+］化学计量比上。其中KL有着与黄铁矿相似的比值规律,遵循FeS2在对应条件下的氧化机理,但SX的［SO42?］/［Fe2+］化学计量比远 高于理论值,DZ的［SO42?］/［Fe2+］化学计量比总体最高,这可能由煤矸石的产碱矿物导致的。总体而言,煤矸石所含矿物情况和风化程度造成其产酸过程的差异,含硫量越高的煤矸石其产酸污染潜力随风化程度 而增加。     

SRB治理地浸采铀矿山污染地下水条件试验研究

地浸采铀过程中,由于溶浸剂的注入,改变了地下水的原始地球化学环境,使得地下水中铀及重金属离子的浓度增高,造成了地下水的污染.通过室内试验,参照污染地下水化学成分,研究了pH值对硫酸盐还原菌(SRB)还原SO2-4的影响以及SRB对U、Mn2+、Zn2+、Pb2+、Fe2+等的去除效果.结果表明,溶液pH值对SRB还原SO2-4的能力以及SRB去除U、Mn2+、Zn2+、Pb2+、Fe2+等的效果影响很大,当pH值为8时,SO2-4还原能力和U、Mn2+、Zn2+、Pb2+、Fe2+的去除效果均达到最佳,为地浸采铀矿山污染地下水的治理提供了新的思路.     

麦饭石SRB污泥固定颗粒的稳定性及生物活性实验

针对我国煤矿酸性废水(ACMD)腐蚀性强、锰硫含量高的特点,基于微生物固定化技术,将改性麦饭石与硫酸盐还原菌污泥(SRB)有机结合,制成一种用于处理ACMD的改性麦饭石固定化SRB污泥颗粒。通过进行颗粒对酸碱盐溶液的稳定性试验及对比有无麦饭石颗粒膨胀率、OD600和SO42-的处理效果,探讨颗粒的结构稳定性及改性麦饭石对颗粒结构稳定、生物活性的影响,初步分析颗粒的适用性及可行性。结果表明,颗粒能满足对一般酸度较低ACMD的稳定性要求,有麦饭石颗粒的结构膨胀、基质外泄情况及SO42-去除效果优于无麦饭石颗粒,说明麦饭石对颗粒的结构稳定性、生物活性有一定的积极影响。     

改性麦饭石固定化颗粒处理AMD的特性试验

针对硫酸盐还原菌(SRB)处理多组分煤矿酸性废水(AMD)易受低p H值和高浓度重金属离子抑制等问题,采用PVC-硼酸,添加30%SRB污泥、5%玉米芯、5%铁屑和15%改性和未改性麦饭石分别包埋制作1号和2号固定化颗粒,并对1号和2号颗粒进行动力学、吸附容量及1号颗粒在不同SO_4~(2-),Mn~(2+),H+初始浓度下对SO_4~(2-),Mn~(2+)处理过程实验。结果表明,1号和2号颗粒对SO_4~(2-)的还原过程符合一级动力学,1号颗粒的最大还原速率(88.2 mg/(L·h))大于2号颗粒(82.4 mg/(L·h)),拟二级动力学模型能够很好地描述1号和2号颗粒Mn~(2+)吸附机理,1号和2号颗粒对Mn~(2+)等温吸附模型更好地符合Freundlich方程,可见,改性麦饭石固定化颗粒异化还原SO_4~(2-)活性更好,阳离子间竞争吸附影响较小。且初始SO_4~(2-)浓度通过改变体系中COD/SO_4~(2-)和颗粒内外的浓度差影响固定化颗粒的代谢过程,颗粒代谢性能受Mn~(2+)浓度影响较小,有较好调节p H能力。     

煤矿酸性矿井水中有害元素的迁移特性

利用电感耦合等离子质谱（ICP-MS）、离子色谱（IC）和X射线衍射（XRD）等方法研究了马兰煤矿酸性矿井水及其沉淀物的化学成分和物相组成,并通过吸附解吸实验和PHREEQC水化学模拟计算研究了典型酸性矿井水样品中Pb,Th,U,Be,Zn,Ni,Co,Cd,Cu,As,Cr,V,Ba等有害元素的迁移特性.研究表明：① 煤矿酸性矿井水中SO^2-₄,Fe,Mn,Al,Pb,Th,U,Be,Zn,Ni,Co,Cu等离子含量较高,对环境存在潜在危害;② 酸性矿井水中有害元素的迁移主要受pH,Fe-Al-Mn含量和水体颗粒物矿物组成的控制;③ Fe,Al和Mn的含量随pH上升而迅速下降,并控制着Pb,Th,U,Be,Zn,Ni,Co,Cu等潜在有害微量离子的迁移行为; ④ 各离子随pH上升被去除的先后顺序为: Th>Fe>Pb >Cr>Al>Cu>Be>U>Zn>As>Cd>Mn>Co>Ni>Ba;⑤ 酸性矿井水中V不能够随pH的升高而去除,反而会有更多的V溶解在水中.     

SRB菌的分离鉴定及其对矸石山酸性废水的处理

为了得到煤矸石山酸性废水处理的专属功能微生物,从湖南湘潭某煤矸石山周边土壤中分离筛选硫酸盐还原菌,分析菌株的16S rRNA基因序列,形态和生理生化特性,并利用得到的菌株处理矸石山酸性废水。16S rRNA基因序列分析表明,所分离得到的硫酸盐还原菌株S-7与Desulfuromonas alkenivorans同源性达到99.0%。该菌株为杆状稍有弯曲,能运动,大小(0.5~0.8)μm×(3.0~4.0)μm,革兰氏染色显阴性,最适生长温度为30℃,最适p H值范围6~8,酵母粉为最好的碳源和氮源,硫酸钠为最适合硫源,菌株经培养96 h后细胞浓度高达1.76×109个/m L。培养初始p H为7时,6 d可去除体系中90%硫酸根离子,而不同硫酸根离子浓度对菌株生长和硫酸盐去除效率影响不明显。S-7菌株对矸石山酸性废水中Fe,Mn,Pb和Zn四种重金属离子均存在处理效果,整体上去除效率为PbFeZnMn,其中Pb离子经7 d处理后去除率达到100%。     

煤矸石模拟浸泡和淋溶实验污染物释放特点的研究

通过浸泡实验和淋溶实验研究贵州百里杜鹃风景区煤矸石堆场的煤矸石溶解释放污染物的规律。结果表明,煤矸石模拟淋溶渗透水与煤矸石浸泡液中释放的主要污染物一致,主要污染物为硫酸盐(SO42-)、总铁(Fe)和锰(Mn)且pH值低。模拟淋溶实验的淋滤初期,淋滤液中主要污染组分浓度较高,以后随着降水量的增加,从煤矸石中溶出的有害污染物质的量减小,在淋溶初期污染物质溶出的浓度最高。煤矸石的浸泡实验中,浸泡液中主要污染组分浓度较高,随着时间的增加,煤矸石中的污染物不断地释放出来。     

矸石山自燃事故分析及综合治理技术的应用

矸石山是矿井生产系统的组成部分,同时又是煤矿特征固体废弃物污染源。对矸石山的管理,既要保证安全,又要符合环境保护的要求。文章介绍了平顶山煤业集团四矿矸石山2005年5月15日自燃崩塌灾害后采取的险情排除方案、矸石山自燃综合治理技术以及后期采用的预防措施。