Dòng thải axit mỏ

Nước thải axit mỏ, axit và dung dịch thải chứa kim loại (AMD), hoặc chất thải axit (ARD) được nói đến là dòng chảy của nước có tính axit từ các mỏ kim loại hoặc các mỏ than.
Chất thải axit xảy ra tự nhiên trong một số môi trường như là một phần của quá trình phong hoá đá nhưng càng trầm trọng hơn bởi các nhiễu loạn đất quy mô lớn đặc trưng của hoạt động xây dựng lớn khác khai thác và, thường là trong vòng đá có chứa một lượng lớn khoáng sunfua. Các khu vực đất đã bị xáo trộn (ví dụ như xây dựng, phân khu, và các hành lang giao thông vận tải) có thể tạo ra chất thải axit. Ở nhiều địa phương, các chất lỏng chảy từ mỏ than, các cơ sở xử lý than, dung dịch rửa than và than có thể có tính axit cao, và trong trường hợp này nó được xử lý như chất thải axit.
Cùng một loại phản ứng và các quá trình hóa học có thể xảy ra thông qua sự xáo trộn của đất phèn được hình thành dưới điều kiện ven biển và cửa sông sau khi mực nước biển lớn tăng cuối cùng, và tạo thành một mối nguy hiểm môi trường.

Danh mục

Trong lịch sử, việc xả axit từ các mỏ hoạt động hoặc bị bỏ hoang đã được gọi là hệ thống thoát nước mỏ acid, hoặc AMD. Các chất thải axit, hoặc NN & PTNT, đã được giới thiệu vào những năm 1980 và 1990 để chỉ ra rằng hệ thống thoát nước có tính axit có thể bắt nguồn từ các nguồn khác ngoài mỏ. Ví dụ, một báo cáo vào năm 1991 tại một hội nghị quốc tế về chủ đề này có tựa đề: "Những dự báo của nước a xít mỏ- Bài học từ các cơ sở dữ liệu" Cả AMD và ARD tham khảo pH thấp, vùng nước có tính axit gây ra bởi quá trình oxy hóa của khoáng chất sulfide, mặc dù ARD là tên chung chung.
Trong trường hợp hệ thống thoát nước từ một mỏ là không có tính axit và đã hòa tan kim loại hoặc á kim, hoặc ban đầu có tính axit, nhưng đã được trung hòa dọc theo con đường dòng chảy của nó, sau đó nó được mô tả là "nước thải trung tính", "nước mỏ không ảnh hưởng" hay những tên khác. Không trong số những cái tên khác đã được chấp nhận chung.

Nguồn gốc

khai thác mỏ dưới bề mặt thường tiến triển dưới mực nước ngầm, vì vậy nước phải liên tục được bơm ra khỏi mỏ để ngăn chặn lũ lụt. Khi một mỏ bị bỏ rơi, bơm ngừng, và nước lụt mỏ. Giai đoạn này của nước là bước khởi đầu trong hầu hết các tình huống thoát axit đá. Quặng đuôi, bãi đá thải mỏ, và chiến lợi phẩm than đá cũng là một nguồn quan trọng của hệ thống thoát nước mỏ axit.
Sau khi được tiếp xúc với không khí và nước, quá trình oxy hóa các sunfua kim loại (thường pyrit, đó là sắt-sulfide) trong đất đá xung quanh và quá tải tạo ra axit. Thuộc địa của vi khuẩn và vi khuẩn cổ rất đẩy nhanh sự phân hủy của các ion kim loại, mặc dù các phản ứng này cũng xảy ra trong một môi trường vô sinh. Các vi khuẩn này, được gọi là cực trị đối với khả năng của họ để tồn tại trong điều kiện khắc nghiệt, xảy ra một cách tự nhiên trong đá, nhưng nước và ôxy cung hạn hẹp thường giữ con số của họ thấp. cực trị đặc biệt được gọi là Acidophiles đặc biệt ưu tiên cho các mức độ pH thấp của mỏ bỏ hoang. Đặc biệt, Acidithiobacillus ferrooxidans là một đóng góp quan trọng vào quá trình oxy hóa pyrit.
các mỏ kim loại có thể tạo ra thải có tính axit cao, nơi quặng là một khoáng chất sulfide hoặc được kết hợp với pyrit. Trong những trường hợp các ion kim loại chiếm ưu thế có thể không sắt mà là kẽm, đồng, hoặc niken. Các quặng thường được khai thác nhất của đồng, chalcopyrit, bản thân nó là một đồng-sắt-sulfide và xảy ra với một loạt các sunfua khác. Do đó, các mỏ đồng thường thủ phạm chính của hệ thống thoát nước mỏ axit.
Tại một số mỏ, hệ thống thoát nước có tính axit được phát hiện trong vòng 2-5 năm sau khi khai thác mỏ bắt đầu, trong khi đó ở các mỏ khác, nó không được phát hiện trong nhiều thập kỷ. [Cần dẫn nguồn] Ngoài ra, hệ thống thoát nước có tính axit có thể được tạo ra trong nhiều thập kỷ hoặc thế kỷ sau khi nó là đầu tiên phát hiện. Vì lý do này, thoát nước mỏ axit được coi là một vấn đề về môi trường dài hạn nghiêm trọng liên quan đến khai thác mỏ.

