以硫酸盐还原菌为核心的酸性矿山废水处理研究

发布时间：2020-05-02 18:27

【摘要】：随着工业的发展,人类在进行采矿等生产中逐渐形成了低p H、含多种重金属离子、高硫酸根浓度的酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)。选用微生物法中的硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria,SRB)处理AMD处理费用低、无二次污染。本研究提出先对AMD进行电解预处理,后利用SRB进行处理;对SRB代谢过程中涉硫组分等进行监控,阐明了涉硫组分的归趋模式,揭示了代谢过程中的主要限速步骤;在此基础上,设计SRB一体化反应系统处理AMD,探究处理过程中金属离子、硫酸根等变化规律,为实际工程应用提供理论指导依据。主要结果如下:(1)在恒定电压的条件下,选用Fe-Fe极板电解预处理AMD效果最佳,废水p H和氢气产量随着电压的增加呈现出上升的趋势。锰离子、锌离子、铜离子的去除率随着电压的增加呈现出上升的趋势,其中,铜离子去除率最高。电解沉积物XPS分析表明,锰主要是以二价态和零价态存在,铜的价态为一价或零价,XPS分析表明铜除了一价态外还以二价的形式存在,锌主要以零价和二价态形式存在,铁价态为三价。(2)SRB还原过程中限速步骤主要为亚硫酸根转化为硫化氢的过程,硫化氢被吹脱后,硫离子的量提高了2.36倍,硫酸根的去除率从83.51%提高到91.24%,亚硫酸根、硫代硫酸根的浓度降低;p H值上升到8.31,而未吹脱的反应器最终p H值为6.87。反应器中主要微生物菌群为脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、丛毛单胞菌属(Comamonas)、假单胞菌属(Pseudomonas),其中脱硫弧菌属(Desulfovibrio)为优势菌,吹脱硫化氢后,优势菌的相对丰度增加,说明硫化氢抑制了优势菌的增殖。(3)预处理后的AMD溶液p H值上升促进了溶液中金属离子的去除。SRB以乳酸钠为碳源和电子供体处理AMD过程中,反应24h硫酸根去除率为81.65%,p H值总体呈先下降后上升达到稳定的趋势。吹脱硫化氢到AMD废水中产生沉淀,过滤后投加到SRB反应系统中,金属离子去除率Fe~(2+)(87.62%)?Zn~(2+)(82.91%)?Mn~(2+)(66.25%),脱硫弧菌(Desulfovibrio)为主要优势菌属,占整个菌种群落的69%。以合成气为碳源和电子供体的SRB,反应96h硫酸根最终去除率为77.86%,p H值随时间的增加呈现出先下降后上升的趋势,ORP在整个反应过程中先降低后趋于稳定,微生物群落中存在两种主要优势菌脱硫弧菌(Desulfovibrio)和硫杆菌(Thiobacillus),脱硫弧菌(Desulfovibrio)占整个菌种群落的48%,硫杆菌(Thiobacillus)占整个微生物菌种群落的43%。
【图文】：

示意图,示意图,酸性矿山废水,重金属离子

图 1.1AMD 形成示意图[11]Fig 1.1 Stages in the formation of AMD1.1.2 酸性矿山废水的危害酸性矿山废水中一些矿物质之间的相互作用产生的某些盐类，对淡水生物和植物的生长也会产生不良影响，导致矿区周围水体污染严重，引起鱼类、藻类、浮游生物等绝大部分水生生物死亡。酸性矿山废水会腐蚀管道、水泵、钢轨等设备设施，同时直接威胁拦污、蓄污设施等的安全与稳定[12, 13]，从而导致维修设备等费用的产生，浪费资源。酸性矿山水的排放会使得水体中生态环境恶化，危害到水体中鱼类、藻类等生存环境。AMD 受脱硫菌的影响会产生 H2S 气体，对生物体产生毒害作用。天然水体长期受酸性矿山废水的污染，会使得水体浊度增加以及加大酸化程度。AMD 中因含有大量的各类重金属元素危害更是巨大。微生物不能降解 AMD 中的重金属离子，当金属离子在一定范围内的底泥之中时，会被生物体富集在体内，除了危害生物体自身外，还会通过食物链功能危及到人体。重金属离子在体内能和生理高分子物质发生

硫循环

昆明理工大学硕士学位论文硫酸盐还原菌.1 硫酸盐还原菌在硫循环中的作用硫是地球上最丰富的元素之一，主要存在于沉积物、岩石和海洋等介质中，据报道沉和岩石中储存约 7.80×1018kg 的硫，主要以金属硫化物和石膏的形式存在；水体（海主）中的硫绝大多数都是以硫酸根的形式存在，，约 1.28×1018kg[23]。硫的地球化学活性，在环境中经常会相互转化，其化合价态也会在-2、-1、0、+2、+4、+6 之间相互转同时也会影响其他元素的地球化学循环过程，在自然界中起着重要的作用[23-25]。地球上矿石燃料的燃烧和火山喷发等释放出的二氧化硫会进入到大气中，形成酸雨等问题。水体中的硫通过氧化还原反应发生价态与形态的变化，微生物在硫循环的过程着至关重要的作用，图 1 显示了硫的循环转化[26]。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X172;X751

【参考文献】