煤礦山酸性廢水預(yù)防與治理技術(shù)研究

金修齊 鄧 強(qiáng)* 趙書晗 李 靖 張文興 張安豐 黃苑齡

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)中心實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550018；2.貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，貴陽(yáng) 550081)

煤炭是我國(guó)主要能源之一，在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中長(zhǎng)期占據(jù)首要地位，我國(guó)探明煤炭資源儲(chǔ)量可持續(xù)開發(fā)40年[1]。據(jù)預(yù)測(cè)，我國(guó)在2050年前以煤炭為主導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)難以改變[2]。煤礦資源開發(fā)與利用為我國(guó)能源安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)，但也造成嚴(yán)重的環(huán)境壓力，其中煤礦山酸性廢水(Acid Mine Drainage，AMD)因產(chǎn)生量大、排放時(shí)間長(zhǎng)、成分復(fù)雜等問題，成為煤礦山開發(fā)、關(guān)閉后主要的環(huán)境問題。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(U.S.EPA)甚至提出AMD造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)僅次于全球變暖和臭氧層空洞[3]。AMD形成是由于煤礦開采活動(dòng)將硫化礦物(以黃鐵礦為主，黃鐵礦是地球上最豐富且易被氧化的硫化礦物)暴露于氧氣、水及微生物賦存的環(huán)境發(fā)生氧化而產(chǎn)生，該氧化過程在自然條件下自發(fā)進(jìn)行，但人為開采活動(dòng)擴(kuò)大硫化礦物的氧化速率和規(guī)模。AMD主要污染特征為低pH、含高濃度鐵、錳和硫酸鹽以及部分重金屬(以砷、鋁、銅、鋅和鎘為主)等。AMD不加控制與處理，會(huì)導(dǎo)致地下水、地表水、土壤污染以及生態(tài)景觀破壞，并且可持續(xù)數(shù)百甚至數(shù)千年[4]。AMD治理是復(fù)雜、昂貴，難度大的長(zhǎng)期性工作，因此，因地制宜的開發(fā)具有成本效益和可持續(xù)的修復(fù)解決方案一直是AMD治理研究的主題。本文介紹了煤礦山AMD形成機(jī)理及危害，綜述了國(guó)內(nèi)外煤礦山AMD防控與治理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了各防治技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，探討了煤礦山AMD治理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)以及面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。同時(shí)調(diào)查貴州省喀斯特地區(qū)閉坑煤礦山酸性廢水水質(zhì)特征并探討其治理策略，以期為煤礦山AMD治理提供參考。

1 煤礦山酸性廢水形成、水質(zhì)特征及危害

1.1 煤礦山酸性廢水形成機(jī)理

AMD是硫化礦物暴露于氧氣、水及微生物賦存的環(huán)境發(fā)生氧化而形成，表現(xiàn)出不同條件下不同的氧化過程，下列方程式(1)-(4)為黃鐵礦的氧化過程：

(1)

(2)

Fe3++3 H2O →Fe (OH)3+3 H+

(3)

(4)

氧氣將反應(yīng)方程式(1)產(chǎn)生的Fe2+進(jìn)一步氧化成Fe3+，見方程式(2)，一般情況下，在pH<5的非生物條件下，該過程極為緩慢，當(dāng)存在嗜酸細(xì)菌(如氧化亞鐵硫桿菌)的生化作用時(shí)，可將鐵的轉(zhuǎn)化率提高數(shù)百甚至百萬倍[6]。

當(dāng)pH=2.3～3.5時(shí)，方程式(2)產(chǎn)生的Fe3+沉淀為Fe(OH)3，在巖石和沉積物表面形成白色和黃色結(jié)殼，F(xiàn)e(OH)3產(chǎn)生速率隨pH值而變化，如當(dāng)pH>4時(shí)，反應(yīng)速率會(huì)迅速飆升[7]。Fe3+沉淀會(huì)降低溶液的pH值，進(jìn)而抑制式(3)的進(jìn)行。