Hiệu quả trung hòa pH

nhiệt độ nước cao như 47 °C đã được đo dưới lòng đất tại mỏ Iron Mountain, và độ pH có thể thấp như -3,6.
Vật gây thoát nước mỏ axit có thể phát triển mạnh trong vùng nước có độ pH rất gần bằng không. pH tiêu cực xảy ra khi nước bốc hơi từ hồ đã có tính axit do đó làm tăng nồng độ của các ion hydro.
Khoảng một nửa số thải mỏ than ở Pennsylvania có độ pH dưới 5. Tuy nhiên, một phần quan trọng của hệ thống thoát nước mỏ ở cả vùng bitum và than Pennsylvania có tính kiềm, vì đá vôi trong đất đá phủ trung hòa axit trước khi hệ thống thoát nước tỏa ra.
chất thải axit gần đây đã là một trở ngại để hoàn thành việc xây dựng các đường Interstate 99 gần State College, Pennsylvania. Tuy nhiên, chất thải axit này không đến từ một mỏ; đúng hơn, nó được sản xuất bởi quá trình oxy hóa của đá pyrit giàu được khai quật trong một cắt đường và sau đó sử dụng làm nguyên liệu phụ trong xây dựng I-99. Một tình huống tương tự được phát triển tại các sân bay Halifax ở Canada. Đó là từ những điều này và tương tự như những kinh nghiệm mà thoát axit đá lâu đã nổi lên như là một lợi thế để thoát nước mỏ acid, qua đó nhấn mạnh đến bản chất chung của vấn đề.

Dòng vàng

Khi độ pH của hệ thống thoát nước mỏ axit được nâng lên qua 3, hoặc qua tiếp xúc với nước ngọt hoặc khoáng chất trung hòa, trước đây (III) ion sắt hòa tan kết tủa như sắt (III) hydroxit, một màu vàng cam rắn thường được biết đến như cậu bé vàng. Các loại kết tủa sắt là có thể, bao gồm các oxit sắt và oxyhydroxides. Tất cả những kết tủa có thể mất màu nhà máy nước và ngột thở và đời sống động vật trên suối, phá vỡ hệ sinh thái suối (một hành vi phạm tội cụ thể theo Đạo Luật Thủy sản ở Canada). Quá trình này cũng tạo ra các ion hydro bổ sung, trong đó tiếp tục có thể làm giảm độ pH. Trong một số trường hợp, nồng độ của hydroxit sắt trong Dòng Vàng rất cao, kết tủa có thể được thu hồi để sử dụng thương mại trong các sắc tố.

Ô nhiễm kim loại vi lượng và á kim

Nhiều phóng axit đá cũng chứa hàm lượng cao các kim loại độc hại có khả năng, đặc biệt là niken và đồng với các cấp thấp hơn của một loạt các ion dấu vết và bán kim loại như chì, thạch tín, nhôm và mangan. Các nồng độ kim loại nặng chỉ có thể được hòa tan trong nước có độ pH thấp, như được tìm thấy trong vùng nước có tính axit được sản xuất bởi quá trình oxy hóa pyrit. Trong vành đai than xung quanh các thung lũng phía nam xứ Wales ở Anh thải niken giàu có tính axit cao từ mỏ than đã chứng tỏ là rất khó khăn.

