微生物方法处理酸性矿山废水
摘要: 介绍酸性矿山废水的形成及特点，分析了微生物在酸性矿山废水形成中的作用，介绍了SBR性质及其在治理酸性矿山废水中的应用，目前存在的问题。
关键词: 酸性矿山废水；微生物；SBR
引言随着全球工业化的迅速发展, 矿产资源的开发进一步加剧, 由此而产生的酸性矿山废水( AMD) 已经成为许多国家水体污染的主要来源之一。酸性矿山废水是指硫化矿系( 如煤矿、多金属硫化矿) 在开采、运输、选矿及废石排放和尾矿储存等生产过程中经氧化、分解, 并与水化合形成硫酸而产生的酸性水[ 1] 。酸性矿山废水中硫酸盐的质量浓度较高, 废水呈现较强的酸性, pH 值一般在4.5~6.5 之间, 有的低至2.0[ 2] 左右; 含有大量的铜、铁、锌、铝、锰、镍、铅、铬、砷等重金属, 特殊的铀矿的开采可能会含有放射性元素铀等, 有机物浓度低。酸性矿山废水若不经处理任意排放就会造成大面积的酸污染和重金属污染, 它能够腐蚀管道、水泵、钢轨等矿井设备和混凝土结构, 还危害人体健康。另外, 酸性水会污染水源, 危害鱼类和其他水生生物; 用酸性水灌溉农田, 会使土壤板结, 农作物发黄, 并且随着酸度提高, 废水中某些重金属离子由不溶性化合物转
变为可溶性离子状态, 毒性增大。
目前, 对于酸性矿山废水的处理主要有这几种方法: 中和法、人工湿地法、硫化物沉淀法和微生物法。中和法就是向AMD 中投加石灰石或石灰来中和废水中的氢离子, 该法的缺点是成本较高, 反应生成的硫酸钙残渣较多, 容易造成二次污染; 人工湿地法主要是利用湿地系统中的植物、土壤等对酸性废水中的金属离子进行吸附、过滤, 该法操作简单, 易于管理, 但是由于占地面积大, 处理程度易受环境影响, 而且处理后残余的H2S 会进入大气, 从而造成大气污染等缺点使它的应用受到限制; 硫化物沉淀法是利用金属硫化物的溶解度往往比氢氧化物的溶解度更低的原理, 向废水中投加硫化物, 对废水中的金属离子进行选择性的沉淀。但是该法中的pH 值不好控制, 成本也较高, 而且如果这些硫化物的沉积污泥不在水下封存或排除氧化条件, 其可能再氧化生成硫酸, 重新造成环境问题; 微生物法就是利用硫酸盐还原菌( SRB) 在厌氧条件下将AMD 中的硫酸盐还原为硫化物, 生成的硫化物再与废水中的重金属发生反应生成难溶解的金属硫化物。由于微生物技术的处理效果较好, 成本也较低, 且无二次污染, 因而受到广泛关注。
一微生物的作用
在早期，人们知道在自然界的酸性矿水或污泥中普遍存在一群嗜酸性的无机化能自养菌。
生物吸附作用——细菌、霉菌、活性污泥、藻类及某些高等植物可通过吸附和离子交换等物理、化学机制将环境中的重金属吸收进体内，这称之为生物吸收(biosorption)现象。
生物转化作用——很多微生物在自然条件下通过氧化．还原作用、甲基化作用和脱烃作用等参与自然界中重金属的转化，将重金属转化为无毒或低毒的化合物形式。
生物络合作用——些微生物如动胶菌、蓝细菌、硫酸盐还原菌以及某些藻类，能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白、脂多糖等，具有大量的阴离子基团，能与金属离子结合。
生物沉淀作用——微生物在其生长过程中会释放出许多代谢产物，如硫化氢和有机物等，这些产物能与金属反应生成沉淀从而固定重金属。
微生物的以上这些作用在处理废水过程中起着至关重要。
二微生物法处理酸性矿山废水
微生物法处理酸性矿山废水就是利用硫酸盐还原菌( Sulfate Reducing Bacteria.SRB) 通过异化硫酸盐的生物还原反应, 将硫酸盐还原为H2S, 并利用某些微生物将H2S 氧化为单质硫，产生的硫化物与重金属结合为金属硫化物沉淀, 可以去除废水中的重金属离子。另外, 此种方法还能使某些废水脱毒, 例如亚硫酸盐可以被转化为毒性较轻的硫化物。
2.1 硫酸盐还原菌( SRB)
SRB是在无氧状态下, 用乳酸或丙酮酸等有机物作为电子供体, 用硫酸盐作为末端电子接受体而繁殖的一群偏性厌氧嫌气性细菌。硫酸盐还原菌是一种进行硫酸盐还原代谢的厌氧菌类, 呈革兰氏阴性, 以有机物为电子供体, 硫酸盐为电子受体。根据不同的有机物利用性能,分为8 个属: 脱硫弧菌属(Desulfovibrio) 短螺状,脱硫肠状菌属(Desulfortomaculum) 孢子环状, 脱硫单胞菌属(Desulfomonas) 环状, 脱硫洋葱状菌属(Desulfobulbus) , 脱硫杆菌属(Desulfobacter) 短环状, 脱硫球菌属(Desulfococcus) 球状, 脱硫八叠球菌属(Desulfosarcina) , 脱硫螺旋体属(Desulfonema)丝状。其中前4 属利用乳酸盐、丙酮酸盐、乙醇等作为生长基质, 只氧化到乙酸盐的水平, 故又称为不完全氧化菌。后4 属专一性地氧化某些脂肪酸,特别是乙酸, 以及乳酸、琥珀酸、苯甲酸等, 最终彻底降解为CO2, 故又称为完全氧化菌。根据所利用底物的不同, SRB 可分为以下4 类:
4H2 + SO42- →HSRB S2- + 4H2O
①氧化氢的硫酸盐还原菌(HSRB)
CH3COOH + SO42- →ASRB S2- + 2CO2 + 2H2O
②氧化乙酸(HAc) 的硫酸盐还原菌(ASRB)
CH3CH2COOH + SO42- →FASRB 2 CH3COOH + S2- + 2 CO2
4CH3CH2COOH + 7 SO42- →FASRB 7S2- + 12 CO2 + 12 H2O
③氧化较高级脂肪酸的硫酸盐还原菌( FASRB) , 较高级脂肪酸这里是指含3个或3个以上碳原子的脂肪酸。
④氧化芳香族化合物的硫酸盐还原菌( PSRB) 。
2.2 SRB 代谢机理
SRB 的一个重要生理特征是生长力强, SRB 不仅具有广泛的基质谱, 生长速度快, 还具有某些特殊的生理性质, 如含有不受氧毒害的酶
系, 因此可以在广泛的环境中生存。甚至包括有氧环境, 保证了SRB 有较强的生存能力和适应环境变化的能力。SRB 的另一生理特性是硫酸盐的存在能促进其生长, 但不是其生存和生长的必要条件。在缺乏硫酸盐的环境下, SRB 能通过无硫酸根离子参与的代谢方式生存和生长, 当环境中出现了足量的硫酸盐后, 因为硫酸盐还原反应的产能水平更高, 硫酸盐还原反应立即发生, 即SRB 的代谢方式发生转变, 此时以硫酸根离子为电子受体氧化有机物, 通过对有机物的异化作用, 而获得生存所需的能量, 维持生命活动。
SRB 的代谢过程可以分为分解阶段、电子传递阶段和氧化3个阶段。在分解的第一阶段, 有机物碳源的降解是在厌氧状态下进行的, 同时通过“机质水平磷酸化”产生少量ATP; 第二阶段中, 前一阶段释放的高能电子通过硫酸盐还原菌中特有的电子传递链( 如黄索蛋白、细胞色索C等)逐级传递产生大量的ATP; 在最后阶段中, 电子被传递给氧化态的硫元素, 并将其还原为S2- , 此时需要消耗ATP 提供能基。从这一过程可以看出, 有机物不仅是SRB 的碳源, 也是其能源, 硫酸盐(或氧化态的硫元素) 仅作为最终电子受体起作用。即SRB 利用硫酸根离子为最终电子受体, 将有机物作为细胞合成的碳源和电子供体, 同时将硫酸根离子还原为硫化物。以前, 认为SRB 仅利用有限的基质作为有机碳源和电子供体, 如乳酸盐、丙酸盐、反丁烯二酸、苹果酸、乙醇、甘油, 个别也利用葡萄糖和柠檬酸盐, 最后形成HAc 和CO2 作为终产物。近20 余年来, 由于选用不同碳源的培养基, SRB 利用的有机碳源和电子供体的种类不断扩大, 发现SRB 还能利用乙酸、丙酸、丁酸和长链脂肪酸及苯甲酸等对其作用。SRB 在利用多种多样的化合物作为电子供体时表现出了很强的能力和多样性, 迄今发现可支持其生长的基质已超过100 种。