已有研究表明，雖然氧氣是黃鐵礦最初的氧化劑，但式(2)生成的Fe3+才是硫鐵礦主要的氧化劑，這主要是Fe3+的電子轉(zhuǎn)移效率更高，尤其在pH<3的系統(tǒng)中，F(xiàn)e3+氧化黃鐵礦速率是氧氣的10～100倍[8]，即使在無氧條件下，式(4)也會(huì)持續(xù)地進(jìn)行。

綜上，黃鐵礦氧化是一個(gè)多途徑、多步驟過程，涉及不依賴氧的反應(yīng)(Fe3+對(duì)黃鐵礦的增強(qiáng)氧化)和依賴氧的反應(yīng)(Fe2+再氧化為Fe3+以及在該過程中作為中間體產(chǎn)生的還原硫化合物氧化，最終形成硫酸鹽)[7]，同時(shí)還與其他礦物催化劑(如MnO2)相作用。式(1)-(4)會(huì)增加溶液中的H+，使溶液 pH 值降低，酸性溶液將礦物中的金屬元素溶出，最終形成酸性排水。

1.2 煤礦山酸性廢水水質(zhì)特征

本研究以貴州省黔北和黔東南閉坑煤礦山集中分布區(qū)的地下水、礦井水和地表水為研究對(duì)象，通過樣品采集、檢測(cè)，研究區(qū)域水質(zhì)統(tǒng)計(jì)特征見表1。

根據(jù)表1可知，研究區(qū)域AMD呈酸性，含高濃度的鐵、錳和鋁，同時(shí)還有其他重金屬如砷、鋅、硒等。其中pH均值5.39，范圍在2.91～8.05；Fe含量均值270.30 mg/L，范圍在2.8～985 mg/L；Mn均值4.7 mg/L，范圍在0.1～20 mg/L；Al均值為33.0 mg/L，范圍在1.0～82.3 mg/L。根據(jù)調(diào)查，研究區(qū)域AMD排水主要來源于廢棄或關(guān)閉礦井，多數(shù)為無主礦山，AMD未經(jīng)處理直排周圍地表水體，受AMD影響的地表水也表現(xiàn)出低pH，高濃度Fe、Mn以及富含Al的特征，以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，受影響地表水Fe、Mn分別超標(biāo)56倍、3倍。

表1 研究區(qū)域水質(zhì)統(tǒng)計(jì)特征

根據(jù)圖1可知，研究區(qū)域AMD豐水期平均流量2.3 L/s，枯水期平均流量0.51 L/s，豐、枯水期流量變化較大，說明AMD與降雨密切相關(guān)，其補(bǔ)給主要以大氣降雨為主。研究區(qū)域未受AMD影響的地表水和地下水在豐、枯水期的pH值變化不大，在7.3～7.8之間波動(dòng)，為中性，鐵、錳含量較低。而受AMD影響的地表水較未受影響地表水而言，pH值偏低，鐵、錳含量高，表現(xiàn)出明顯AMD污染特征。

圖1 研究區(qū)域地下水、AMD、未受影響地表水和AMD影響地表水在豐水期和枯水期流量(a)、pH(b)、Fe(c)、Mn(d)和對(duì)比情況

1.2 煤礦山酸性廢水危害

根據(jù)前文水質(zhì)分析可知，AMD具有強(qiáng)酸性、含有高濃度的鐵、錳以及部分重金屬離子(As、Al、Zn等)，AMD排放可導(dǎo)致其下游數(shù)十公里河流污染，對(duì)周圍水生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。水體pH影響水生生物呼吸作用、物質(zhì)交換等正常生理過程，大多數(shù)水生生物的生理耐受范圍在6～9，超出該范圍會(huì)影響水生生物正常生理功能。AMD由于pH值低，一般pH值<4，排入河流、湖泊會(huì)造成水體酸化，導(dǎo)致水生生物大量死亡。AMD中富含的Fe2+與溶解氧反應(yīng)生成氧化鐵沉淀物，這種沉淀物粒徑小，隨著水流嵌入溪流或河床，阻斷底棲生物的氧氣和食物來源，導(dǎo)致底棲水生生物滅絕。煤礦山AMD污灌土壤會(huì)造成土壤酸化，質(zhì)量降低，影響植物生長(zhǎng)，降低農(nóng)作物產(chǎn)量，一些重金屬通過農(nóng)作物富集，進(jìn)而通過食物鏈危害人體健康。