Giám sát

Ở Anh, nhiều chất phế thải từ mỏ bỏ hoang được miễn điều khiển. Trong trường hợp đó, Cơ quan Môi trường làm việc với các đối tác như Authority than đã cung cấp một số giải pháp sáng tạo, bao gồm các giải pháp đất ngập nước được xây dựng như trên Pelenna sông trong thung lũng của sông Afan gần Port Talbot và các vùng đất ngập nước được xây dựng bên cạnh sông Neath tại Ynysarwed. 
Mặc dù các mỏ ngầm bị bỏ rơi sản xuất hầu hết các hệ thống thoát nước mỏ acid, một số mỏ lộ gần đây khai thác và khai hoang đã sản xuất nông nghiệp và PTNT và đã bị suy thoái nguồn tài nguyên nước ngầm và bề mặt nước ở địa phương. nước có tính axit được sản xuất tại các mỏ hoạt động phải được vô hiệu hóa để đạt được pH 6-9 trước khi thải ra từ một khu mỏ cho một dòng được cho phép.
Tại Canada, làm việc để giảm tác động của hệ thống thoát nước mỏ axit được tập trung theo chương trình môi trường mỏ Neutral thoát nước (MEND). Tổng nợ từ chất thải axit được ước tính vào khoảng $ 2 tỷ USD và $ 5 tỷ CAD. Trong khoảng thời gian tám năm, MEND tuyên bố đã giảm ARD trách nhiệm lên đến triệu $ 400 CAD, từ vốn đầu tư 17.500.000 $ CAD.

Vôi trung hòa

Bởi đến nay, quá trình thương mại phổ biến nhất được sử dụng để điều trị thoát nước mỏ axit là kết tủa vôi trong một quá trình mật độ cao bùn (HDS). Trong ứng dụng này, bùn vôi được phân tán vào một bể chứa thoát nước mỏ axit và bùn tái chế để làm tăng pH nước khoảng 9. Ở pH này, các kim loại độc hại nhất trở nên không hòa tan và kết tủa, được hỗ trợ bởi sự hiện diện của bùn tái chế. Tùy chọn, không khí có thể được giới thiệu trong bể này để oxy hóa sắt và mangan và hỗ trợ trong mưa của họ. Bùn kết quả là hướng đến một tàu bùn nại, chẳng hạn như một lắng. Trong tàu đó, nước sạch sẽ tràn cho phát hành, trong khi đó kết tủa kim loại đã giải quyết (bùn) sẽ được tái chế để các bể xử lý thoát nước mỏ axit, với một dòng suối bên bùn lãng phí. Một số biến thể của quá trình này tồn tại, như điều khiển bởi các chất hóa học của ARD, khối lượng của nó, và các yếu tố khác. Nói chung, các sản phẩm của quá trình HDS cũng chứa thạch cao và vôi không phản ứng, trong đó tăng cường cả hai lắng và khả năng chống lại quá trình axit hóa và tập trung bằng kim loại.
biến thể phức tạp ít hơn của quá trình này, chẳng hạn như trung hòa vôi đơn giản, có thể liên quan không quá một silo vôi, bể trộn và ao lắng. Các hệ thống này ít tốn kém để xây dựng, nhưng cũng ít hiệu quả (tức là, thời gian phản ứng còn được yêu cầu, và họ sản xuất một phóng với nồng độ kim loại vi lượng cao hơn, trong hiện tại). Họ sẽ là phù hợp đối với các dòng tương đối nhỏ hoặc thoát nước mỏ ít axit phức tạp.