2.3 SRB 影响因素
各种生物因子、非生物因子的改变都直接影响SRB 的适应能力, 决定其生长和活性, 也决定了生态演替过程对不同SRB 种群的选择, 其中重要的影响因子有温度、pH值、溶解氧、抑制剂和硫化物等。
① pH值
pH值是影响SRB 活性的主要因素。大量的研究表明SRB 生长的最佳pH值范围为中性偏碱, 但也有研究表明,纯培养SRB 的最佳pH 值为6.7 左右, 这些数据有差异但一般在6～8 的范围内, 可容忍的范围为5.5～9.0。有一些研究报道SRB 经过驯化适应后可在酸性条件下进行SO42- 还原。
②温度
SRB 可分为中温菌和嗜热菌两类。至今所分离到的SRB 菌属大多是中温性的,纯培养SRB 最佳的生长温度为30 ℃左右, 但在含SO42- 废水和各种菌种混合共生的复杂体系中, SRB 的硫酸盐还原速率不仅取决于环境温度是否为最佳温度, 还要受竞争的影响, 一般在35℃硫酸盐还原速率最大。高温SRB 的最佳生长温度为54 ℃～70 ℃, 最高值为56 ℃～85 ℃。SRB 为严格的厌氧菌, 只有氧化还原电位低于- 100 mV 才能生长。
③溶解氧
脱硫弧菌属中的很多种菌都具有超氧化物歧化酶、NADH 氧化酶、H2O2酶, 这类酶为SRB胞内抗分子氧的保护酶。说明SRB 可以耐受微量的氧。
④生长营养元素
SRB的生长需要氮源、磷源, 另外还需要一些微量元素( 如铁、钴、镍)。
⑤其它
普遍认为, 硫酸盐还原的产物( 即形成的各种硫化物) 对物过程有抑制作用。有两种物质可作为硫酸盐还原反应的抑制剂。一种是过渡金属, 其抑制作用与流态密切相关, 间歇流时对SRB 有良好的选择性抑制作用,而连续流时其抑制作用是非选择性的, 即对SRB 和MPB(产甲烷菌) 均有抑制作用;另一种是类似SO42-结构的基团, 如CrO42- , MnO42- 等, 其机理可能通过空间代替SO42- , 从而阻碍活性酶的产生。因此, 对SRB 有抑制作用的主要金属盐Na2AsO4, K2CrO4, Na2MnO4 等, 如果硫酸盐浓度过高,Ca2+、Na+等也会对SRB的活性产生抑制作用。
三目前存在的问题
利用SRB还原硫酸盐的特性处理含重金属离子酸性废水是一种切实可行的方法。但是由于影响生化过程的因素复杂繁多，所以仍存在不少技术上的问题，主要包括：
(1)有机碳源种类的选择及投加量的控制；
(2)如何筛选SRB高效菌株、细胞固定化、保持常温下SRB的生化活性；
(3)在酸性环境中，如何达到较高的SO42-还原率，如何消除硫化氢对SRB的抑制；
(4)如何消除重金属离子对SRB的抑制，废水中重金属种类不同，对SRB及其它有关微生物的毒性和抑制作用也会有所不同，此外多种金属离子的综合作用和单一金属离子的作用也会不一样；
(5)如何在满足还原过程需要的条件下，尽量降低出水中的COD；
(6)污泥中有用物质的回收和无用物质的贮存。
解决上述问题，有利于SRB技术在实践中的推广和应用。
四结论
在采用微生物法处理酸性矿山废水时, 如何克服它自身存在的问题, 使微生物发挥出最大的功效,集硫酸盐还原、重金属沉淀、单质硫回收为一体, 彻底改变酸性矿山废水的理化性质, 减少甚至消除它对环境产生的不良影响, 是今后处理废水过程中的研究重点。与此同时, 更应从源头控制酸性矿山废水的产生。
参考文献
[1] 万由令，李龙海.玉米芯为碳源实现酸性矿山废水生物处理[ J ].工业安全与环保, 2004，30（5）：11-14
[2] . 用SRB 修复污染的酸性矿山废水[ J ].《Hydrometallur》, 2005，77（4）1-2
[3] 冯继光，胡宝群. 微生物在酸性矿山废水形成与治理中的作用[ J ]. 科技情报开发与经济, 2008，18（15）：138-140
[4] 李亚新，药宝宝.微生物法处理含硫酸盐酸性矿山废水[ J ].煤矿环境保护, 2000，14（1）：17-20
[5] 冯颖，康勇，范福洲，孔琦. 酸性矿山废水形成与处理中的微生物作用[ J ]. 有色金属, 2005，57（3）：104-107
[6] 郝春博1，张洪勋H，白志辉1，张保国1，张徐祥2. 酸性矿山废水区域沉积物中嗜酸菌多样性研究[ J ]. 环境科学, 2006，27（11）：2256-2257
[7] 杨,胜丁桑岚. 硫酸盐还原菌在酸性矿山废水处理中的应用研究[ J ]. 化工与环保, 2010，13（5）：48-50
[10] 陈效1’2 , 孙立苹2, 徐盈3, 杨方星3. 硫酸盐还原菌的分离和生理特性研究[ J ]. 环境科学与技术, 2006，29（9）：38-40 [9] 易正戟1’2，谭凯旋2，澹爱丽2，赵龙云2. 硫酸盐还原菌及其在工业和矿山废水治理中的应用+ [ J ]. 云南师范大学学报, 2006，26（3）：39-40
[10] 陈效1’2 , 孙立苹2, 徐盈3, 杨方星3. 硫酸盐还原菌的分离和生理特性研究[ J ]. 环境科学与技术, 2006，29（9）：38-40
[11] 邱廷省，彭艳平.硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的研究与运用[ J ].2008（太原）首届中西部十二省市自治区有色金属工业发展论坛论文集, 2008，29（9）：62-65
[12] 陈凤梅, 李亚新. 硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的技术及思考[ J ]. 工业用水与废水, 2007，38（1）：17-20
利用微生物技术处理废 水 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
