极酸化硫铁矿山土壤中铁硫氧化产酸菌的原位催化氧化灭活方法技术

本发明专利技术具体涉及一种极酸化硫铁矿山土壤中铁硫氧化产酸菌的原位催化氧化灭活方法，对极酸化硫铁矿山土壤进行表面修整，复配氧化药剂，向修整后的矿山土壤0～0.5m深度的土壤中施入复配的氧化药剂并进行翻堆混合，喷洒水，养护3～7天，之后覆盖石灰以调节表层pH值。本发明专利技术利用极酸性硫铁矿山中天然存在的H

In situ catalytic oxidation inactivation of acid producing bacteria from iron sulfur oxidation in extremely acidified pyrite mine soil

【技术实现步骤摘要】
极酸化硫铁矿山土壤中铁硫氧化产酸菌的原位催化氧化灭活方法


[0001]本专利技术属于矿山生态修复
，尤其是涉及一种极酸化硫铁矿山土壤中铁硫氧化产酸菌的原位催化氧化灭活方法。

技术介绍

[0002]采矿废弃物酸化，在中国乃至世界，都是一个十分严重且日益受到重视的环境问题。大多数有色金属矿以各种类型的金属硫化物存在，如黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)、闪锌矿(ZnS)、方铅矿(PbS)、毒砂(FeAsS)等。裸露矿山中的硫化物等在空气、水和微生物作用下氧化、酸化形成含有大量硫酸盐(1000～130000mg/L)和重金属离子(200～2000mg/L)的高酸性(pH：2.5～6)渗滤液——酸性矿山废水(Acid Mine Drainage，AMD)。AMD一旦产生，过程控制难度大，处理成本高；对城市排水管道存在潜在腐蚀性；进入自然环境后，破坏自然界的碳循环平衡，严重破坏周围的水体、土壤、沉积系统和生态系统。
[0003]AMD的主要来源是硫化矿物的氧化，特别是硫铁矿山。黄铁矿(FeS2)是导致AMD产生的主要矿物之一。AMD的产生是物理化学和生物学过程的组合。黄铁矿暴露在外时，在氧气和水的共同作用下发生初步化学氧化(1)；随之Fe
2+
被O2进一步氧化为Fe
3+
(2)，产生的Fe
3+
氧化黄铁矿的速度是分子氧速度的18
‑
170倍(3)。即便如此，化学氧化过程仍然非常缓慢。
[0004]FeS2+7/2O2+H2O<br/>→
Fe
2+
+2SO
42
‑
+2H
+
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0005]Fe
2+
+1/4O2+H
+
→
Fe
3+
+1/2H2O
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0006]FeS2+14Fe
3+
+8H2O
→
15Fe
2+
+2SO
42
‑
+16H
+
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0007]地球化学研究证实，自然界中硫铁矿的氧化过程是一个缓慢的化学过程与快速的微生物催化过程。在微生物的催化作用下，Fe
2+
被快速氧化为Fe
3+
，将硫铁矿的氧化速率提高了5个数量级。因此，FeS2的酸化过程是主要由微生物催化的间接氧化过程，反应速率极其快速。除此之外，硫铁矿中的硫元素氧化也主要依赖于生物作用，单质硫在酸性环境中的非生物氧化是惰性的，微生物可以直接利用矿山中的还原态硫作为电子供体生长，而产生硫酸，进一步酸化矿山环境。研究证实，在pH 2～3时，铁硫氧化产酸微生物的丰度达到80％～95％，是该环境下的绝对优势物种。因此，该类微生物不仅在硫铁矿氧化、酸化过程中起到了至关重要的作用，也成为极酸性硫铁矿生态修复中的关键阻碍。
[0008]微生物与硫铁矿的作用机制可以分为“接触”和“非接触”机制。“接触机制”是指微生物通过其表面的菌毛或分泌物直接吸附于矿物表面，借助自身酶系统直接将金属硫化物晶格氧化溶解成金属离子和SO
42
‑
。该过程完全不需要依赖和借助Fe
3+
的作用就可直接将矿物氧化；“非接触机制”通过游离微生物催化体系内的Fe
2+
快速氧化为Fe
3+
，而不与硫铁矿直接接触。通常，这两种机制共同存在于硫铁矿的氧化过程。
[0009]由于AMD对周围生态环境污染极强，有效控制硫铁矿废弃物酸化是一个世界性的难题。目前采用方法主要有物理隔离法和碱性中和法。物理隔离法是在酸性土壤表面覆盖一至数层惰性材料，形成低渗透性密封层、水分隔离层、防止冲蚀层等隔离层，这种方法通