Trung hòa calcium silicate

Một nguyên liệu calcium silicate, được làm từ xỉ thép xử lý, cũng có thể được sử dụng để trung hòa độ chua hoạt động trong các hệ thống AMD bằng cách loại bỏ các ion hydro miễn phí từ các giải pháp số lượng lớn, do đó làm tăng pH. Như các anion silicat chụp ion H + (tăng pH), nó tạo thành axit mono silixic (H4SiO4), một chất tan trung tính. axit Monosilicic vẫn còn trong dung lượng lớn để có nhiều vai trò trong việc điều chỉnh các tác động bất lợi của điều kiện môi trường axit. Trong các giải pháp số lượng lớn, các anion silicat là rất tích cực trong việc trung hòa H + cation trong dung dịch đất. Trong khi chế độ của hành động của nó là khá khác nhau từ đá vôi, khả năng của silicat canxi để trung hòa dung dịch axit tương đương với đá vôi bằng chứng là giá trị CCE của 90-100% và giá trị trung hòa tương đối của nó là 98%.
Trong sự hiện diện của kim loại nặng, calcium silicate phản ứng theo một cách khác với đá vôi. Như đá vôi làm tăng độ pH của dung lượng lớn, và nếu các kim loại nặng, có mặt, lượng mưa của các hydroxit kim loại (có tính tan rất thấp) thường tăng tốc và tiềm năng của bọc các hạt đá vôi tăng đáng kể. Trong tổng hợp canxi silicat, như loài axit silixic được hấp thụ lên bề mặt kim loại, sự phát triển của các lớp silica (mono- và bi-lớp) dẫn đến sự hình thành các phức chất keo với điện tích bề mặt trung tính hoặc âm tính. Những điện âm chất keo tạo ra một lực đẩy tĩnh điện với nhau (cũng như với các hạt canxi silicat điện tích âm) và các chất keo kim loại Sequestered được ổn định và vẫn còn trong trạng thái phân tán - gián đoạn có hiệu quả kết tủa kim loại và giảm tổn thương của các vật liệu để bọc.

Trung hòa carbonate

Nói chung, đá vôi hoặc tầng đá vôi khác mà có thể trung hòa axit còn thiếu hoặc thiếu tại các địa điểm sản xuất thoát nước có tính axit. chip đá vôi có thể được giới thiệu vào các trang web để tạo ra một hiệu ứng trung hòa. Trường hợp đá vôi đã được sử dụng, chẳng hạn như tại Cwm Rheidol vào giữa Wales, tác động tích cực đã được ít hơn nhiều so với dự kiến vì việc tạo ra một lớp canxi sulfat hòa tan vào các chip đá vôi, ràng buộc vật chất và ngăn ngừa trung hòa hơn nữa.

Trao đổi ion

quá trình trao đổi Cation trước đây đã được nghiên cứu như một điều trị tiềm năng cho hệ thống thoát nước mỏ axit. Nguyên tắc là một loại nhựa trao đổi ion có thể loại bỏ các kim loại độc hại có khả năng (nhựa cation), hoặc clorua, sunfat và phức uranyl sulfat (nhựa anion) từ nước mỏ. Một khi các chất gây ô nhiễm được hấp thu, các trang web trao đổi về các loại nhựa phải được tái sinh, mà thường đòi hỏi chất phản ứng có tính axit và cơ bản và tạo ra một muối có chứa các chất ô nhiễm trong một hình thức tập trung. Một công ty ở Nam Phi đã giành được giải thưởng 2.013 IChemE (ww.icheme.org) để quản lý và cung cấp nước (xử lý AMD) đã phát triển một quá trình trao đổi ion bằng sáng chế nào đối xử với nước thải mỏ (và AMD) về kinh tế.