利用微生物技术处理废水 摘要随着工业的发展,污水成分已愈来愈复杂。某些难降解的有机物质和有毒物质,需要运用微生物的方法进行处理,污水具备微生物生长和繁殖的条件,因而微生物能从污水中获取养分,同时降解和利用有害物质,从而使污水得到净化。废水生物处理是利用微生物的生命活动,对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用,从而使废水得到净化的一种处理方法。废水生物处理技术以其消耗少、效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和无二次污染等显着优点而备受人们的青睐。 关键词污水生物处理好氧生物处理厌氧生物处理水质 1. 污水生物处理的特征 污水与污水生物处理? 污水中的污染物质成分极其复杂，一般生活污水的主要成分是代谢废物和食物残渣，工业废水可能含有较多的金属、酚类、甲醛等化学物质。此外污水中还含有大量非病原微生物和少量病原菌及病毒。污水的生物处理就是以污水中的混合微生物群体作为工作主体，对污水中的各种有机污染物进行吸收、转化，同时通过扩散、吸附、凝聚、氧化分解、沉淀等作用，以去除水中的污染物。因此，污水生物处理实际上是水体自净的强化，不同的是，在去除了污水中的污染物后，必须将微生物从出水中分离出来，这种分离主要是通过微生物本身的絮凝和原生动物、轮虫等的吞食作用完成的。 生化需氧量及生物处理的应用? 在污水处理中，通常是以有机物在氧化过程中所消耗的氧量这一综合性指标来表示有机污染物的浓度，如生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）。生化需氧量是指在特定的温度和时间（通常这5 d、20℃下，微生物分解污水中有机物所消耗的氧量，称为BOD5。BOD5约占生化需氧总量的2/3，故采用BOD5来表示污水中可降解有机物的浓度是比较合适的。但污水中有机物并不是都能较快降解的，在工业废水中，可以结合COD等指标表示有机污染物的浓度。
金属矿山酸性废水处理工艺 矿产资源是人类社会发展进步必不可少的自然资源。人类对金属矿山的大面积开采会破坏周围区域的生态环境，而AMD是全球矿山面临的最严重的环境问题。AMD是硫化矿物在空气、水和微生物的共同作用下发生溶蚀、氧化、水解等一系列物化反应而形成的低pH、高重金属离子浓度的一类难处理废水。而我国金属矿山大部分是原生硫化物矿床，极易形成AMD，例如江西德兴铜矿、武山铜矿、江苏梅山铁矿、浙江遂昌金矿、安徽南山矿、向山铁矿、湖南七宝山铜锌矿等。因此，如何高效、经济地治理AMD显得尤为重要。 1、AMD来源 AMD指在矿山开采活动中经过复杂的物理化学反应作用产生的呈酸性且SO42-和重金属含量超标的有害水体。矿山酸性废水有以下特点： ①呈酸性、金属离子浓度高，例如含Fe3+的矿山废水因水解生成的氢氧化铁呈红褐色，被称为“红龙之灾”; ②废水产生量大且水流持续时间长，常常矿山开采结束后，废水仍继续流出; ③水质、水量不稳定，波动较大。 AMD进入自然水体后使水体酸化，导致水生生物死亡；进入土壤后使土壤板结，毒化土壤，造成功能退化。在1947年，Colmer等首次提出细菌是AMD形成的重要原因。在后续的研究和实际治理过程也进一步的证实了这种论断。如黄铁矿，在有菌存在和无菌存在时，氧化速度相差较大。 黄铁矿氧化产酸过程如下： Fe3+被黄铁矿还原生成Fe2+，而Fe2+很快又被微生物或O2氧化成Fe3+再与黄铁矿反应，如此循环反应，形成了大量的AMD。 2、AMD的治理 AMD现已严重危害到生态环境乃至人类的生存安全，其治理技术也日新月异。目前，效果显著的治理技术主要有中和法、沉淀法、人工湿地、吸附法及生物法等。 2.1 中和法 面对大量的酸性废水，中和法成为了人类在治理AMD时的首要选择。中和法又称为氢氧化物沉淀法，中和法就是在废水中投加大量的碱性物质，如石灰乳、氢氧化钠、石灰石等，来提高废水酸碱度，从而沉淀废水中的金属离子。该方法因原理简单，成本低、效果明显，在实际矿山酸性废水的治理中得到了广泛的应用。如钱士湖等报道的HDS(高浓度泥浆)在安徽某公司酸性废水的实践运用。对实际运行效果进行了分析总结，表明HDS工艺在调节废水pH值和去除Al3+、SO42-离子效果显著。与传统的石灰中和法(LDS)相比，HDS延缓了设备和管道的结垢现象，克服了LDS法的很多缺点，高浓度泥浆法与低浓度泥浆法相比有以下优点：一是降低了石灰用量，减少了处理成本；二是出水水质稳定，符合排放标准。高浓度泥浆法相对于低浓度泥浆法突破性进展是底泥按比例回流，可用于废水处理。但始终无法根除设备和管道结垢、中和渣易造成二次污染的弊端。
治理酸性矿山废水的方法 1 引言 煤矿或各种有色金属矿在开采与废矿石堆放过程中，常使与矿层伴生的硫铁矿暴露于空气中与地下水或地表水中，通过系列化学与生物氧化过程，使得近中性的地下水转变为低pH、高Fe、SO2-4，且多种重(类)金属离子(Cd、Pb、Cu、Zn、As等)并存的酸性矿山废水(acid mine drainage，AMD).此类废水若不经有效处理而任意排放，将严重污染地表水及土地资源，威胁农作物、水生生物与人体健康. 石灰中和法是世界上最常用的AMD治理方法.然而，大多数AMD体系中含有较大量的 Fe2+，由于Fe(OH)2 离子浓度积(1.6×10-14，18 ℃)远大于Fe(OH)3的离子浓度积(1.1×10-36，18 ℃)，所以为了在近中性条件下使得Fe离子完全沉淀，在工程应用中，常常在化学中和前段完成Fe2+氧化过程.以AMD为介质，利用氧化亚铁硫杆菌(A. ferrooxidans)生物氧化Fe2+进而合成次生铁矿物(施氏矿物、黄铁矾类物质)不仅可以有效去除AMD中存在一定量的Fe与SO2-4，且此类次生铁矿物在合成过程中亦可通过吸附与共沉淀方式大幅度去除体系中的Cu、Cd、Hg、Pb、As等有毒有害元素.另需要强调的是对于石灰中和法得到的Fe(OH)3絮状凝胶而言，施氏矿物与黄铁矾类物质沉降性能良好，易于沉淀，可以极大降低后续固液分离成本.因此，前期氧化亚铁硫杆菌(A. ferrooxidans)生物氧化Fe2+产生次生铁矿物与后期化学中和相结合的工艺在AMD的治理领域表现出一定的应用潜力. 由于煤矿及其它有色金属矿中常有含镁矿物(白云石富镁碳酸盐矿物、蛇纹石与绿泥石等富镁硅酸盐矿物等)的存在，使得产生的AMD中含有一定量的Mg2+.研究证实，A. ferrooxidans菌体及其胞外多聚物可以作为次生铁矿物合成的晶种.而Mg2+可以在微生物胞外多聚物之间形成架桥使得微生物菌体团聚.那么，这一团聚过程是否会使得矿物较易在反应器壁粘附，进而影响次生铁矿物合成体系总Fe沉淀率及矿物的形貌?另外，高的转速对应高的剪切力.那么，高转速是否会减缓矿物在反应器壁的粘附行为?为了探究此类科研问题，本研究分别在不同培养转速条件下，考察了Mg2+浓度不同对A.ferrooxidans催化合成次生铁矿物体系Fe2+氧化率、总Fe沉淀率、次生铁矿物反应器壁粘附状况及矿物形貌的影响.以期为生物合成次生铁矿物工艺的优化及其在酸性矿山废水治理领域的成功应用提供一些必要的参数. 2 材料与方法 2.1 嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A. ferrooxidans)接种液的制备 在150 mL改进型9K液态培养基(FeSO4 · 7H2O 44.24 g、(NH4)2SO4 3.0 g、KCl 0.10 g、K2HPO4 0.50 g、Ca(NO3)2 · 4H2O 0.01 g、MgSO4 · 7H2O 0.50 g，去离子水1 L)中接种A. ferrooxidans LX5(CGMCC No.0727)，体系用H2SO4调节pH至2.5后，置于180 r · min-1往复式振荡器(ZD-85A恒温振荡器)中在28 ℃培养2~3 d至体系Fe2+完全氧化.培养液经定性滤纸过滤以除去沉淀，过滤所得的液体即为嗜酸性氧化亚铁硫杆菌菌液.将所得菌液15 mL接种于135 mL改进型9K液态培养基中重复上述过程.所获菌液即为本研究后续次生铁矿物合成所需的微生物接种菌液，菌密度约为107 cells · mL-1.
