金属硫化物矿山尾矿生物氧化的抑制研究

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嗜酸性氧化菌会极大地加速硫化物矿物的自然风化,释放出的大量有毒有害重金属元素、生成的酸性矿山废水(acid mine drainage,简称AMD),以及大量的H+都会对周围的生态环境产生非常严重的危害。研究表明:以氧化亚铁硫杆菌为代表的嗜酸氧化菌起了非常重要的作用。本研究从广东韶关大宝山多金属硫化物尾矿分离得到的两株菌Z1、Z2,经过生长特性研究和16SrDNA鉴定,两株菌和标准菌ATCC23270的相似度均为99%,证实所筛选的两株菌同为氧化亚铁硫杆菌。通过驯化,菌株Z1比Z2更适应在硫化物尾矿矿浆中生长。实验以所筛菌株Z1作为实验菌株,通过添加不同剂量、不同种类的杀菌剂,以杀菌剂存在条件下培养基中菌密度、pH、Eh、Fe2+氧化率的变化情况为依据,分析杀菌剂对氧化亚铁硫杆菌的生长及Fe2+氧化的抑制效果,并确定了杀菌剂的最佳使用浓度。实验结果显示:实验用杀菌剂十二烷基磺酸钠(简称SDS)和十六烷基三甲基溴化铵(简称CTAB)能有效地抑制金属硫化物尾矿的生物氧化和酸化:ρ(SDS)为30 mg/L时Fe2+的氧化抑制率达到82.83%;ρ(CTAB)为5 mg/L时Fe2+的氧化抑制率达到80.84%;添加了杀菌剂的溶液pH、Eh基本保持不变,表明杀菌剂的使用可以通过抑制氧化亚铁硫杆菌的生长,进而抑制其氧化产酸。鉴于氧化亚铁硫杆菌在硫化物尾矿风化氧化过程中的特殊作用,可以考虑把杀菌作为原位控制金属硫化物尾矿酸化污染的有效途径。杀菌剂用于尾矿的生物氧化控制已有先例,但是硫化物尾矿多以露天堆放的方式存放,在野外由于日照、雨淋等客观条件的存在,杀菌剂容易失效和流失。为提高杀菌剂的有效利用率和杀菌效果,本研究对所选用的杀菌剂进行了缓释处理,采用滴制法将其制备成具有缓释功能的杀菌剂滴丸。通过对该缓释滴丸进行SEM、FTIR、元素分析及缓释性能表征证实:滴制法可以把SDS均匀地分散在以醋酸纤维素为骨架的缓释滴丸内部;滴丸的载药率可以达到40%以上;实验周期内酸性溶液中杀菌成分持续溶出,溶液中ρ(SDS)逐渐升高。负载CTAB的缓释滴丸则只有8.42%的载药率,且FTIR分析没有明显的特征基团显示;但是实验周期内也具有相当稳定的缓释效果。最后以Z1作为氧化菌,对不同风化时期大宝山矿区硫化物尾矿设置了生物浸矿实验,通过对比添加SDS缓释杀菌剂前后的氧化数据,得出以下结论:黄铁矿生物浸矿过程,添加缓释滴丸处理的浸矿溶液在实验周期内的pH、Eh变化幅度较小,而且Zn2+、总Fe的溶出率分别比未加SDS缓释滴丸的处理低61.37%、84.44%;同时新尾矿和老尾矿也体现了相似的实验的结果,在有杀菌剂存在的条件下,pH、Eh变化不明显,而且金属离子溶出也受到了明显限制。
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