2 AMD的預(yù)防與控制技術(shù)

若不能從源頭加以預(yù)防與控制，就只能末端收集并處理，盡管已發(fā)展出多種技術(shù)可用于治理AMD，但治理費(fèi)用昂貴、周期長(zhǎng)、難度大。國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐表明，對(duì)AMD的處理成本遠(yuǎn)高于預(yù)防和控制成本。因此，防控技術(shù)對(duì)在產(chǎn)、關(guān)閉煤礦山經(jīng)濟(jì)、高效減少AMD至關(guān)重要。目前防控措施主要是通過阻斷硫化礦物與水、氧氣和微生物三大主控因素的接觸，從而消除AMD產(chǎn)生。源頭預(yù)防與控制技術(shù)體現(xiàn)了全過程環(huán)境管理理論的源頭控制優(yōu)先原則，相對(duì)末端治理技術(shù)，防治理念上具有一定的先進(jìn)性，主要技術(shù)和方法包括：覆蓋阻隔、殺菌、表面鈍化技術(shù)等[9]。目前，這些技術(shù)主要適用于尾礦治理，而對(duì)于地下礦井產(chǎn)生AMD的源頭預(yù)防與控制技術(shù)鮮有報(bào)道。

2.1 覆蓋阻隔法

(1)覆蓋封閉、生態(tài)恢復(fù)法

地表堆存含硫化物尾礦是地表AMD的主要來源，為減少AMD產(chǎn)酸來源，較為常用的工程措施為覆蓋封閉、生態(tài)恢復(fù)工程。即將含硫化物廢石堆封存起來，阻斷其氧化的外部條件。工程措施包括：底部防滲措施，頂部封閉覆蓋、四周防洪引流以及頂部覆土綠化。該方法是處理地表堆存尾礦最直接的工程措施，治理效果明顯、實(shí)施相對(duì)容易[10]。

(2)水覆蓋阻隔法

水覆蓋阻隔技術(shù)又稱“水罩法”或“水封法”，氧氣是硫化礦的最初氧化劑，氧氣在水中的擴(kuò)散系數(shù)較低，利用水體來隔絕氧氣與硫化礦物的接觸，從而達(dá)到抑制硫化物氧化的目的[11]，該方法通常配合添加堿性材料使用，其實(shí)際工程應(yīng)用效果較好。Catalan等[12]利用水封池處理加拿大安大略省煤礦尾礦，水封池不添加任何堿性中和劑的情況下，水封池運(yùn)行兩年后監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：出水水質(zhì)除了pH<6以外，各項(xiàng)特征污染因子都滿足加拿大安大略省污水排放標(biāo)準(zhǔn)限值。水覆蓋阻隔技術(shù)用于鈾尾礦、鋅銅礦尾礦處理也取得良好效果[10]。水覆蓋法受水量、水位、地理?xiàng)l件影響較大。

(3)干覆蓋法

2.2 殺菌劑法

A.f菌直接參與硫鐵礦氧化和加速Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，促進(jìn)Fe3+增強(qiáng)氧化硫鐵礦。A.f菌在AMD形成過程起到主導(dǎo)作用，因此，抑制或殺滅A.f菌對(duì)控制AMD的產(chǎn)生至關(guān)重要。常用A.f菌殺菌劑包括十二烷基硫酸鈉、苯甲酸鈉、有機(jī)酸(甲酸、乙酸、丙酸等)、十六烷基三甲基溴化銨、硫酸月桂酯鈉等，胡振琪等[13]通過Fe2+的氧化抑制率研究了十二烷基硫酸鈉和苯甲酸鈉對(duì)A.f菌的抑制效果，十二烷基硫酸鈉濃度達(dá)到10mg/L時(shí)，對(duì)Fe2+的氧化抑制率達(dá)到75.69%；苯甲酸鈉要達(dá)到30 mg/L，對(duì)Fe2+的氧化抑制率達(dá)75.89%。殺菌劑抑酸技術(shù)在實(shí)驗(yàn)階段取得很好的效果，但在投入實(shí)際工程應(yīng)用中，存在諸多問題，例如投放殺菌劑造成二次污染、殺菌劑不穩(wěn)定、易流失等。但由于殺菌法具有廉價(jià)、高效的特點(diǎn)，其具有良好的發(fā)展前景。

