Review of Passive Systems for Acid Mine Drainage Treatment

When appropriately designed and maintained, passive systems can provide long-term, efficient, and effective treatment for many acid mine drainage (AMD) sources. Passive AMD treatment relies on natural processes to neutralize acidity and to oxidize or reduce and precipitate metal contaminants. Passive treatment is most suitable for small to moderate AMD discharges of appropriate chemistry, but periodic inspection and maintenance plus eventual renovation are generally required. Passive treatment technologies can be separated into biological and geochemical types. Biological passive treatment technologies generally rely on bacterial activity, and may use organic matter to stimulate microbial sulfate reduction and to adsorb contaminants; constructed wetlands, vertical flow wetlands, and bioreactors are all examples. Geochemical systems place alkalinity-generating materials such as limestone in contact with AMD (direct treatment) or with fresh water up-gradient of the AMD. Most passive treatment systems employ multiple methods, often in series, to promote acid neutralization and oxidation and precipitation of the resulting metal flocs. Before selecting an appropriate treatment technology, the AMD conditions and chemistry must be characterized. Flow, acidity and alkalinity, metal, and dissolved oxygen concentrations are critical parameters. This paper reviews the current state of passive system technology development, provides results for various system types, and provides guidance for sizing and effective operation.ZusammenfassungPassive Systeme können über einen langen Zeitraum unterschiedlichste saure Grubenwässer (AMD) effizient und wirksam reinigen, sofern sie sachgerecht geplant und errichtet werden. Die passive Reinigung saurer Grubenwässer beruht auf natürlichen Prozessen der Säureneutralisation, Oxidation oder Reduktion und Ausfällung von metallischen Schadstoffen. Die Anwendung passiver Reinigungssysteme ist besonders geeignet für kleine bis mittlere AMD-Ströme mit entsprechendem Chemismus. Die periodische Überprüfung und Instandhaltung und gegebenfalls Erneuerung sind aber generell notwendig. Die passiven Reinigungstechnologien können in biologische und geochemische Typen eingeteilt werden. Die biologische Reinigung beruht generell auf bakterieller Tätigkeit und kann organisches Material nutzen um beispielsweise die mikrobielle Sulfatreduktion anzuregen und Verunreinigungen zu adsorbieren. Beispiele für biologische Systeme sind Pflanzenkläranlagen, vertikal durchströmte Pflanzenkläranlagen und Bioreaktoren. Geochemische Systeme bringen alkalisch wirkende Stoffe, wie z. B. Kalkstein, in Kontakt mit sauren Grubenwässern (direkte Reinigung) oder mit dem Frischwasseranstrom von sauren Grubenwässern. Die meisten passiven Reinigungssysteme verwenden multiple Methoden, um die Säureneutralisation, Oxidation und Ausfällung von Metallen zu fördern. Bevor ein geeignetes Reinigungssystem gewählt wird, müssen die AMD-Bedingungen sowie der Chemismus charakterisiert werden. Wesentliche Parameter sind der Durchfluss, die Acidität und Alkalinität sowie die Konzentration von Metallen und Sauerstoff. Der vorliegende Artikel bewertet den aktuellen Stand der Entwicklung passiver Systeme, stellt Ergebnisse verschiedener Systemtypen vor und bietet Hilfestellung bei der Dimensionierung und einem erfolgreichen Einsatz solcher Systeme.ResumenLos sistemas pasivos, apropiadamente diseñados y mantenidos, pueden proporcionar un efectivo y eficiente tratamiento, y por largo tiempo, de muchos drenajes ácidos de minas (AMD). Los tratamientos pasivos utilizan procesos naturales para neutralizar la acidez y oxidar o reducir y precipitar los metales contaminantes. Los tratamientos pasivos son más adecuados para pequeñas y moderadas descargas de AMD de química apropiada, pero se requieren generalmente periódicas inspecciones y periódico mantenimiento, más eventuales renovaciones. Las tecnologías pasivas de tratamiento pueden ser separadas entre biológicas y geoquímicas. Las biológicas utilizan la actividad bacteriana y pueden adicionar material orgánico para estimular la reducción microbiana de sulfato y para adsorber los contaminantes; ejemplos estas tecnologías son los humedales artificiales, los humedales de flujo vertical y los biorreactores. Los sistemas geoquímicos utilizan materiales generadores de alcalinidad como la caliza en contacto con AMD (tratamiento directo) o con agua fresca gradiente arriba del AMD. La mayoría de los sistemas de tratamiento pasivo emplean múltiples métodos, frecuentemente en serie, para lograr la neutralización de ácidos y la precipitación de los metales. Antes de seleccionar la tecnología de tratamiento apropiada, se deben caracterizar las condiciones del AMD. Los parámetros críticos son flujo, acidez y alcalinidad y concentraciones de oxígeno disuelto y metales. Este trabajo revisa el actual desarrollo de la tecnología de sistemas pasivos, muestra resultados obtenidos en varios tipos de sistemas y proporciona una guía orientativa sobre el tamaño necesario para una operación efectiva.酸性废水被动处理系统综述