铁质矿山排水残渣作为磷吸附剂的循环利用：实现被动处理系统的资源闭环

本研究针对矿山排水被动处理系统(PTS)产生的残渣(MDRs)资源化难题，创新性评估了三种不同化学性质MDRs对磷(P)的吸附效能。结果表明，来自碱性硬岩矿山MRPTS的残渣吸附能力最高(244±86 mg g?1 P)，且所有样品24小时内可去除88%以上的P。研究为同时解决矿山残渣处置与水体富营养化问题提供了可持续方案，推动了生态工程领域的资源循环利用。

　　

矿山排水被动处理系统(PTS)作为生态工程的成功实践，虽能有效净化含金属废水，却面临处理残渣(Mine Drainage Residuals, MDRs)堆积的困境。这些富含铁(Fe)、铝(Al)的残渣传统处理方式成本高昂，而与此同时，全球水体正因人为磷(Phosphorus, P)输入导致富营养化加剧。如何将这两种环境问题转化为协同解决方案？俄克拉荷马大学的研究团队在《Ecological Engineering》发表的研究给出了创新答案——将MDRs转化为高效磷吸附剂，实现从"处理废料"到"净化资源"的华丽转身。

研究团队采用X射线衍射(XRD)、比表面积分析(BET)等技术表征了三种MDRs的物理化学特性，通过批次吸附实验测定其磷吸附动力学和容量，并利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)监测重金属释放风险。样本来自美国俄克拉荷马州三个典型场地：未处理的酸性煤矿排水点(Gowen)、碱性煤矿PTS(RI7PTS)和碱性硬岩矿山PTS(MRPTS)。

MDR表征
矿物学分析揭示，碱性环境形成的MRPTS和RI7PTS残渣以无定形铁氧化物为主，比表面积(SSA)达126-146 m²
g^?1
；而酸性Gowen残渣则结晶度更高(以针铁矿为主)，SSA仅29 m²
g^?1
。这种差异源于不同pH条件下铁氧化物转化路径的分歧。

磷吸附性能
在4000 mg L^?1
P的高浓度实验中，MRPTS残渣展现出惊人的244±86 mg g^?1
吸附量，远超Gowen(61±48 mg g^?1
)和RI7PTS(88±45 mg g^?1
)。模拟实际水体的低浓度实验(50 mg L^?1
P)中，所有残渣24小时内去除率>88%，证实其工程应用潜力。

环境风险评估
金属释放实验显示，仅在非自然的极高磷浓度(>1000 mg L^?1
P)导致溶液酸化时，才会出现生态毒性水平的金属溶出。常规使用条件下，MDRs的重金属束缚能力稳定。

这项研究首次系统比较了不同矿山化学环境对MDRs磷吸附性能的影响，证实碱性PTS产生的无定形铁氧化物残渣具有最佳应用前景。通过建立"以废治废"的循环模式，不仅降低了MDRs处置成本，还为水体磷污染控制提供了廉价高效的吸附材料。研究团队特别指出，未来应针对不同水质特性开发定制化的MDRs应用方案，并开展长期田间试验验证其环境安全性。这项工作为矿山环境管理提供了新范式，推动生态工程向资源循环型系统升级。