矿山废水是怎样用来发电的？

    环保界流行着一句老话：“世界上本没有垃圾，废物是放错了地方的资源。”最近，美国科学家研制出一种新型燃料电池，可利用煤矿或金属矿的废水发电，使废水不再是废物。

    新华社援引美国每日科学网站提供的消息报道说，美国宾夕法尼亚州立大学环境工程系教授布鲁斯•洛根及其同事研制出一种新型燃料电池，利用近似于酸性矿山废水（AMD）的溶液，在有效净化污水的同时产生电能，回收的铁还可以作为油漆等制品的颜料。这既有望解决严峻的酸性矿井水环境问题，又可以提供新能源。

    变废为宝

    布鲁斯•洛根研究团队的方法是基于一套以往的空气阴极微生物燃料电池（microbialfuelcell,MFC）试验装置实现的。装置由质子交换膜分隔为阴极室和阳极室。阳极室内含硫酸亚铁，通过水解反应二价铁被氧化为三价铁，释放电子，形成氢氧化铁沉淀将铁从水中去除。阴极室内，质子与氧化合生成水，消耗电子。由于质子交换膜的作用只允许质子通过而阻碍电子通过，因此阳极室内产生的大部分电子就通过阳极经外电路传递到阴极参与反应，从而形成电流。

    整个实验在30℃下进行。洛根的试验表明，该装置产生的最大电功密度为290mW/m2，库仑效率（电流大小/理论电流大小）大于97％，二价铁离子被氧化为三价铁沉淀在阳极池和阳极而被完全去除。溶液的pH值、亚铁离子的浓度都是影响电能的因素，研究团队得出的理想操作条件为：pH为6.3。多年从事酸性矿井水研究的中国矿业大学（北京）赵峰华教授说：“使用酸性矿井水的燃料电池不仅可以去除并回收酸性矿井水中的金属，而且还可以产生电能。这项技术为煤矿或金属矿的酸性矿井水处理提供了一种潜在的新途径。”

    废水危害甚大

酸性矿山废水是含硫化物矿物的矿床在开采过程中被氧化而产生的pH小于6.5的矿山废水，其pH一般为3.0—6.5，总酸度高。赵峰华介绍说，我国的酸性矿井水主要分布在开采硫化物矿物的金属矿山和煤矿，在矿井水总数中，大约有10％的水是酸性水。

    酸性矿井水不仅腐蚀井下排水设备及其他开采设备，造成经济损失，而且影响井下工人的身体健康；酸性矿井水中某些重金属离子的浓度随酸度增高而增加，毒性也增大，对生物产生潜在危害，据资料报道，德兴铜矿的酸性矿山废水含高浓度的铁、铝、铜等金属，在排放入附近的大坞溪与乐安河后，导致河水水质恶化，水生生态环境受到严重污染。大坞溪因重金属离子增加，河水呈棕色，鱼虾绝迹，最终成为废水沟。同时，使用未经处理的酸性矿井水灌溉时，可破坏土壤的团粒结构，影响农作物产量。因此，酸性矿井水必须进行处理方可排放。

    处理方法有弊端

    目前，酸性矿井水的处理技术主要有石灰石、石灰中和法、生物化学法、湿地生态工程处理法。其中石灰中和法是煤矿目前处理酸性水普遍采用的方法，其主要优点是工艺简单，操作方便，出水pH值能达到排放标准，除铁效率高，但极易产生大量的硫酸钙固体废弃物，造成二次污染。

    湿地法具有投资少、运行费用低、易于管理和对有机物的吸附去除能力强等优点,但占地面积大,对硫化氢的处理不彻底,造成大气污染；微生物法处理矿山酸性废水具有费用低、适用性强、可回收短缺原料单质硫等优点。但目前均仍处于实验室阶段，在国内未得到实际应用。这是因为生化处理法的处理速度较物化方法慢得多，因此反应器的体积要相应增大，从而投资增加；此外，还存在微生物对复杂煤矿酸性矿井水成分的适应问题。

    未来任重道远

    赵峰华说：“目前酸性矿井水处理较为困难，且成本高，急需发展科技含量高的处理方法。使用酸性矿井水的燃料电池发电技术无疑是一种有前途的酸性矿井水处理新技术。”北京大学深圳研究生院环境与城市学院博士后陶虎春说：“目前，我国已有学者在进行燃料电池技术研究，希望能将污染去除与能源再生相结合。”

    赵峰华说：“该项技术仍然需要进行大量的研究工作，因为布鲁斯•洛根开发的装置使用的是人工合成的‘酸性矿井水’，与实际的酸性矿井水有很大的差异。就我国而言，虽然近年来，国内的一些学者对微生物燃料电池进行了研究，但还没有开展使用酸性矿井水进行燃料电池发电的研究，希望以后加强这方面的研究，重点在酸性矿井水化学特征、燃料电池结构和规模、电极材料等方面。”