2.3 表面鈍化技術(shù)

表面鈍化技術(shù)是指在硫化礦物表面投加鈍化劑，經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)，在硫化礦物表面形成一層致密的惰性膜，阻斷硫化礦物與氧氣、水、微生物的接觸，進(jìn)而減少AMD的形成。研究較多的表面鈍化處理技術(shù)為：硅酸鹽鈍化法、磷酸鹽鈍化法和有機(jī)酸鈍化技術(shù)。Evangelou[14]利用H2O2或次氯酸鈉、KH2PO4或H4SiO4、乙酸鈉或石灰組成的涂層溶液鈍化黃鐵礦，驗(yàn)證了磷酸鹽、硅酸鹽鈍化法的可行性。在混合液pH值在5～6，H2O2為0.018～0.16 mol/L，磷酸鹽或硅酸鹽為1×10-3、1×10-2mol/L，醋酸鈉0.01mol/L時(shí)，可在黃鐵礦表面形成磷酸鐵或硅酸鐵涂層，起到抑制氧化作用。有機(jī)酸鈍化技術(shù)也是利用有機(jī)酸與Fe3+生成難溶性的鹽，在礦石表面形成一層保護(hù)膜，常用的鈍化劑有：乙酰丙酮、草酸、腐殖酸、二乙烯三胺(DETA)和三乙烯四胺(TETA)等。

現(xiàn)有的覆蓋阻隔、殺菌、表面鈍化等源頭防治技術(shù)主要應(yīng)用于地表尾礦的處理，隨著法律法規(guī)趨嚴(yán)，尾礦庫(kù)建設(shè)、管理水平提高以及尾礦礦井充填技術(shù)等應(yīng)用，煤礦開采尾礦產(chǎn)生的地表AMD污染問題基本得到解決。而我國(guó)大量關(guān)閉、廢棄煤礦地下礦井AMD污染問題越來越突出，現(xiàn)有研究對(duì)地下礦井AMD源頭防治技術(shù)鮮有報(bào)道。因此，開發(fā)煤礦山關(guān)閉前的地下礦井AMD源頭防控技術(shù)尤為必要。

3 AMD治理技術(shù)

國(guó)內(nèi)外AMD治理技術(shù)繁多，但主要分為“主動(dòng)治理”和“被動(dòng)治理”技術(shù)。主動(dòng)治理需要持續(xù)的投入更多的資源，包括原料、能源和人力等。而被動(dòng)處理投入相對(duì)較少的資源，但建設(shè)投資較大。通常而言，主動(dòng)治理技術(shù)適合于在產(chǎn)礦山，而被動(dòng)治理更適合于關(guān)閉、廢棄的礦山。

3.1 主動(dòng)治理技術(shù)

主動(dòng)處理技是向AMD中添加堿性化學(xué)原料提高水體pH，使金屬離子形成難溶的沉淀物而去除。AMD主動(dòng)治理技術(shù)包括：中和沉淀、硫化物沉淀。中和沉淀是指向AMD中添加堿性處理劑提高水質(zhì)pH值，并將溶解的金屬離子以氫氧化物沉淀的方式去除，常用的堿性處理劑有Ca(OH)2、CaO、NaOH、Na2CO3和NH3，不同堿性處理劑的優(yōu)缺點(diǎn)見表2。其中石灰石和石灰因易獲取、成本低而被廣泛應(yīng)用。中和沉淀法會(huì)產(chǎn)生大量富鐵污泥，其體積大、含水率高，通常固體只占2%～4%，污泥需進(jìn)一步濃縮脫水處理，進(jìn)而發(fā)展出了高密度濃縮污泥技術(shù)。

表2 不同堿性處理劑中和沉淀AMD的優(yōu)缺點(diǎn)

