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吉林大学新能源与环境学院-加拿大英属哥伦比亚大学-学术工作坊系列报道(四)

2019-05-05 10:18:12 点击数:

吉林大学新能源与环境学院访学团一行8人在加拿大英属哥伦比亚大学Xie老师的陪同下,于当地时间2019426日前往北美地区大型金属废矿——大不列颠矿(Britannia Mine,多金属硫化矿床以铜矿为主)及其废水处理厂——大不列颠矿废水处理厂(Britannia Mine Water Treatment Plant)进行参观学习,以详细了解加拿大采矿历史、酸性硫化矿石污染机制、废水处理以及环境治理。

大不列颠矿位于温哥华Britannia Beach以北约48公里的Howe Sound东海岸(1)。大不列颠矿曾经是北美洲最大的铜矿生产基地,1904-1963年由大不列颠矿业和冶炼有限公司(Britannia Mining and Smelting Company Ltd.)控制开采,随后10年由蟒蛇矿业公司(Anaconda Mining Company)负责开采。由于采矿期间造成严重的环境污染问题,导致该矿最后于1974被永久性关闭。采矿工程造成大量含铜黄铁矿(cupriferous pyrite)暴露于空气和水中,这些硫化物矿物(主要是FeS2)与空气中的氧气(O2)发生氧化还原作用,产生大量硫酸根离子(SO42-)酸性水,即酸性岩石排水(Acid Rock Driange, ARD),其氧化还原反应过程主要包括:

2FeS2+7O2+2H2O=4SO42-+2Fe2++4H+

4Fe2++ O2+10H2O=4Fe(OH)3 ↓ +8H+

反应的第一步是FeS2被氧化并溶解于水中,产生含Fe2+SO42-的酸性水;反应的第二步是水中的亚铁离子Fe2+继续被氧化,形成铁褐色Fe(OH)3沉淀和H+,并造成SO42-浓度更高的酸性水。过去,这些酸性废水被直接排入温哥华的Britannia Beach海中,对沿岸的海洋生态环境造成了严重的影响,此外,水中的重金属离子,如铜、锌和镉对海湾内的海洋生物造成了严重的毒性污染。据英属哥伦比亚大学Xie老师介绍,过去该矿区附近海湾的海水pH值降低至2~3,呈现为强酸性水,加之重金属毒性污染,导致大面积海洋生物死亡,并严重威胁了当地居民的生存环境。

2001年,加拿大英属哥伦比亚省政府与前铜矿运营商达成了一项协议,由这些运营商出资3000万美元用于该矿区的生态环境修复,这项协定将原先属于矿场经营者的现场生态修复责任移交给了省政府。随后,省政府在该矿区进行了一项环境修复和综合整治项目,包括开发和运营一个矿区废水处理厂(2)。大不列颠矿废水处理厂耗资1500万美元,其目的主要在于:确保废矿山排出的水处理后的水质符合《环境管理法》的规定;尽量减少该地区任何剩余的潜在环境风险;建立公众对处理矿场酸性排水的信心。目前,该废水处理厂每年可以处理矿山酸性废水约500,000立方米,其工作原理及处理流程如图3所示。

首先在矿区收集矿山酸性废水,通过管道输送至水力发电涡轮机进行发电(因为矿区的海拔位置较高,利用重力势能发电),然后将发电后的酸性尾水通过特制管道输送至废水处理厂,使其与石灰在反应罐中进行充分混合,并发生酸碱中和化学反应,其反应过程主要包括:

CaCO3+H+=Ca2++HCO3-

Ca(OH)2+2H+=Ca2++2H2O

此外,溶解于水中的金属离子逐渐形成污泥沉淀,并被转移至沉淀池。随后,沉淀池上部的部分污泥溶液被泵送至反应罐进行再次利用,下部分以污泥为主的沉淀被输送至污泥处理厂房以进行脱水处理制成泥饼。最后,通过酸碱中和反应和金属沉淀后的处理水将进一步完成pH校正,以使其达到该地区海水的pH条件(pH=9)后再进行排放。据废水处理厂工作人员介绍,经过多年的环境修复治理,目前温哥华Britannia Beach地区的生态环境已逐步恢复。

通过此次赴加拿大温哥华大不列颠矿区参观学习,让我们认识到了矿山地质环境污染的严重性和后期治理的艰难性。大不列颠矿区酸性水的环境修复方法,对我国的一些矿区环境修复可借鉴学习。目前,中国正处于经济快速发展时期,对矿产资源的需求较大,但是我们决不能复制欧美国家先开采后治理的发展思路,而必须以科学发展观、可持续发展战略为指导,全面实施矿山环境治理和保护,加大人力、物力和财力的投入力度,实现矿山环境的生态文明目标。面对如何解决经济发展与环境保护兼顾的问题,我们应始终牢记习总书记提出的“绿水青山就是金山银山”科学发展理念。

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大不列颠矿废水处理厂位置

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大不列颠矿废水处理厂全貌


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大不列颠矿废水处理厂工作原理及流程示意图

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吉林大学新能源与环境学院访学团赴矿区参观学习合影