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微电解强化硫酸盐还原菌修复酸性矿山废水研究

徐赫  
【摘要】:针对生物法处理酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)时硫酸盐还原菌(Sulfate Reducing Bacteria,SRB)硫酸盐还原速率低、受重金属离子和低p H抑制严重等问题,本文提出铁碳微电解强化SRB修复AMD的思路。通过向反应器内填充铁碳微电解填料并接种SRB的方法,分析铁碳微电解强化SRB异化还原硫酸盐的可行性和有效性,确定其强化SRB修复AMD的最优填料配比,结合反应器沿程离子浓度变化、填料表征检测等结果分析,揭示铁碳微电解强化SRB修复AMD协同机理。主要研究内容和结果如下:(1)采用升流柱式实验装置,分别构建铁碳混合微电解生物反应器、铁碳分层生物反应器、活性碳生物反应器和铁屑生物反应器。在低水力负荷、充足营养条件下逐步提升进水硫酸盐浓度,结合生物多样性分析探讨铁碳微电解强化SRB异化还原硫酸盐的可行性。结果表明:当水力停留时间为24h,COD/SO_4~(2-)为2,进水SO_4~(2-)浓度为2500mg/L时,出水中SO_4~(2-)去除率可达98.5%,较对照组分别高3.6%、8.4%和14.9%,验证了铁碳产生的原电池反应具有提高SRB活性、提高硫酸盐异化还原能力。高通量测序结果显示微电解生物反应器内SRB非单一菌属,其相对丰度和多样性均优于对照组,具有更高的系统稳定性。(2)采用构建的反应系统进行在高水力负荷、低营养条件下修复含硫酸盐酸性废水的有效性实验,考察其硫酸盐异化还原速率和对底物利用能力。结果表明:微电解生物反应器在HRT缩短至12h,COD/SO_4~(2-)降至1.4时,SO_4~(2-)去除率为96.7%,分别较对照组高5.6%、15.7%和21.8%,微电解生物反应器具有更高的底物有效利用率和硫酸盐去除能力。(3)通过构建七组不同质量比的铁碳混合微电解生物反应器,进行修复AMD实验,探讨微电解强化SRB修复AMD效果并优化填料配比。结果表明:微电解生物反应器内SRB在修复AMD时保持良好生物活性,具有稳定去除硫酸盐能力。在铁碳质量比为3:1时,SO_4~(2-)去除率为98.2%,Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)、TFe去除率均达到99%以上,出水澄清且底物利用量较少,优于其他铁碳配比的反应器。(4)对微电解生物反应器处理AMD前后填料进行表征分析,并进行填料再生实验。结合微电解生物反应器沿程离子浓度变化规律,探讨微电解生物反应器对废水中各离子去除形式:SO_4~(2-)被SRB异化还原成S~(2-)与金属离子形成沉淀去除;Cu~(2+)主要以被置换成单质铜沉积在铁表面去除;Zn~(2+)主要以硫化物和氢氧化物沉淀形式去除;Mn~(2+)主要以氢氧化物沉淀和铁离子共沉的形式去除;TFe以硫化物、氧化物、氢氧化物以及絮凝沉淀形式去除。该论文有图46幅,表13个,参考文献106篇。


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