硫化物沉淀法是利用硫化劑(Na2S、NaHS、H2S)使AMD中金屬離子形成難溶的金屬硫化物沉淀，其溶解度小、沉渣含水率低、不易返溶。Geoffroy等[15]利用硫化鈉去除弱酸性硫酸鹽溶液中硒(300 mg/L)，在23℃的中性溶液中，硫化鈉與硒的物質(zhì)的量比在1.7～11時(shí)，反應(yīng)10 min后溶液中硒殘留量<0.005 mg/L。賀迎春等[16]利用硫化物沉淀法處理含銅酸性廢水，沉淀處理后的出水可直接用于選礦工藝。硫化物沉淀法對(duì)去除AMD中的金屬離子和回水利用具有一定的優(yōu)越性，但常用的硫化劑具有毒性、價(jià)格較貴，過量使用易造成污染。

3.2被動(dòng)治理技術(shù)

被動(dòng)治理技術(shù)依靠天然介質(zhì)通過物理、化學(xué)和生物作用機(jī)制處理AMD。主要包括：缺氧石灰石排水溝、石灰石浸出床、露天石灰?guī)r通道、垂直流系統(tǒng)、人工濕地、厭氧濕地等，其更適合于廢棄或關(guān)閉礦山AMD治理[17]。其中以碳酸鹽巖為反應(yīng)介質(zhì)處理AMD的被動(dòng)處理技術(shù)得到大量實(shí)際應(yīng)用。GarciaValero等[18]研究表明，AMD中金屬去除效率因反應(yīng)介質(zhì)與反應(yīng)介質(zhì)粒徑、接觸時(shí)間而異，當(dāng)粒徑為10～20 mm時(shí)，對(duì)鉛、鐵和銅等重金屬去除效率較好。Ali等人[17]研究表明，被動(dòng)處理技術(shù)在低溫和高鹽度條件下的處理效率較低。以碳酸鹽巖為反應(yīng)介質(zhì)的被動(dòng)處理系統(tǒng)可提升水質(zhì)pH，去除重金屬等離子，但對(duì)硫酸鹽的去除效果普遍較差[19]。

人工濕地通常由沙子或礫石、微生物(如氧化亞鐵硫桿菌、硫酸鹽還原菌)以及生長(zhǎng)在濕地上的植物(如香蒲、蘆葦和香根草等)構(gòu)成，通過濕地中的微生物、植物根系的生化作用去除AMD中的污染物。人工濕地治理和維護(hù)成本通常較低，被廣泛應(yīng)用，但人工濕地受氣候影響很大。美國(guó)東部142個(gè)人工濕地處理AMD的運(yùn)行效果調(diào)查表明：約50%的濕地減少了68%的H+濃度、67%的酸度和8%的硫酸鹽[20]。人工濕地處理效率受面積、深度、有機(jī)基質(zhì)、植物選用和廢水成分等因素影響。

厭氧濕地由上水層-可滲透有機(jī)基質(zhì)層-石灰?guī)r和礫石基巖層組成，石灰?guī)r和礫石基巖厚度約15～30 cm，位于可滲透有機(jī)基質(zhì)層(30～60 cm)下方。AMD流入有機(jī)基質(zhì)，依附于有機(jī)質(zhì)層的細(xì)菌代謝消耗O2，硫酸鹽還原菌將硫轉(zhuǎn)化為硫化物，進(jìn)而還原成硫化氫和碳酸氫鹽。厭氧濕地中的碳酸氫鹽可以提高pH值，使得金屬離子形成氫氧化物沉淀去除。厭氧濕地可同時(shí)提升pH、去除金屬離子和硫酸鹽、穩(wěn)定金屬沉淀物、降低污泥量、增強(qiáng)生態(tài)完整性等[3]。

主動(dòng)處理系統(tǒng)和被動(dòng)處理系統(tǒng)并無優(yōu)劣之分，不同處理系統(tǒng)適用于特定現(xiàn)場(chǎng)條件。表3列出了兩種處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。

表3 主動(dòng)和被動(dòng)治理的優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.3 其他治理技術(shù)

膜分離法是利用膜的選擇透過性，在外界壓力的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同顆粒粒徑、不同價(jià)態(tài)離子的分離，其中納濾由于具有高滲透通量、二價(jià)金屬離子截留率高、還可從濾液中回收硫酸等優(yōu)勢(shì)。膜分離技術(shù)有利于AMD中有價(jià)元素的選擇性分離和回收，出水水質(zhì)好，但對(duì)于礦化度較高AMD，膜污染嚴(yán)重、使用壽命有限，成本高。

