论文部分内容阅读
中国的锑储量和产量均为世界之首，但锑矿区面临的污染也最严重。矿区选矿尾砂散乱堆放于河道周边，造成河道淤塞，尾砂与河底、河岸的沉积物混合物（简称尾砂沉积物）对河流周边环境造成严重污染。对于这些尾砂沉积物，最简单有效的方式就是挖出来后集中填埋于尾矿库或其他安全储库中。 填埋法处置河流周边的尾砂沉积物时，因深埋地下，氧气渐渐被消耗，厌氧微生物利用沉积物中的有机物作为碳源生长繁殖后，逐渐形成还原环境。这期间微生物利用有机物为电子供体，以Fe(Ⅲ)或Mn(Ⅳ)作为电子受体，使其金属（氢）氧化物发生还原性溶解，释放吸附其上的Sb和As等有害元素。本文以平村和茶山尾砂沉积物为对象，通过化学还原和微生物还原法人工模拟填埋时的还原环境，研究尾砂沉积物在不同强度的还原条件下，Sb和As的迁移转化及其影响因素，并利用高通量测序技术，对微生物还原时其群落结构特征做了相应的分析。研究取得了以下认识和成果: 1、尾砂沉积物中Fe、Mn、Sb和As都含有大量的（羟基）铁氧化态，在还原条件下易发生迁移。而且Mn在尾砂沉积物中的可交换态含量较高，这表明Mn容易释放，迁移性也相对较强。另外还发现有硫化物矿物和碳酸盐矿物存在。平村和茶山尾砂沉积物中As的含量，分别为5145和13945mg/kg，Sb含量则相差不大，约为2300mg/kg左右。 2、化学还原条件下，随着Eh的降低，铁（氢）氧化物发生还原性溶解，尾砂沉积物中Sb和As都有明显释放。而且Sb和As的（羟基）铁氧化物态含量越高，迁移性越强。弱还原条件(-100mV＜Eh＜200mV)，Sb比As的迁移性更强;强还原条件下(Eh＜-100mV)，则是As的迁移性强于Sb。这可能是由于As与Fe(氢)氧化物的亲和力要高于Sb。强还原条件下，臭葱石(FeAsO4·2H2O)的溶解导致As的大量释放，其溶出率达到了58％。Sb在液相中主要以Sb(Ⅴ)为存在形态，比例大于90％，不易被还原。As则以As(Ⅴ)和As(Ⅲ)混合存在，As(Ⅴ)/As(Ⅲ)比值约为2。 3、微生物还原条件下发现有Fe和S还原的优势菌:脱硫肠状菌、地杆菌、梭菌。这三种还原菌的大量繁殖，使Eh不断降低;地杆菌和梭菌相对丰度的升高，促进了Fe和As的释放及Fe(Ⅲ)、As(Ⅴ)和Sb(Ⅴ)的还原。 4、受Eh和Fe影响，微生物还原条件下，Sb的释放在初期不断增强;随后由于Fe(氢)氧化物对Sb(Ⅲ)的选择性吸附以及锑硫化物的生成，Sb浓度下降90％，其迁移性明显减弱。Sb(Ⅴ)被还原，Sb(Ⅲ)比例上升至30％。弱还原条件下，随着Fe(氢)氧化物的还原性溶解，As释放增强;强还原条件下(Eh＜-100mV)，As释放有小幅下降。As(Ⅴ)发生了明显的还原反应，As(Ⅴ)/As(Ⅲ)为1/2比例。另外微生物还原下，（类）金属具有以下还原顺序:Fe(Ⅲ)＞As(Ⅴ)＞Sb(Ⅴ)，其中Fe(Ⅲ)最先被还原，其次分别是As(Ⅴ)和Sb(Ⅴ)。微生物还原条件显示液相中存在比例较高的Sb(Ⅲ)和As(Ⅲ)，其毒性较大，若进入地下水或地表水中，对周边环境将会有较大的潜在风险。