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酸性矿山废水与选矿废水协同生化处理及重金属回收工艺研究

张杰  
【摘要】:有色金属矿物在开采、浮选等过程会产生大量的酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)和选矿废水(mineral processing wastewater,MPW)。AMD中含有大量的重金属及硫酸根离子,MPW中也有多种浮选药剂残留。利用硫酸盐还原菌(sulfate reducing bacteria,SRB)处理AMD是一项具有应用前景的方法。针对AMD与MPW两种废水的特性,构建了AMD与MPW协同生化处理系统。两种废水混合即可发生中和反应,同时MPW中溶解的有机物可以作为SRB的碳源进行硫酸盐还原反应。本文通过实验室小试及中试实验对AMD与MPW联合处理工艺的可行性进行了探索,优化了各个单元的设计参数,同时也对重金属回收工艺进行了研究。(1)通过BOD_5/COD法及振荡培养法对MPW生物降解性进行了评价,实验结果表明,MPW属于易生物降解废水,微生物对溶液中DOC降解过程符合一级反应动力学模型。(2)通过实验室批式实验和连续流实验对AMD与MPW的协同生化处理效果进行了研究。AMD和MPW按照1:2进行混合后,废水中Cu、Fe、Zn以及Mn的浓度分别降低了78.55%、82.91%、63.42%和71.66%(与AMD相比)。批式实验结果表明,SRB能够利用MPW中的DOC进行自身代谢。当进水p H=5.00,水利停留时间(HRT)为18h时,硫酸盐还原率达到46.10%,Cu、Zn和Fe的去除率达到99.46%,99.68%和96.40%。连续流实验中,随着进水重金属浓度的升高,生物修复效果有所下降。微生物群落分析表明,随着进水重金属浓度的升高,反应器内微生物的丰富度降低。AMD与MPW共处理反应器中,共存的发酵细菌与SRB表现出协同作用,且发酵细菌对水质的波动更为敏感。(3)通过中试实验对AMD与MPW联合处理工艺进行了验证。控制进水p H为5.00,硫酸盐还原单元HRT为18h,出水p H可以保持7.2以上,SO_4~(2-)还原率达到47.50%,DOC去除率为71.8%。重金属Cu、Fe、Zn及Mn的去除率分别为98.30%、91.56%、97.07%及49.85,Cu和Zn出水浓度远低于国家排放标准规定限制。实验结果与实验室实验结果较为一致,构建的AMD与MPW协同生化处理工艺具有一定的工程应用价值。(4)采用加碱调节-厌氧硫酸盐还原工艺产生的H_2S对AMD中重金属进行了回收。进水p H梯度实验表明,p H=4.50为最佳,此时厌氧反应效率高,有效产物H_2S浓度最高。中试实验通过控制进水C/S比、HRT、好氧单元气水比等参数来优化反应器运行效果。当进水p H为4.50,C/S比为1.5,HRT为24h时,厌氧系统具有最高利用效率,DOC以及硫酸盐去除率均在80%以上,H_2S浓度达到140mg/L以上,Cu、Zn、Fe、Mn的去除率分别达到99.19%、96.46%、95.67%、71.48%。


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