高浓度酸性废水处理技术 常治辉原创 | 2015-04-15 06:45 | 收藏 | 投票 关键字：污水处理絮凝剂破乳剂药剂COD去除剂 济南某公司在利用米糠、棉壳、玉米心等农副产品与稀硫酸共热, 多糖发生水解、重排、脱水等反应生产某产品时, 排放出的污水成分复杂, 呈较强的酸性、有机污染负荷高、水温及色度较高。废水中的污染物均属于低碳有机醛、糖、醇、有机酸等, 还含有硫酸以及多种难生物降解的有机物。其中COD 平均浓度达20000 mg/ l 以上, pH 值为2. 5~ 3. 0。本研究采用了比湿式氧化学、吸附法以及萃取法等其它方法更为经济可行的生化学[ 1, 2] , 并辅以必要的物理、化学前置预处理措施, 以降低废水的毒性, 进一步提高废水的可生化性, 降低废水中的有机物的含量, 使处理后的出水量终达标排放。 1 废水的来源及水质参数 本研究中试阶段在济南某公司污水处理站现场，原水取自企业生产所排放的废水，其污染物的水质情况见表1。 2 工艺路线的选择及流程的确定 2．1 主体工艺路线及流程 生产废水本身含有机质较多，浓度较高，CODcr最高为23520mg/l，而且酸度大、毒性高，不能直接进行生化处理。因此，中试试验采用物化与生化相结合的工艺，即电腐蚀-中和反应-内电解-混凝沉淀-厌氧-好氧工艺(见图1)。 本工艺的选择主要是基于以下几点来考虑的： (1)电腐蚀池是利用电化学腐蚀原理，酸性废水中的H+与铁屑反应，使废水的pH 值升高，提高废渣的沉降性能，同时废水中的COD也可降低。而且Fe(OH)2，也是良好的絮凝剂，在后续单元可节省大量的药剂，降低处理成本。
微生物在污水生物处理中的作用 一、污水生物处理的特征 （一）、污水与污水生物处理 污水中的污染物质成分极其复杂。一般生活污水的主要成分是代废物和食物残渣。工业废水可能含有较多的金属、酚类、甲醛等化学物质。此外污水中还含有大量非病原微生物和少量病原菌及病毒。污水的生物处理就是以污水中的混合微生物群体作为工作主体，对污水中的各种有机污染物进行吸收、转化，同时通过扩散、吸附、凝聚、氧化分解、沉淀等作用，以去除水中的污染物。因此，污水生物处理实际上是水体自净的强化，不同的是，在去除了污水中的污染物后，必须将微生物从出水中分离出来，这种分离主要是通过微生物本身的絮凝和原生动物、轮虫等的吞食作用完成的。 （二）、生化需氧量及生物处理的应用 在污水处理中，通常是以有机物在氧化过程中所消耗的氧量这一综合性指标来表示有机污染物的浓度，如生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）。生化需氧量是指在特定的温度和时间（通常这5 d、20℃下，微生物分解污水中有机物所消耗的氧量，称为BOD5。BOD5约占生化需氧总量的2/3，故采用BOD5来表示污水中可降解有机物的浓度是比较合适的。但污水中有机物并不是都能较快降解的，在工业废水中，可以结合COD等指标表示有机污染物的浓度。 只有BOD高的废水才适宜采用生物处理，COD很高但BOD不高的废水不宜采用生
物处理。对于有毒的废水，只要毒物能降解，就可用生物法处理，关键是控制毒物浓度和驯化微生物。 （三）、污水生物处理的效果 污水经过生物处理后，其中的杂质和污染物质能以某种形式（如生物絮凝作用）被分离除去，或被转为无害的物质。例如，城市生活污水经生物处理后，活性污泥法的BOD和SS（悬浮性固体）去除率都在90%左右；生物滤池法BOD去除率在80%、SS 去除率在90%左右。 生物处理还能减少城市污水中的病原微生物和病毒，但浓度仍然较高，因此，出水和剩余污泥都要消毒。 二、污水生物处理法 根据微生物对O2的需求不同，污水生物处理可分为好氧处理和厌氧处理两大类。根据构筑物的不同类型以可分为多种法（表10-1）。 （一）、好氧生物处理 好氧生物处理是在水中有溶解氧存在的条件下，借好氧和兼性厌氧微生物（其中主要是好氧菌）的作用来进行的。在处理过程中，绝大多数的有机物都能被相应的微生物氧化分解。整个好氧分解过程可分为两个阶段。第一阶段，主要是有机物被转化为CO2、H2O、NH3等；第二阶段，主要是NH3转化为NO2和NO3。 用好氧法处理污水，基本上没有臭气，处理所需的时间比较短，如果条件适宜，一般可去除BOD580～90%以上。 根据处理构筑物的不同，好氧生物处理的法可分为活性污泥法、生物膜法、氧化塘
1、流离生物床(FSBB) “流离”是近年出现的有机废水处理新技术，填料为表面经过特殊处理的碎石球的集合体（流离球）。污水在流动中存在着球体外流速快，球体内流速慢的场所，污水中漂浮物集中在流速慢的地方产生流离。经过无数次流离作用，使污水中的固形物和有机物胶体与水分离。 填料：由聚乙烯外壳和填料组成,直径100mm。其中厌氧流离球填料使用化学改性火山岩,池内填充比例40%,粒径15mm～25mm;曝气流离球填料使用化学涂层的碎石块,池内填充比例70%,粒径12mm～20mm。 驯化：(1)驯化阶段:采用逐渐提高合成污水浓度的方式对种污泥进行预驯化,氨氮与COD 最终达到垃圾渗滤液进水水质浓度;(2)实际垃圾渗滤液生化处理阶段:垃圾渗滤液分别经过厌氧流离生化池、曝气流离生化池生化处理之后进入中间水池。 驯化具体步骤如下:取垃圾渗滤液和自来水一齐注入均质池,CODcr控制范围为1000～1200mg/L,搅拌机混合搅拌约30min。水泵启动,加入接种污泥,控制MLSS范围7800～9620mg/L。注满厌氧池和曝气池,控制MLSS为3560～4560mg/L。厌氧池面的水由进水泵送入十字形布水器,形成内循环搅拌,至CODcr值低于2000mg/L时,关闭进水泵。静置2h后再次启动进水泵,向厌氧池中注入约1/3进水量以及适量的种泥,同样由进水泵进行内循环。直至填料和从池底排放出的污泥呈现致密的橙黑色,至此厌氧流离生化池启动成功。启动回转式鼓风机对曝气池进行闷曝,溶解氧浓度应控制在2～4mg/L间。检测CODcr低至500mg/L时,采用低负荷间歇法,通过进水泵向均质池中适当进水和接种污泥,日进水时间相对增长,直到填料上呈橙黄色膜,说明生物膜培养完成。此时,厌氧池和曝气池均停止接种污泥,按设计量20%的进水量持续向均质池输注垃圾渗滤液,检测CODcr低至500mg/L后,进水量提升至设计量的30%～40%,反复运作,直到达成设计处理量。再按同等比例增加进水浓度,直至到达垃圾