Đầm lầy nhân tạo

hệ thống đất ngập nước xây dựng đã được đề xuất trong những năm 1980 để điều trị thoát nước mỏ axit được tạo ra bởi các mỏ than bị bỏ rơi ở Đông Appalachia. Nói chung, các vùng đất ngập nước tiếp nhận nước gần như trung tính, sau khi nó đã được trung hòa bằng (thường) là một quá trình xử lý đá vôi trên. kết tủa kim loại xảy ra từ quá trình oxy hóa của họ ở pH gần như trung tính, tạo phức với các chất hữu cơ, lượng mưa như cacbonat và sulfide. Các kết quả sau từ vi khuẩn kỵ khí trầm tích sinh có khả năng quay trở lại các ion sulfate thành các ion sunfua. sau đó các ion sulfide có thể gắn với các ion kim loại nặng, kết tủa kim loại nặng ra khỏi dung dịch và có hiệu quả ngược lại toàn bộ quá trình.
Sự hấp dẫn của một giải pháp xây dựng vùng đất ngập nước nằm ở chi phí thấp tương đối của nó. Họ được giới hạn bởi các tải bằng kim loại mà họ có thể đối phó với (hoặc từ dòng chảy hoặc nồng độ kim loại cao), mặc dù các học viên hiện tại đã thành công trong việc phát triển vùng đất ngập nước xây dựng mà đối xử với khối lượng lớn (xem mô tả của Campbell Mine xây dựng đất ngập nước) và / hoặc nước có tính axit cao (với đầy đủ trước khi điều trị). Thông thường, nước thải từ các vùng đất ngập nước được xây dựng tiếp nhận nước gần như trung tính sẽ tốt đệm ở giữa 6,5-7,0 và dễ dàng có thể được thải ra. Một số kết tủa kim loại giữ lại trong trầm tích không ổn định khi tiếp xúc với oxy (ví dụ, sulfide đồng hoặc selen nguyên tố), và nó rất quan trọng là các trầm tích đất ngập nước phần lớn vẫn hay vĩnh viễn ngập nước.
Một ví dụ của một vùng đất ngập nước xây dựng hiệu quả là trên Afon Pelena trong thung lũng sông Afan trên Port Talbot đã thải cao có chất sắt từ mỏ Whitworth đã được điều trị thành công.

Lượng mưa các sunfua kim loại

Hầu hết các kim loại cơ bản trong dung dịch axit kết tủa trong tiếp xúc với Sulfide, ví dụ từ H2S và NaHS. tách rắn-lỏng sau phản ứng sẽ tạo ra một cơ sở nước thải phi kim loại có thể được xuất viện hoặc điều trị để giảm sulfate hơn nữa, và một sulfide quặng kim loại có giá trị kinh tế có thể.
Như là một thay thế, một số nhà nghiên cứu đã điều tra sự kết tủa của các kim loại sử dụng sulfide hữu cơ. Trong quá trình này, vi khuẩn khử sunfat oxy hóa các chất hữu cơ sử dụng sulfate, thay vì oxy. các sản phẩm trao đổi chất của họ bao gồm bicarbonate, có thể trung hòa độ chua nước, và hydrogen sulfide, hình thành kết tủa không tan cao với nhiều kim loại độc hại. Mặc dù triển vọng, quá trình này đã bị chậm trong việc được áp dụng cho một loạt các lý do kỹ thuật.

Công nghệ

Nhiều công nghệ tồn tại trong xử lý AMD từ các nhà máy xử lý nước giá cao truyền thống để đơn giản trong xử lý nước tại chỗ xử lý.

Nghiên cứu Metagenomic thoát nước mỏ axit

Với sự tiến bộ của các chiến lược trình tự quy mô lớn, bộ gen của vi sinh vật trong cộng đồng thoát nước mỏ axit được sắp xếp trực tiếp từ môi trường. Các cấu trúc di truyền gần như đầy đủ cho phép hiểu biết mới của cộng đồng và có thể tái tạo lại đường trao đổi chất của họ. Những kiến thức về Acidophiles thoát nước mỏ axit vẫn còn thô sơ: chúng ta biết về nhiều loài hơn kết hợp với ARD hơn chúng ta có thể thiết lập vai trò và chức năng.

Vi khuẩn và phát hiện hoạt tính

Các nhà khoa học gần đây đã bắt đầu khám phá dung dịch mỏ và cải tạo mỏ axit cho các vi khuẩn đất độc đáo có khả năng sản xuất dẫn dược phẩm mới. các vi khuẩn đất từ lâu đã là nguồn gốc của các loại thuốc có hiệu quả và nghiên cứu mới, chẳng hạn như tiến hành tại Trung tâm Nghiên cứu dược phẩm và đổi mới, cho thấy những môi trường khắc nghiệt là một nguồn chưa được khai thác để phát hiện mới.

Danh sách các mỏ thải nước mỏ axit được lựa chọn trên toàn thế giới

Danh sách này bao gồm cả mỏ sản xuất các hệ thống thoát nước mỏ và sông axit ảnh hưởng đáng kể bởi thoát như vậy. Đó là do không có nghĩa là hoàn thành, như trên toàn thế giới, một số hàng ngàn các mỏ như vậy tồn tại.