[发明专利]基于高铁锰酸性矿坑废水原位制备重金属吸附剂的方法和应用

说明书

本发明公开了基于高铁锰酸性矿坑废水原位制备重金属吸附剂的方法和应用。该方法包括如下步骤：S1.将生石灰研磨至粉末状，将粉末状生石灰配制成药剂；S2.向高铁锰酸性矿的废水基坑中投加步骤S1中的药剂，调节溶液pH值至3～5；同时对高铁锰酸性矿坑废水进行曝气处理；利用射流曝气机对酸性废水进行不间断曝气处理；S3.完成曝气处理后，将废水基坑中的混合溶液静置一段时间后，收集其中的沉淀物，即得到重金属吸附剂。该方法利用酸性矿坑水中存在铁、锰等金属离子，通过投加药剂和曝气的工艺手段，来实现对高铁锰酸性矿坑废水中金属离子及其他污染物的的原位处理，同时能够制备出重金属吸附剂，达到高铁锰酸性矿坑废水处理和综合利用。

技术领域

本发明涉及地下水污染原位修复技术领域，尤其涉及基于高铁锰酸性矿坑废水原位制备重金属吸附剂的方法和应用。

背景技术

煤矿等矿山开采闭坑后，极易充水而产生大量酸性矿坑废水，其典型特征表现为pH值低、铁和锰含量高。黄铁矿本身可以稳定存在于还原条件下，但由于采矿活动，原本深埋于地下的黄铁矿暴露于有氧环境中，发生氧化性溶解，主要反应如下：

2FeS₂+2H₂O+7O₂＝＝2FeSO₄+2H₂SO₄

4FeSO₄+2H₂SO₄+O₂＝＝2Fe₂(SO₄)₃+2H₂O

Fe₂(SO₄)₃+6H₂O＝＝2Fe(OH)₃+3H₂SO₄

在黄铁矿的持续氧化溶解过程中，硫元素逐渐被氧化并最终以硫酸盐形式稳定存在，这一过程导致矿坑废水中硫酸盐含量升高。

黄铁矿的持续氧化溶解过程，同时是产酸过程，最终导致积存的矿坑水pH值逐渐下降，在酸化条件下，煤矿中所赋存的的重金属离子逐渐释出，并溶解于酸性矿坑水中，导致酸性矿坑废水铁锰含量上升甚至超标，同时还伴随其它重金属离子超标，形成酸性矿坑废水。

目前关于酸性矿坑废水的处理技术主要有中和沉淀法、吸附法、中和滤料法、微生物处理法，其中，中和法应用较为广泛，该方法使用石灰乳或者石灰将废水pH调节至8-9左右，废水中重金属离子与过量的氢氧根离子作用，最终形成重金属氢氧化物以及碳酸盐沉淀，从而使重金属从废水中脱除，由于酸性矿坑废水的通过中和沉淀法消耗的碱性药剂用量多，导致处理成本提高，并且废水处理后形成的沉淀不能进行二次利用。

吸附法则通过在废水中投加具有活性官能团的吸附剂，通过官能团与污染物的吸附力作用脱除污染物，如重金属离子污染物；虽然吸附法在使用过程中很少产生附加污染物，且使用效果良好，但是对于高铁锰酸性矿坑废水，由于铁锰离子的含量较高，吸附剂使用需求量较大，成本较高，并且高铁锰酸性矿坑废水中的铁锰离子直接被吸附剂吸附，其产物并不能达到二次利用。

中和滤料法，典型的技术案例为PRB技术，作为一种原位修复技术，其通过在污染羽横截面处设置可渗透反应墙系统，墙体中填充中和剂、零价铁、或者微生物等活性滤料，在受污染地下水流经墙体后，污染物得到稳定、降解、脱除，采用中和滤料法处理，其产物同样也不能达到二次利用。

微生物处理法，利用硫酸盐还原菌将水中的硫酸盐还原为硫化氢，最终进一步氧化为单质硫；另外一类细菌则通过将亚铁氧化为三价铁，配合石灰乳等调和剂使重金属以及硫酸盐得到脱除，采用微生物处理法，工艺复杂，同时也需要使用大量的石灰乳，并且形成的产物不能实现二次利用。