金属矿山废水废渣处理新技术院系:城建给排水工程学号：111824224 ：熊聪 摘要：随着经济建设的快速发展，我国金属矿山废水产生的环境问题日益严重，金属矿山废水的污染已成为制约矿业经济可持续发展的主要因素之一。概述了矿山酸性废水的形成及危害，重点介绍了几种常见的处理矿山酸性废水的处理技术如中和法、硫化物沉淀法、吸附法、离子交换法和人工湿地法，同时介绍了它们的原理、特点和存在的问题，在此基础上，对矿山酸性废水处理技术的研究，并介绍了几种金属矿山废水处理的新技术以及实例。 关键词：金属矿山废水废渣处理新技术 Abstract：With the rapid development of economic construction, the metal mine waste water environment problem is increasingly serious, metal mine waste water pollution has become one of the main factors restricting the sustainable development of mining economy. Formation and harm of the acidic mining waste water are summarized, mainly introduces several common treatment of acidic mining waste water treatment technologies such as neutralization, sulfide precipitation, adsorption, ion exchange method and the method of artificial wetland, and introduces the principle, characteristics and existing problems, and on this basis, the study of acidic mining waste water treatment technology, and introduces several kinds of metal mine wastewater treatment technology and examples. Keywords：Metal mine Waste water Conduct The new technology 一、金属矿山废水的形成及危害 1.1金属矿山废水的形成 在大部分金属矿物开采过程中会产生大量矿坑涌水。当矿石或围岩中含有的硫化物矿物与空气、水接触时，矿坑涌水就会被氧化成酸性矿坑废水。酸性矿坑水极易溶解矿石中的重金属，造成矿坑水中重金属浓度严重超标。同时在雨水的冲刷作用下废石堆和尾矿也产生大量含有高浓度重金属的酸性淋滤水。 1.2金属矿山废水的危害 金属矿山矿山酸性废水中含有大量的有害物质，一般不能直接循环利用，矿
酸性煤矿废水处理工艺 煤矿酸性废水是我国煤矿废水污染中对生态环境破坏最大的污染源之一，其对煤矿的排水设施、钢轨及其他机电设备均具有很强的腐蚀性，严重时危害矿工安全，影响井下采煤生产。若直接排放，将污染地表水和地下水资源及土地资源，危害农作物、水生生物和人类健康，还会使矿区地下水资源大面积疏干，造成地下水的浪费。综上所述，煤矿酸性废水因其量大、面广、污染严重、治理程度低而成为制约煤矿可持续发展的一大障碍。 煤矿酸性废水的形成过程非常复杂，是煤层中夹杂的硫铁矿经过一系列氧化、水解等反应后生成的，是一系列物理、化学和生物过程相互作用的结果。其形成机制为：①在氧和水存在的条件下，煤层或岩层中硫铁矿被氧化，生成硫酸和亚铁离子；②在酸性条件下，亚铁离子被进一步氧化为铁离子；③由于铁和锰离子的水解，增加了矿井水的酸度。 1 试验材料和方法 1．1 试验材料 仪器：ZR4—4混凝试验搅拌机，增氧泵（山本8000），电感耦合等离子光谱发生仪（ICP-OES PE2100DV）。 药品：多糖生物絮凝剂，工业用石灰，水样：贵州某酸性矿井废水，水体透明呈淡黄色，长时间暴露空气中后呈红褐色，其水质指标见表1。 1．2 试验方法 铁锰去除率的测定方法：向500mL烧杯中加入200mL待测水样，调节pH，向水样中滴加石灰乳直至水样不再出现绿色，同时曝气。加入多糖生物絮凝剂（15g
／L，下同），用ZR4—4混凝试验搅拌机以150r／min的转速搅拌30s后，静置1min，取水样的上清液，用电感耦合等离子光谱发生仪测定其中的铁和锰含量，其去除率（％）计算式分别见式（1）、式（2）。 铁去除率＝［（AFe－BFe）／AFe］×100％（1） AFe——原水水样中的铁含量，mg／L； BFe——处理后上清液中的铁含量，mg／L。 锰去除率＝［（AMn－BMn）／AMn］×100％（2） AMn——原水水样中的锰含量，mg／L； BMn——处理后上清液中的锰含量，mg／L。 2 试验结果与讨论 2．1 pH 对铁、锰去除率的影响 取200mL原水，向水样中滴加石灰乳直至水样不再出现绿色，继续添加石灰乳，分别调节pH 为6、7、8、9、10、11、12，水气比1∶15，曝气10min后，加入0．4mL 15g／L多糖生物絮凝剂，以150r／min的转速搅拌30s，静置沉淀1min 后取上清液测定金属含量，并计算出铁、锰的去除率，相关试验结果见图1。 由图1可知，pH 对铁、锰去除率有较大影响，随着pH 的升高，铁、锰去除率逐渐增大，这是由于pH 的增高促进了氢氧化铁、氢氧化锰沉淀的生成及絮凝剂分子链上－OH 和－COO－的水解，使分子链伸展，并通过改变絮凝剂分子和胶体颗粒的表面电荷，从而有效的对氢氧化铁、氢氧化锰颗粒进行吸附架桥。当pH 达到8时，铁的去除率达到最大，为99．99％，此时锰的去除率为87．65％。可
收稿日期:2001-12-16 作者简介:张成志,(1964-),男,济南市人,大学本科,济南市环境工程设计院高级工程师。 高浓度酸性废水处理技术 张成志,任 伟,邵东煜 (济南市环境工程设计院,山东济南 250001) 摘要: 采用电腐蚀- 中和反应-内电解-混凝沉淀-厌氧-好氧组合工艺,对某企业排放的高浓度酸 性生产废水进行了中试研究。研究结果表明,废水经本工艺处理后,COD 、BOD 的总去除率达到99%以上,出水 p H7～8,符合国家《污水综合排放标准》 (8978-1996)中二级排放标准的要求。关键词: 内电解;混凝沉淀;厌氧;好氧 中图分类号:TQ085 文献标识码:A 文章编号:1004- 4280(2002)02-47-05 济南某公司在利用米糠、棉壳、玉米心等农副产品与稀硫酸共热,多糖发生水解、重排、脱水等反应生产某产品时,排放出的污水成分复杂,呈较强的酸性、有机污染负荷高、水温及色度较高。废水中的污染物均属于低碳有机醛、糖、醇、有机酸等,还含有硫酸以及多种难生物降解的有机物。其中COD 平均浓度达20000mg/l 以上,p H 值为2.5～3.0。本研究采用了比湿式氧化学、吸附法以及萃取法等其它方法更为经济可行的生化学[1,2],并辅以必要的物理、化学前置预处理措施,以降低废水的毒性,进一步提高废水的可生化性,降低废水中的有机物的含量,使处理后的出水量终达标排放。 1 废水的来源及水质参数 本研究中试阶段在济南某公司污水处理站现场,原水取自企业生产所排放的废水,其污染 物的水质情况见表1。 表1 废水水质监测数据 项目 生产车间水质数据 最小最大平均 p H 1.80 2.81CODcr (mg/l )188902352021205BODs (mg/l )783294088620SS (mg/l ) 45 105 75 注:车间排水水温约100℃。 2 工艺路线的选择及流程的确定 211 主体工艺路线及流程 生产废水本身含有机质较多,浓度较高,COD cr 最高为23520mg/l ,而且酸度大、毒性高, 不能直接进行生化处理。因此,中试试验采用物化与生化相结合的工艺,即电腐蚀—中和反应—内电解—混凝沉淀—厌氧—好氧工艺(见图1)。 第16卷第2期2002年6月山 东 轻 工 业 学 院 学 报 JOURNAL OF SHANDON G INSTITU TE OF L IGHT INDUSTRY Vol.16No.2 J un.2002
