礦山廢水是怎樣用來發(fā)電的？
環(huán)保界流行著一句老話：“世界上本沒有垃圾，廢物是放錯了地方的資源。”最近，美國科學家研制出一種新型燃料電池，可利用煤礦或金屬礦的廢水發(fā)電，使廢水不再是廢物。
新華社援引美國每日科學網(wǎng)站提供的消息報道說，美國賓夕法尼亞州立大學環(huán)境工程系教授布魯斯•洛根及其同事研制出一種新型燃料電池，利用近似于酸性礦山廢水（AMD）的溶液，在有效凈化污水的同時產(chǎn)生電能，回收的鐵還可以作為油漆等制品的顏料。這既有望解決嚴峻的酸性礦井水環(huán)境問題，又可以提供新能源。
變廢為寶
布魯斯•洛根研究團隊的方法是基于一套以往的空氣陰極微生物燃料電池（microbialfuelcell,MFC）試驗裝置實現(xiàn)的。裝置由質(zhì)子交換膜分隔為陰極室和陽極室。陽極室內(nèi)含硫酸亞鐵，通過水解反應(yīng)二價鐵被氧化為三價鐵，釋放電子，形成氫氧化鐵沉淀將鐵從水中去除。陰極室內(nèi)，質(zhì)子與氧化合生成水，消耗電子。由于質(zhì)子交換膜的作用只允許質(zhì)子通過而阻礙電子通過，因此陽極室內(nèi)產(chǎn)生的大部分電子就通過陽極經(jīng)外電路傳遞到陰極參與反應(yīng)，從而形成電流。
整個實驗在30℃下進行。洛根的試驗表明，該裝置產(chǎn)生的最大電功密度為290mW/m2，庫侖效率（電流大小/理論電流大。┐笥97％，二價鐵離子被氧化為三價鐵沉淀在陽極池和陽極而被完全去除。溶液的pH值、亞鐵離子的濃度都是影響電能的因素，研究團隊得出的理想操作條件為：pH為6.3。多年從事酸性礦井水研究的中國礦業(yè)大學（北京）趙峰華教授說：“使用酸性礦井水的燃料電池不僅可以去除并回收酸性礦井水中的金屬，而且還可以產(chǎn)生電能。這項技術(shù)為煤礦或金屬礦的酸性礦井水處理提供了一種潛在的新途徑。”
廢水危害甚大
酸性礦山廢水是含硫化物礦物的礦床在開采過程中被氧化而產(chǎn)生的pH小于6.5的礦山廢水，其pH一般為3.0—6.5，總酸度高。
趙峰華介紹說，我國的酸性礦井水主要分布在開采硫化物礦物的金屬礦山和煤礦，在礦井水總數(shù)中，大約有10％的水是酸性水。
酸性礦井水不僅腐蝕井下排水設(shè)備及其他開采設(shè)備，造成經(jīng)濟損失，而且影響井下工人的身體健康；酸性礦井水中某些重金屬離子的濃度隨酸度增高而增加，毒性也增大，對生物產(chǎn)生潛在危害，據(jù)資料報道，德興銅礦的酸性礦山廢水含高濃度的鐵、鋁、銅等金屬，在排放入附近的大塢溪與樂安河后，導致河水水質(zhì)惡化，水生生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。大塢溪因重金屬離子增加，河水呈棕色，魚蝦絕跡，最終成為廢水溝。同時，使用未經(jīng)處理的酸性礦井水灌溉時，可破壞土壤的團粒結(jié)構(gòu)，影響農(nóng)作物產(chǎn)量。因此，酸性礦井水必須進行處理方可排放。
處理方法有弊端
目前，酸性礦井水的處理技術(shù)主要有石灰石、石灰中和法、生物化學法、濕地生態(tài)工程處理法。其中石灰中和法是煤礦目前處理酸性水普遍采用的方法，其主要優(yōu)點是工藝簡單，操作方便，出水pH值能達到排放標準，除鐵效率高，但極易產(chǎn)生大量的硫酸鈣固體廢棄物，造成二次污染。
濕地法具有投資少、運行費用低、易于管理和對有機物的吸附去除能力強等優(yōu)點,但占地面積大,對硫化氫的處理不徹底,造成大氣污染；微生物法處理礦山酸性廢水具有費用低、適用性強、可回收短缺原料單質(zhì)硫等優(yōu)點。但目前均仍處于實驗室階段，在國內(nèi)未得到實際應(yīng)用。這是因為生化處理法的處理速度較物化方法慢得多，因此反應(yīng)器的體積要相應(yīng)增大，從而投資增加；此外，還存在微生物對復雜煤礦酸性礦井水成分的適應(yīng)問題。
未來任重道遠
趙峰華說：“目前酸性礦井水處理較為困難，且成本高，急需發(fā)展科技含量高的處理方法。使用酸性礦井水的燃料電池發(fā)電技術(shù)無疑是一種有前途的酸性礦井水處理新技術(shù)。”北京大學深圳研究生院環(huán)境與城市學院博士后陶虎春說：“目前，我國已有學者在進行燃料電池技術(shù)研究，希望能將污染去除與能源再生相結(jié)合。”
趙峰華說：“該項技術(shù)仍然需要進行大量的研究工作，因為布魯斯•洛根開發(fā)的裝置使用的是人工合成的‘酸性礦井水’，與實際的酸性礦井水有很大的差異。就我國而言，雖然近年來，國內(nèi)的一些學者對微生物燃料電池進行了研究，但還沒有開展使用酸性礦井水進行燃料電池發(fā)電的研究，希望以后加強這方面的研究，重點在酸性礦井水化學特征、燃料電池結(jié)構(gòu)和規(guī)模、電極材料等方面。”
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