[發明專利]極酸化硫鐵礦山土壤中鐵硫氧化產酸菌原位滅活方法

有效

• 申請號: 202210284894.6
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114733897B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 董濱;孫相娟;陳思思;徐祖信
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B09C1/08
• 分類號: B09C1/08
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明具體涉及一種極酸化硫鐵礦山土壤中鐵硫氧化產酸菌的原位催化氧化滅活方法，對極酸化硫鐵礦山土壤進行表面修整，復配氧化藥劑，向修整后的礦山土壤0～0.5m深度的土壤中施入復配的氧化藥劑并進行翻堆混合，噴灑水，養護3～7天，之后覆蓋石灰以調節表層pH值。本發明利用極酸性硫鐵礦山中天然存在的H⁺和Fe²⁺催化次氯酸鹽產生強氧化作用，滅活鐵硫氧化產酸微生物從而抑制土壤酸化，并對下層土壤形成覆蓋層保護避免氧化酸化。本發明方法操作簡單，原位催化作用使次氯酸鹽需求量大幅減少，相比于單純的石灰覆蓋技術大幅降低石灰用量，避免土壤板結問題，投入成本低廉，抑制酸化效果好，不易返酸，可用作極酸化硫鐵礦山生態修復的前處理步驟。

技術領域

本發明屬于礦山生態修復技術領域，尤其是涉及一種極酸化硫鐵礦山土壤中鐵硫氧化產酸菌的原位催化氧化滅活方法。

背景技術

采礦廢棄物酸化，在中國乃至世界，都是一個十分嚴重且日益受到重視的環境問題。大多數有色金屬礦以各種類型的金屬硫化物存在，如黃鐵礦(FeS₂)、黃銅礦(CuFeS₂)、閃鋅礦(ZnS)、方鉛礦(PbS)、毒砂(FeAsS)等。裸露礦山中的硫化物等在空氣、水和微生物作用下氧化、酸化形成含有大量硫酸鹽(1000～130000mg/L)和重金屬離子(200～2000mg/L)的高酸性(pH：2.5～6)滲濾液——酸性礦山廢水(Acid?Mine?Drainage，AMD)。AMD一旦產生，過程控制難度大，處理成本高；對城市排水管道存在潛在腐蝕性；進入自然環境后，破壞自然界的碳循環平衡，嚴重破壞周圍的水體、土壤、沉積系統和生態系統。

AMD的主要來源是硫化礦物的氧化，特別是硫鐵礦山。黃鐵礦(FeS₂)是導致AMD產生的主要礦物之一。AMD的產生是物理化學和生物學過程的組合。黃鐵礦暴露在外時，在氧氣和水的共同作用下發生初步化學氧化(1)；隨之Fe²⁺被O₂進一步氧化為Fe³⁺(2)，產生的Fe³⁺氧化黃鐵礦的速度是分子氧速度的18-170倍(3)。即便如此，化學氧化過程仍然非常緩慢。

FeS₂+7/2O₂+H₂O→Fe²⁺+2SO₄^2-+2H⁺??(1)

Fe²⁺+1/4O₂+?H⁺→Fe³⁺+1/2?H₂O??(2)

FeS₂+14?Fe³⁺+8H₂O→15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺??(3)

地球化學研究證實，自然界中硫鐵礦的氧化過程是一個緩慢的化學過程與快速的微生物催化過程。在微生物的催化作用下，Fe²⁺被快速氧化為Fe³⁺，將硫鐵礦的氧化速率提高了5個數量級。因此，FeS₂的酸化過程是主要由微生物催化的間接氧化過程，反應速率極其快速。除此之外，硫鐵礦中的硫元素氧化也主要依賴于生物作用，單質硫在酸性環境中的非生物氧化是惰性的，微生物可以直接利用礦山中的還原態硫作為電子供體生長，而產生硫酸，進一步酸化礦山環境。研究證實，在pH?2～3時，鐵硫氧化產酸微生物的豐度達到80％～95％，是該環境下的絕對優勢物種。因此，該類微生物不僅在硫鐵礦氧化、酸化過程中起到了至關重要的作用，也成為極酸性硫鐵礦生態修復中的關鍵阻礙。