利用微生物技术处理废水 摘要随着工业的发展,污水成分已愈来愈复杂。某些难降解的有机物质和有毒物质,需要运用微生物的方法进行处理,污水具备微生物生长和繁殖的条件,因而微生物能从污水中获取养分,同时降解和利用有害物质,从而使污水得到净化。废水生物处理是利用微生物的生命活动,对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用,从而使废水得到净化的一种处理方法。废水生物处理技术以其消耗少、效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和无二次污染等显著优点而备受人们的青睐。 关键词污水生物处理好氧生物处理厌氧生物处理水质 1. 污水生物处理的特征 1.1 污水与污水生物处理 污水中的污染物质成分极其复杂，一般生活污水的主要成分是代谢废物和食物残渣，工业废水可能含有较多的金属、酚类、甲醛等化学物质。此外污水中还含有大量非病原微生物和少量病原菌及病毒。污水的生物处理就是以污水中的混合微生物群体作为工作主体，对污水中的各种有机污染物进行吸收、转化，同时通过扩散、吸附、凝聚、氧化分解、沉淀等作用，以去除水中的污染物。因此，污水生物处理实际上是水体自净的强化，不同的是，在去除了污水中的污染物后，必须将微生物从出水中分离出来，这种分离主要是通过微生物本身的絮凝和原生动物、轮虫等的吞食作用完成的。 1.2 生化需氧量及生物处理的应用 在污水处理中，通常是以有机物在氧化过程中所消耗的氧量这一综合性指标来表示有机污染物的浓度，如生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）。生化需氧量是指在特定的温度和时间（通常这5 d、20℃下，微生物分解污水中有机物所消耗的氧量，称为BOD5。BOD5约占生化需氧总量的2/3，故采用BOD5来表示污水中可降解有机物的浓度是比较合适的。但污水中有机物并不是都能较快降解的，在工业废水中，可以结合COD等指标表示有机污染物的浓度。 只有BOD高的废水才适宜采用生物处理，COD很高但BOD不高的废水不宜采用生物处理。对于有毒的废水，只要毒物能降解，就可用生物法处理，关键是控制毒物浓度和驯化
矿山酸性废水的环境危害性 所谓酸性废水就是含较低浓度的硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、有机酸等酸性物质的废水。酸性废水排放尤其是矿山业酸性废水的排放是环境污染的严重问题之一，具有污染面广、污染持续时间长、危害程度严重等特点。如何有效处理酸性废水，是水污染面临的重要问题。 随着我国矿山建设的迅速发展，矿山环境的污染和破坏越来越严重，而其中矿山废水是矿山环境的主要污染源之一。据统计，我国矿山每年因采矿、选矿而排放的废水量达12～15亿t，占有色金属工业废水总量的30％左右,其中有很大部分是未经处理直接排放的，不仅造成严重的环境污染，而且是一种巨大的水资源浪费。因此，寻求经济实用的矿山废水治理方法，对保护矿山环境和节约水资源有重要意义。 矿山酸性废水的危害 (1)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(如污水坝等)的安全与稳定。 (2)含重金属离子的矿山废水排入农田，对大多数植物都具有毒负作用，导致大部分植物枯萎，死亡，严重影响农作物的产量和质量。少部分植物吸收重金属后，通过食物链危害人类健康。 矿山废水直接排入河流、湖泊或渗入地下，导致水质恶化，对鱼类、藻类和人类构成极大威胁。 清污分流，从源头减少酸性水 针对矿区地处多雨区，雨季降雨量大而且集中，以及雨水流经废石即转变为酸性水的特点，采用清污分流措施，将清水河污水分离，清水直接排入河流，避免受污染，污水则进入酸性水库进行处理。以废治废，变废为宝’的方针，走资源开发与生态环境可持续发展之路，按照循环经济理论，回收矿石与酸性水中的铜矿资源。所谓回收，就是在排土(废石)场上建立堆浸厂，将含铜品位0.05％～0.25％的剥离废石集中堆存在一起，形成喷淋场，再利用细菌浸出——萃取——电积新工艺，每年可以从废石中回收电解铜1300多吨，从而减轻了工业废水的处理压力。 创新手段治水，解决多项难题 2004年，德兴铜矿利用电石渣替代石灰处理酸性废水的试验取得成功，从而降低了废水的处理成本，克服了废水处理与选矿生产争石灰的矛盾，确保了酸性水处理的连续稳定运行。 从2007年开始，德兴铜矿利用尾矿库处理酸性水。采矿过程中产生的酸性废水传送到尾矿库，与选矿过程中产生的碱性尾矿混合，并在尾矿库沉淀。这样不但处理了酸性水，还可以把上清液回用于选矿生产。据了解，2011年，德兴铜矿选矿回水复用率达82％以上。
利用微生物电池技术处理废水 进入21世纪，由于微生物燃料电池高效、清洁、环保的独特优点，利用微生物电池技术处理废水的研究在全球掀起热潮。通过微生物燃料电池技术的特点和原理的介绍，综述了微生物燃料电池废水处理技术的优势，分析了存在的问题，并在此基础上指出微生物燃料电池废水处理技术研究的重点突破方向。 标签：微生物燃料电池；废水处理；产电 废水处理是高能耗行业。据统计，仅我国每年用于废水处理的耗电量就占全国总发电量的1%[1]，而美国等发达国家更高达3%[2]。随着能源短缺的日益加剧，节能降耗已成为废水处理行业急待解决的现实问题。至今为止，废水的处理技术主要采用好氧生物处理和厌氧生物处理两种方法。但是，这两种方法都有其缺点。好氧生物处理消耗能量大且运行费用高，而厌氧工艺的产出物甲烷无法实现能源的回收，会加剧着地球温室效应。近年来，由于生物技术的不断发展，污水的生物处理成为污水处理领域的主要技术，得到了研究者的广泛重视。进入21世纪，由于微生物燃料电池高效、清洁、环保的独特优点，利用微生物电池技术处理废水的研究在全球掀起热潮[3]。 1 微生物燃料电池特点 微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells，简称MFC）是一种以微生物为催化剂产生电能的新方法，可以利用细菌通过生物质产生生物电能。它是一种将化学能在微生物的作用下直接转化为电能的装置[4]。其问世于20世纪初，但在此后很长的一段时期内，其研究陷入停滞。20世纪末，由于能源危机的巨大压力以及化石能源的环境污染，MFC研究再度受到人们关注。二十世纪八十年代以后，电子中介体的使用，使得微生物燃料电池的电流密度和功率密度有较大提高，但因为其性能不稳定性且成本较高，使其不能广泛应用。近年来，高活性微生物及无氧化还原介体方式的发现，极大促进了微生物燃料电池的发展[5]。 MFC在理论上具有很高的能量转化效率，其具有以下优势：（1）燃料来源多样化：可以利用一般燃料电池不能利用的有机物，无机物、微生物呼吸的代谢产物、发酵的产物，以及污水等作为燃料。（2）电池的操作条件较温和：由于使用微生物作为催化剂，电池常温常压下即可运行，这与现有的发电过程不同，使得电池维护成本低、安全性强。（3）生物相容性好：利用人体血液中的葡萄糖和氧气作燃料，可为植入人体的一些人造器官提供电能。（4）无需能量输入：微生物本身就可以进行能量转化，把燃料能源转化为电能，为人类提供能源。（5）由于微生物燃料电池的唯一产物是水，所以该技术无污染，可实现零排放。（6）能量利用率高，能量转化过程无燃烧步骤，可直接将化学能转化为电能，能量利用效率较高[6]。 2 微生物燃料电池工作原理