常造价很高，当矿地面积较大时难以实现。
[0010]目前已公开针对极酸化矿山废弃地土壤修复的专利主要采用碱性中和法作为生态重建的前期方法，如中国专利文献(公开号：CN110860554A)在酸化土壤下层施用微生物菌剂，在酸化土壤表层平铺一层石灰和新鲜的农家肥，平衡1～6个月种植足够密度的植物。但该方法通过提高pH仅能沉淀Fe
3+
，从而抑制部分游离铁硫氧化产酸微生物，对于附着微生物并无明显作用；为了控制反酸，必须向酸化土壤中多次施用石灰，而长期施用石灰不仅增加人力、物力成本，还会造成土壤板结、加速土壤镁和钾的淋失、致使土壤养分不平衡等问题。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种极酸化硫铁矿山土壤中铁硫氧化产酸菌的原位催化氧化灭活方法，能够作为极酸性硫铁矿山生态修复的前处理步骤，避免后续生态修复过程中由于微生物的作用产生的反酸现象，进而提高矿山修复的效率，节约成本。
[0012]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0013]一种极酸化硫铁矿山土壤中铁硫氧化产酸菌的原位催化氧化灭活方法，对极酸化硫铁矿山土壤进行表面修整，复配氧化药剂，向修整后的矿山土壤0～0.5m深度的土壤中施入复配的氧化药剂并进行翻堆混合，喷洒水，养护3～7天，之后覆盖石灰以调节表层pH值。
[0014]其中，所述氧化药剂由5～10重量份的次氯酸盐固体与5重量份的稳定剂混合而成。
[0015]优选地，所述次氯酸盐固体包括次氯酸钠或次氯酸钙固体或其组合，所述稳定剂为氨基酸盐、聚磷酸盐、硅酸钠、滑石粉固体的一种或多种混合物。
[0016]优选地，向修整后的矿山土壤中施入的氧化药剂量为表层0～0.5m矿山土壤干基质量的0.005～0.05％。
[0017]优选地，向修整后的矿山土壤中喷洒的总水量为矿山土壤干基质量的20～30％。
[0018]优选地，养护过程每天对矿山表层0～0.5m土壤进行翻堆一次，使翻堆后的混合土壤孔隙率在40～50％。
[0019]优选地，在养护完成后的极酸化硫铁矿山土壤表面覆盖1～2cm的石灰，将表层土壤pH调整至5～8，特别优选为6.5～8
[0020]优选地，所述极酸化硫铁矿山为土壤pH为1.5～3.0的硫铁矿山，并含有磷、硫、铜、铅、锰、锌多种组分的复合矿物。
[0021]优选地，所述极酸化硫铁矿山土壤中铁硫氧化产酸菌含量在5
×
103～1
×
109个/g干基。
[0022]优选地，所述极酸化硫铁矿山土壤中的有机质含量不高于干基的5％，Fe
2+
浓度为100～500mg/kg。
[0023]优选地，对极酸化硫铁矿山土壤进行表面修整包括去除石头，填补采坑，将土壤表面耕松，深度为40～60cm，修正后的土壤孔隙度40～50％。
[0024]本专利技术选取的次氯酸盐氧化剂，与极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极酸化硫铁矿山土壤中铁硫氧化产酸菌的原位催化氧化灭活方法，其特征在于，对极酸化硫铁矿山土壤进行表面修整，复配氧化药剂，向修整后的矿山土壤0～0.5m深度的土壤中施入复配的氧化药剂并进行翻堆混合，喷洒水，养护3～7天，之后覆盖石灰以调节表层pH值；其中，所述氧化药剂由5～10重量份的次氯酸盐固体与5重量份的稳定剂混合而成。2.根据权利要求1所述的一种极酸化硫铁矿山土壤中铁硫氧化产酸菌的原位催化氧化灭活方法，其特征在于，所述次氯酸盐固体包括次氯酸钠或次氯酸钙固体或其组合，所述稳定剂为氨基酸盐、聚磷酸盐、硅酸钠、滑石粉固体的一种或多种混合物。3.根据权利要求1所述的一种极酸化硫铁矿山土壤中铁硫氧化产酸菌的原位催化氧化灭活方法，其特征在于，向修整后的矿山土壤中施入的氧化药剂量为表层0～0.5m矿山土壤干基质量的0.005～0.05％。4.根据权利要求1所述的一种极酸化硫铁矿山土壤中铁硫氧化产酸菌的原位催化氧化灭活方法，其特征在于，向修整后的矿山土壤中喷洒的总水量为矿山土壤干基质量的20～30％。5.根据权利要求1所述的一种极酸化硫铁矿山土壤中铁硫氧化产酸菌的原位催化氧化灭活方法，其特征在于，养护过程每天对矿山表层0～0.5m土壤进行翻堆一次，使翻堆后的混合土壤孔隙率在40...

【专利技术属性】
技术研发人员：董滨，孙相娟，陈思思，徐祖信，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：