離子交換法是使用離子交換劑(常見的如離子交換樹脂)與AMD中溶解的重金屬離子發(fā)生交換作用，使重金屬離子在樹脂中富集，進(jìn)而去除AMD中金屬離子。離子交換法處理AMD的出水水質(zhì)較好，無沉淀污泥產(chǎn)生，但樹脂的再生費(fèi)用高，增加了處理成本。

吸附法是利用吸附材料吸附AMD中金屬離子以達(dá)到去除目的，常用的吸附材料有粉煤灰、膨潤(rùn)土、硅藻土以及生物炭等。吸附法能夠有效去除AMD中多種重金屬，但吸附材料吸附飽和后難以回收再利用，產(chǎn)生大量含重金屬固廢也需要合理處置，且需考慮固廢性質(zhì)及處理要求。

4 AMD防控與治理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

大量研究表明，源頭預(yù)防與控制是降低AMD污染風(fēng)險(xiǎn)的有效方法，其成本遠(yuǎn)低于末端治理。近年來，隨著小型礦山淺部資源枯竭、能源供給側(cè)改革、淘汰落后產(chǎn)能政策的實(shí)施，大量不符合國(guó)家安全與生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的礦山關(guān)閉，導(dǎo)致數(shù)萬關(guān)閉廢棄煤礦、閉坑礦井AMD污染問題呈現(xiàn)愈演愈烈的趨勢(shì)[21]，地下礦井AMD污染問題對(duì)煤礦區(qū)地下水、地表水環(huán)境造成嚴(yán)重影響。而我國(guó)對(duì)于礦井閉坑前的AMD污染風(fēng)險(xiǎn)表征、預(yù)測(cè)、預(yù)防和控制、評(píng)價(jià)和管理尚無明確的技術(shù)規(guī)范和管理手段。因此，閉坑前的AMD污染風(fēng)險(xiǎn)表征、預(yù)測(cè)、預(yù)防和控制、評(píng)價(jià)和管理的研究與應(yīng)用具有巨大且急迫需求。

通過人工濕地(Constructed wetland，CW)-微生物燃料電池(Microbial Fuel Cells，MFC)耦合系統(tǒng)(CW-MFC)，不僅提高傳統(tǒng)人工濕地去除污染物能力，還具有綠色產(chǎn)電的優(yōu)勢(shì)。CW-MFC技術(shù)處理AMD是目前的研究熱點(diǎn)，其不僅可獲得綠色電能，還可獲得鐵顏料[22]，CW-MFC技術(shù)具有很大潛力。

AMD處理技術(shù)繁多，各有優(yōu)勢(shì)，但沒有一種單一技術(shù)能有效消除AMD的污染問題。Masindi[22]采用隱晶菱鎂礦預(yù)處理AMD并結(jié)合氯化鋇沉淀去除硫酸鹽，隱晶菱鎂礦可去除99%的重金屬和40%的硫酸鹽，經(jīng)過氯化鋇沉淀處理后可去除剩余99%的硫酸鹽。兩種方法的組合能解決單一技術(shù)處理時(shí)污染物去除不完全的問題。多技術(shù)的集成應(yīng)用，將是AMD處理技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。

為了獲得高質(zhì)量的回水以及AMD中金屬元素回收利用，Kefeni等[23]提出了“整體解決方案”——通過AMD中有價(jià)資源回收和資源化利用，實(shí)現(xiàn)AMD治理。Naidu等[24]建議將膜分離技術(shù)與主動(dòng)或被動(dòng)處理技術(shù)相結(jié)合，以獲得高質(zhì)量的出水回用，并對(duì)有害離子進(jìn)行濃縮回收利用。目前，AMD中回收金屬及凈化已經(jīng)發(fā)展出了兩種有效方法：依賴pH值的方法(選擇沉淀、選擇吸附和離子交換)；不依賴pH值的方法(電滲析、微濾、超濾、納濾、反滲透和膜蒸餾)[25-26]。目前，回收AMD中有價(jià)元素制備有用工業(yè)原料成為AMD治理的研究熱點(diǎn)，但多處理系統(tǒng)耦合、資源回收技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益方面，還需要更多研究和創(chuàng)新。