矿山酸性废水主要是由还原性的硫化矿物在开采、运输、选矿及废石排放和尾矿贮存等过程中经空气、降水和菌的氧化作用形成的。矿山酸性废水水量较大、pH值较低、含高浓度的硫酸盐和可溶性的重金属离子。 矿山酸性废水的处理方法主要分为中和法和微生物法2种。中和法是最常用的方法，即向酸性废水中投加碱性中和剂（碱石灰、消石灰、碳酸钙、高炉渣、白云石等），一方面使废水的pH值提高，另一方面废水中的重金属离子与中和剂发生化学反应形成氢氧化物沉淀、去除水体中的重金属离子。为了提高处理效果，中和法通常与氧化或曝气过程（如将Fe2+转变为Fe3+）相结合使用。王洪忠等人利用中和法对排入孝妇河的矿山酸性废水进行处理，出水pH值达到7.5，硫酸根和总铁含量为微量。陈喜红对江西万年银金矿矿山废水采用中和法处理，出水水质指标优于农灌用水标准。银山铜锌矿采用两段石灰中和法处理矿山酸性废水得到含锌量达40%的锌渣。栅原矿山和平水铜矿分别采用分段中和沉淀法处理酸性废水，有效地回收了有价金属。微生物法是利用自然界中的硫循环原理，利用硫酸盐还原菌通过异化硫酸盐的生物还原反应，将硫酸盐还原成H2S，并利用某些微生物将H2S氧化为单质硫，同时重金属离子在微生物体内“积累”起来。国外应用微生物法处理矿山酸性废水的实例较多，如美国蒙大拿州对某矿山酸性废水建立（硫化还原菌）处理系统，出水pH值达到7，Fe，Al，Cd和Cu的去除率也较高。随着科学的进步，矿山酸性废水的处理技术不断得到新的发展，如湿地处理法、生物膜吸附处理法和生化材料过滤法等。 对于含硫酸根的酸性废水，国内多采用以石灰乳为中和剂的一段中和法，但是如果酸性废水的pH值较低，采用石灰乳为中和剂的一段中和法，一方面治理每吨废水需要的石灰量较大、处理成本较高;另一方面将产生大量的废渣，给环境带来潜在的二次污染风险。因此，国内许多学者试图探索新的处理方法，以达到在环境保护目标的基础上，减少处理成本、节约处理费用。 尾矿库在使用过程中，尾矿坝会渗出一定数量的水，这些水中会含有一定数量的有害物质。这些水一方面可通过坝下的截渗回收设施扬送回尾矿库供回水利用；另一方面向下游排放，应建立尾矿水处理系统，使之达到排放标准后排放。国内在尾矿库管理中关于尾矿水净化处理的工程设计和实践尚少，适合尾矿水特点的净化方法很少，一般可采用自然净化和物理化学及化学净化方法，当尾矿水中有害物质的含量经自然净化后仍不能达到排放标准及卫生标准时，则需采用物理化学及化学方法进行净化，氧的侵蚀作用，使尾矿中硫化物发生氧化作用，并产生含有有毒金属的酸性矿坑外排水。用水或土壤覆盖尾矿堆能显著减少氧气对尾矿堆的侵蚀，从而减轻尾矿的氧化速率。 原生酸度能在尾矿中被中和，Cu和Pb以次生硫化矿物形式被保留在尾矿中。对硅铝酸盐矿物的吸附，将进一步强化对这些金属的保留。As和Fe2+是不会保留在尾矿中的，它们将会随同流出的水而离开尾矿。Fe2+携带与原生酸度相同数量的次生酸度，若与含有碱性的水流相混，次生酸度最终将被中和。水流中Fe3+以Fe（OH）3形式被沉淀。若水覆盖，尾矿中原生酸度不会被中和。Cu和Pb也不会被保留在尾矿中，可能会向上扩散而进入覆盖尾矿的水中。随坝内水的充分翻动，次生和原生酸度均能被中和。生成的三价铁的氢氧化物能被沉淀，并载带Cu和Pb。As和Zn将基本上不会保留于尾矿堆中，As与Fe（OH）3可能发生共沉淀。
八、微生物 8.1、微生物指示 活性污泥主要由四部分组成： ①具有代谢功能的活性微生物群体； ②微生物内源呼吸自身氧化的残留物； ③被污泥絮体吸附的难降解有机物； ④被污泥絮体吸附的无机物。 具有代谢功能的活性微生物群体包括细菌、真菌、原生动物、后生动物等，而其中细菌承担了降解污染物的主要作用。 活性污泥中的细菌以异养型的原核细菌为主，对正常成熟的活性污泥，每毫升活性污泥中的细菌数大致在10^7～10^9个。细菌是以溶解性物质为食物的单细胞微生物。在活性污泥中形成优势的细菌与污水中的污染物性质和活性污泥法运行操作条件有关。活性污泥中常见的优势苗种有；产碱杆菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属、动胶杆菌属、假单胞菌属、丛毛单胞菌属、大肠埃氏杆菌屑等。活性污泥中一些细菌，如枝状动胶杆菌、腊状芽孢杆菌、黄杆菌、放线形诺卡亚氏菌、假单胞苗等细菌具有分泌黏着性的物质能力，这些黏着性的物质提供了使细菌互相黏结、形成菌胶团的条件。菌胶团对污水中微小颗粒和可溶性有机物有一定的吸附和黏结作用，促进形成活性污泥絮体。 真菌是多细胞的异养型微生物，属于专性好氧微生物，以分裂、芽殖及形成孢子等方式生存。真菌对氮的需求仅为细菌的一半。活性污泥法中常见的真菌是微小的腐生或寄生的丝状菌，它们具有分解碳水化合物、脂肪、蛋白质及其他含氮化合物的功能。如果大量出现，会产生污泥膨胀现象，严重影响活性污泥系统的正常工作。真菌在活性污泥法中出现往往与水质有关。 肉足类、鞭毛类、纤毛类是活性污泥中常见的三类原生动物。原生动物为单细胞生物，以二分裂法繁殖，大多为好氧化能异养型菌，它们的主要食物对象是细菌。因此，处理水的水质和活性污泥中细菌的变化直接影响原生动物的种类和数量的变化。在活性污泥法的运行初期，以肉足虫类、鞭毛虫类为主，然后是自由游泳的纤毛虫类，当活性污泥成熟，处理效果良好时，匍匐型或附着型的纤毛虫类占优势。原生动物个体较大，通过显微镜能够观察到，可作为指示生物，在活性污泥法的应用中，常通过观察原生动物的种类和数量，间接地判断污水处理的效果。因此，活性污泥原生动物生物相的观察，是活性污泥质量评价的重要手段之一。此外，原生动物捕食细菌的作用也确保活性污泥系 第145页
