酸性铜矿废水处理反应器的研制

发布时间：2017-03-27 17:13

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【摘要】：酸性铜矿废水(Acid Mineral Drainage,AMD)是一类pH值低、硫酸盐浓度含量高及含有一定可溶性金属离子的废水。如果不经有效处理而直接排入水体中,则会对环境造成极大的危害。现有的处理方法主要有中和法和人工湿地法。中和法是通过向废水中投加碱性物质进行中和,但处理后泥渣多、难脱水,同时容易造成二次污染而使其应用受到限制;人工湿地法由于其植物耐受酸性脆弱,系统不受冲击,限制了其工程应用。本文在实验室前期工作的基础上,对现有硫酸盐还原菌(Sulphate Reducing Bacteria,SRB)进行耐酸驯化和载体固定化培养,然后自制厌氧反应器,利用自制的厌氧反应器对AMD进行处理,并对处理后水样的主要指标进行初步评价。SRB驯化:通过逐步降低培养基中pH值对SRB分批驯化培养,同时对培养液中pH和硫酸盐浓度变化情况进行分析比较,在此基础上对硫酸根去除的过程进行了动力学研究。研究结果表明,经驯化后,SRB能在pH为4的条件下生长,硫酸根的去除率能达15%,传代后硫酸根的去除率能达38%,没有经过驯化的SRB在pH为4的条件下几乎不能生长,硫酸根去除率仅为0.9%,这说明驯化过程对SRB的耐低pH生长能力有显著效果,这对后续SRB处理酸性铜矿废水起了关键的作用。并通过对硫酸根去除速率分析,构建了硫酸根去除模型。反应器的制作与特性:反应器由PVC管制作,分为三级。以氯化钾溶液为示踪剂,通过电导率和溶解氧的变化,研究有无填料时HRT和氮气搅拌对示踪剂的停留影响,进而研究反应器内水力混合状况。研究结果表明:多级反应器能满足反应器的厌氧环境,其内部构造利于强化反应器内部紊流程度,从而可以提高SRB与酸性铜矿废水的接触。反应器内每级表现为完全混合流态,而整体水流方向为推流流态。HRT越大,反应器内混合越充分。加入填料后反应器中容易出现滞留区或死区,而氮气的通入增强了反应器推流效果,有利于反应器内流体的混合。反应器的运行:采用两个相同的反应器,在有无填料的情况下,考察水力停留时间对其处理效果的影响。出水各项指标监测结果表明:反应器的水力停留时间为20h时处理废水的效果最佳,pH可从4.0上升到6.8左右,硫酸根离子的去除率达到95.17%,Cu2+的去除率为92.86%,Fe3+的去除率为96.51%,Mn2+的去除率为95.5%。
【关键词】：酸性铜矿废水 硫酸盐还原菌 反应器 水力混合特性
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X753
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 酸性铜矿废水的来源及危害10-11
• 1.2 酸性铜矿废水的处理方法11-13
• 1.2.1 中和法11-12
• 1.2.2 硫化物沉淀浮选法12
• 1.2.3 人工湿地法12-13
• 1.3 硫酸盐还原菌处理酸性铜矿废水13-17
• 1.3.1 硫酸盐还原菌及其还原机理13-14
• 1.3.2 影响硫酸盐还原菌还原作用的因素14-16
• 1.3.3 硫酸盐还原菌处理酸性废水的研究进展16-17
• 1.4 厌氧反应器17-19
• 1.4.1 厌氧反应器的发展17-18
• 1.4.2 厌氧反应器处理酸性废水现状18-19
• 1.5 课题的提出及研究意义19-21
• 1.5.1 课题的提出19
• 1.5.2 研究意义19
• 1.5.3 主要研究内容19-20
• 1.5.4 主要创新点20-21
• 第2章 硫酸盐还原菌的驯化21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 材料与方法21-22
• 2.2.1 菌种来源21
• 2.2.2 培养基21
• 2.2.3 PH的测定21-22
• 2.2.4 SO_4~(2-)浓度的测定22
• 2.2.5 实验仪器设备22
• 2.3 实验及结果22-27
• 2.3.1 SRB富集培养22-23
• 2.3.2 SRB驯化培养23-25
• 2.3.3 SRB驯化后的传代培养25-27
• 2.4 硫酸盐去除的过程分析27-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 反应器水力特性的研究31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 反应器的制作31-33
• 3.2.1 试验装置31-32
• 3.2.2 反应器设计依据32-33
• 3.2.3 反应器水密性检验33
• 3.3 水力特性分析33-35
• 3.3.1 分析方法33
• 3.3.2 计算方法33-34
• 3.3.3 实验仪器设备34-35
• 3.4 结果与讨论35-40
• 3.4.1 无填料时不同HRT反应器的水力特性和溶解氧分布35-37
• 3.4.2 加入填料时反应器的水力特性37-39
• 3.4.3 氮气通入量对反应器水力分布和溶解氧分布的影响39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 反应器的启动与运行42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 材料和方法42-45
• 4.2.1 菌种来源42
• 4.2.2 酸性铜矿废水配制42-43
• 4.2.3 培养基43
• 4.2.4 反应器填料43-44
• 4.2.5 DO、PH及SO_4~(2-)浓度的测定44
• 4.2.6 金属离子的测定44
• 4.2.7 实验仪器设备44-45
• 4.3 结果与讨论45-52
• 4.3.1 反应器的实际运行效果45-48
• 4.3.2 有无填料对反应器耐冲击运行效果的比较48-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 结论和建议53-55
• 5.1 结论53
• 5.2 建议53-55
• 参考文献55-61
• 致谢61-62
• 附录硕士研究生期间发表的论文62

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