5 煤礦山AMD治理面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

盡管AMD防治廣泛研究已經(jīng)持續(xù)了50多年，但仍然存在大量挑戰(zhàn)：普遍認(rèn)為煤礦山地下礦井AMD污染治理存在巨大挑戰(zhàn)，尤其在地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域，例如喀斯特地區(qū)，巖溶作用發(fā)育強(qiáng)烈對(duì)地下水污染運(yùn)移起到極大的促進(jìn)作用，地表水、地下水和礦井水交換頻繁、互為聯(lián)動(dòng)[27]，無論是源頭防控還是末端治理都存在巨大挑戰(zhàn)。政府、企業(yè)、行業(yè)、環(huán)保組織不具備單獨(dú)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的能力，多部門、多學(xué)科、多領(lǐng)域的合作面臨巨大挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

煤礦山AMD 污染環(huán)境問題不可能在中短期內(nèi)得到解決，可能會(huì)持續(xù)一個(gè)世紀(jì)甚至更長(zhǎng)，開發(fā)具有經(jīng)濟(jì)效益、可持續(xù)的有效治理方案極為困難。而我國(guó)存在的關(guān)閉、廢棄礦山，多數(shù)責(zé)任主體已經(jīng)滅失，廢棄煤礦山治理不僅面臨技術(shù)困境，更多還受到地方經(jīng)濟(jì)和政策影響。但隨著新的分離與凈化技術(shù)應(yīng)用，AMD中回收水和其他可利用的副產(chǎn)品提供了可能，當(dāng)高質(zhì)量回水和副產(chǎn)品價(jià)值超過AMD處理成本時(shí)，建立既有經(jīng)濟(jì)效益，又可持續(xù)發(fā)展的企業(yè)是可行的。

6 貴州喀斯特地區(qū)煤礦山廢水治理策略探討

貴州省煤礦山AMD污染問題具有如下特征：(1)AMD污染多集中高發(fā)于廢棄、閉坑礦山，多數(shù)礦山責(zé)任主體已滅失，治理責(zé)任主體轉(zhuǎn)變?yōu)榈胤秸?2)貴州典型的喀斯特地形和巖溶發(fā)育為廢棄、閉坑煤礦山AMD遷移轉(zhuǎn)換起到了促進(jìn)作用；(3)AMD污染來源主要為采空區(qū)老空水串流、溢流污染地下水進(jìn)而出露地表，污染地表水，其產(chǎn)生量大、點(diǎn)分散；(4)廢棄或閉坑煤礦山AMD水質(zhì)相較簡(jiǎn)單，除了鐵、錳和鋁以外，其他有害重金屬含量低。

基于上述特征，從成本和可持續(xù)性角度考慮，被動(dòng)治理技術(shù)和源頭治理技術(shù)具有應(yīng)用前景。建議加強(qiáng)和重視廢棄、閉坑煤礦山AMD的預(yù)測(cè)、勘查技術(shù)研究，在此基礎(chǔ)上推動(dòng)被動(dòng)、源頭治理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

7 結(jié)論與展望

煤礦山AMD具有低pH值、鐵錳含量高、含有重金屬等特點(diǎn)，給環(huán)境造成極大的危害，其處理復(fù)雜、昂貴，且難度大。國(guó)內(nèi)外煤礦山AMD處理技術(shù)繁多、各有優(yōu)勢(shì)和限制，各技術(shù)均能減少AMD污染，但少有高效和可持續(xù)的解決方案。煤礦山AMD防控仍然任重而道遠(yuǎn)。其中預(yù)防與控制技術(shù)、多技術(shù)集成與多系統(tǒng)耦合、高質(zhì)量回水利用和有價(jià)資源的回收利用是未來研究發(fā)展的主要方向。但在煤礦山AMD地下水污染有效防治、開發(fā)具有經(jīng)濟(jì)效益和持續(xù)性的解決方案面臨巨大挑戰(zhàn)和機(jī)遇，因此，因地制宜，完善防治策略、綜合處理和多學(xué)科、多部門合作極為必要。