综述：可持续酸性矿山排水废水修复：全面综述与文献计量分析

《Environmental Science: Advances》：Sustainable acid mine drainage wastewater remediation: a comprehensive review and bibliometric analysis

本综述系统评估了酸性矿山排水（AMD）的全球现状、环境影响及修复策略，通过文献计量分析揭示了研究趋势，并对比了传统化学法、纳米技术与绿色生物修复等方案的优劣。文章强调集成技术（如化学沉淀-生物处理联合工艺）在实现资源回收（重金属提取、硫酸盐去除）与水质提升（pH调节至>9）方面的潜力，为矿业废水可持续管理提供了关键见解。

　　

酸性矿山排水（AMD）的形成与全球挑战

酸性矿山排水（AMD）是矿业活动产生的典型高污染废水，主要源于硫化矿物（如黄铁矿FeS₂）在水和氧气作用下的氧化反应。该过程生成大量硫酸（H₂SO₄）和可溶性重金属离子（如Fe²⁺/Fe³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺），导致废水pH值低至2-4，硫酸盐浓度高达30?000?mg·L^?1。全球每年从约20?000-50?000个矿场排放大量AMD，其中美国、中国和南非等矿业大国问题尤为突出。例如，美国煤矿每年产生170-270亿加仑AMD，污染超过20?000公里淡水水体；中国虽减少煤矿数量，年AMD量仍超过35亿吨。

环境与健康风险

AMD的直接排放导致水生生态系统崩坏，重金属通过生物富集（如鱼类积累）威胁食物链。人体暴露于AMD中的砷（As）、铅（Pb）、镉（Cd）等元素可能引发神经毒性、致癌或器官损伤。例如，铅暴露可导致儿童脑发育障碍，镉积累引发骨质疏松和肾衰竭。此外，AMD为嗜酸微生物（如Acidithiobacillus ferrooxidans）提供生存环境，加速硫铁氧化，加剧酸度。

修复技术：从传统到绿色创新

传统化学法以石灰中和（Ca(OH)₂）为代表，通过提高pH至9以上使重金属沉淀，但产生大量污泥且成本高昂。纳米技术利用铁铜双金属纳米颗粒（FeCuBNPs）等材料吸附污染物，虽效率达99%，却存在纳米颗粒环境扩散风险。绿色生物修复成为可持续方向：微藻（如Chlorella vulgaris）通过胞外吸附移除99.9%钼（Mo）；真菌（如Aspergillus terreus）分泌有机酸整合重金属；植物修复（如香根草Chrysopogon zizanioides）积累锌（Zn）达920?mg·kg^?1。生物修复的优势在于低成本、低能耗，但处理速度慢且受水质条件限制。

集成技术与资源回收

集成系统（如化学沉淀-膜过滤联合工艺）可实现AMD资源化。例如，Cryptocrystalline magnesite（MgCO₃）中和AMD后，用BaCl₂抛光去除剩余SO₄^2?，金属和硫酸盐去除率均达99%。电渗析等技术还能回收硫酸，而选择性沉淀可提取高纯度铜（Cu）、锌（Zn）等有价金属。然而，集成工艺需高资金投入并需防范二次污染。

文献计量洞察与研究展望

1994-2025年间全球发表630篇AMD修复相关文献，环境科学（占21.42%）、地球科学和工程学为主导学科。西班牙韦尔瓦大学（University of Huelva）和南非威特沃特斯兰德大学（University of the Witwatersrand）是核心研究机构。未来需加强跨学科合作，并探索人工智能优化处理流程、分子生物学手段（如转录组学）增强微生物修复效能，以应对矿业扩张带来的环境挑战。