微生物方法处理酸性矿山废水 摘要: 介绍酸性矿山废水的形成及特点，分析了微生物在酸性矿山废水形成中的作用，介绍了SBR性质及其在治理酸性矿山废水中的应用，目前存在的问题。 关键词: 酸性矿山废水；微生物；SBR 引言随着全球工业化的迅速发展, 矿产资源的开发进一步加剧, 由此而产生的酸性矿山废水( AMD) 已经成为许多国家水体污染的主要来源之一。酸性矿山废水是指硫化矿系( 如煤矿、多金属硫化矿) 在开采、运输、选矿及废石排放和尾矿储存等生产过程中经氧化、分解, 并与水化合形成硫酸而产生的酸性水[ 1] 。酸性矿山废水中硫酸盐的质量浓度较高, 废水呈现较强的酸性, pH 值一般在4.5~6.5 之间, 有的低至2.0[ 2] 左右; 含有大量的铜、铁、锌、铝、锰、镍、铅、铬、砷等重金属, 特殊的铀矿的开采可能会含有放射性元素铀等, 有机物浓度低。酸性矿山废水若不经处理任意排放就会造成大面积的酸污染和重金属污染, 它能够腐蚀管道、水泵、钢轨等矿井设备和混凝土结构, 还危害人体健康。另外, 酸性水会污染水源, 危害鱼类和其他水生生物; 用酸性水灌溉农田, 会使土壤板结, 农作物发黄, 并且随着酸度提高, 废水中某些重金属离子由不溶性化合物转 变为可溶性离子状态, 毒性增大。 目前, 对于酸性矿山废水的处理主要有这几种方法: 中和法、人工湿地法、硫化物沉淀法和微生物法。中和法就是向AMD 中投加石灰石或石灰来中和废水中的氢离子, 该法的缺点是成本较高, 反应生成的硫酸钙残渣较多, 容易造成二次污染; 人工湿地法主要是利用湿地系统中的植物、土壤等对酸性废水中的金属离子进行吸附、过滤, 该法操作简单, 易于管理, 但是由于占地面积大, 处理程度易受环境影响, 而且处理后残余的H2S 会进入大气, 从而造成大气污染等缺点使它的应用受到限制; 硫化物沉淀法是利用金属硫化物的溶解度往往比氢氧化物的溶解度更低的原理, 向废水中投加硫化物, 对废水中的金属离子进行选择性的沉淀。但是该法中的pH 值不好控制, 成本也较高, 而且如果这些硫化物的沉积污泥不在水下封存或排除氧化条件, 其可能再氧化生成硫酸, 重新造成环境问题; 微生物法就是利用硫酸盐还原菌( SRB) 在厌氧条件下将AMD 中的硫酸盐还原为硫化物, 生成的硫化物再与废水中的重金属发生反应生成难溶解的金属硫化物。由于微生物技术的处理效果较好, 成本也较低, 且无二次污染, 因而受到广泛关注。 一微生物的作用 在早期，人们知道在自然界的酸性矿水或污泥中普遍存在一群嗜酸性的无机化能自养菌。 生物吸附作用——细菌、霉菌、活性污泥、藻类及某些高等植物可通过吸附和离子交换等物理、化学机制将环境中的重金属吸收进体内，这称之为生物吸收(biosorption)现象。 生物转化作用——很多微生物在自然条件下通过氧化．还原作用、甲基化作用和脱烃作用等参与自然界中重金属的转化，将重金属转化为无毒或低毒的化合物形式。 生物络合作用——些微生物如动胶菌、蓝细菌、硫酸盐还原菌以及某些藻类，能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白、脂多糖等，具有大量的阴离子基团，能与金属离子结合。 生物沉淀作用——微生物在其生长过程中会释放出许多代谢产物，如硫化氢和有机物等，这些产物能与金属反应生成沉淀从而固定重金属。 微生物的以上这些作用在处理废水过程中起着至关重要。 二微生物法处理酸性矿山废水 微生物法处理酸性矿山废水就是利用硫酸盐还原菌( Sulfate Reducing Bacteria.SRB) 通过异化硫酸盐的生物还原反应, 将硫酸盐还原为H2S, 并利用某些微生物将H2S 氧化为单质硫，产生的硫化物与重金属结合为金属硫化物沉淀, 可以去除废水中的重金属离子。另外, 此种方法还能使某些废水脱毒, 例如亚硫酸盐可以被转化为毒性较轻的硫化物。 2.1 硫酸盐还原菌( SRB) SRB是在无氧状态下, 用乳酸或丙酮酸等有机物作为电子供体, 用硫酸盐作为末端电子接受体而繁殖的一群偏性厌氧嫌气性细菌。硫酸盐还原菌是一种进行硫酸盐还原代谢的厌氧菌类, 呈革兰氏阴性, 以有机物为电子供体, 硫酸盐为电子受体。根据不同的有机物利用性能,分为8 个属: 脱硫弧菌属(Desulfovibrio) 短螺状,脱硫肠状菌属(Desulfortomaculum) 孢子环状, 脱硫单胞菌属(Desulfomonas) 环状, 脱硫洋葱状菌属(Desulfobulbus) , 脱硫杆菌属(Desulfobacter) 短环状, 脱硫球菌属(Desulfococcus) 球状, 脱硫八叠球菌属(Desulfosarcina) , 脱硫螺旋体属(Desulfonema)丝状。其中前4 属利用乳酸盐、丙酮酸盐、乙醇等作为生长基质, 只氧化到乙酸盐的水平, 故又称为不完全氧化菌。后4 属专一性地氧化某些脂肪酸,特别是乙酸, 以及乳酸、琥珀酸、苯甲酸等, 最终彻底降解为CO2, 故又称为完全氧化菌。根据所利用底物的不同, SRB 可分为以下4 类: 4H2 + SO42- →HSRB S2- + 4H2O ①氧化氢的硫酸盐还原菌(HSRB) CH3COOH + SO42- →ASRB S2- + 2CO2 + 2H2O ②氧化乙酸(HAc) 的硫酸盐还原菌(ASRB) CH3CH2COOH + SO42- →FASRB 2 CH3COOH + S2- + 2 CO2 4CH3CH2COOH + 7 SO42- →FASRB 7S2- + 12 CO2 + 12 H2O ③氧化较高级脂肪酸的硫酸盐还原菌( FASRB) , 较高级脂肪酸这里是指含3个或3个以上碳原子的脂肪酸。 ④氧化芳香族化合物的硫酸盐还原菌( PSRB) 。 2.2 SRB 代谢机理 SRB 的一个重要生理特征是生长力强, SRB 不仅具有广泛的基质谱, 生长速度快, 还具有某些特殊的生理性质, 如含有不受氧毒害的酶
Serial No .486Oct ober .2009 现 代 矿 业 MORDE N M I N I NG 总第486期 2009年10月第10期 崔振红,341000江西省赣州市。 矿山酸性废水治理的研究现状及发展趋势 崔振红 (江西理工大学资源与环境工程学院) 摘 要:介绍了矿山因酸性废水处理不当,造成的严重的环境污染状况。对矿山酸性废水的成 因、特点、危害、应用及处理方法进行了综述。 关键词:矿山废水;成因;处理中图分类号:X751 文献标识码:A 文章编号:167426082(2009)1020026203 Ac i d M i n e W a stewa ter Trea t m en t Research and D evelop m en t Trend Cui Zhenhong (School of Res ources and Envir on mental Engineering,J iangxi University of Science and Technol ogy )Abstract:Acid m ine waste water resulted in seri ous envir onmental polluti on due t o i m p r oper han 2dling .The causes,characteristics,hazards,app licati on and p r ocessing methods of acid m ine waste water are revie wed . Keywords:M ine waste water;Cause;Pr ocessing 矿产资源是人类社会发展的物质基础。在矿产开发利用过程中不可避免地要破坏和改变自然环 境,产生各种污染物质,污染大气、水体及土壤,给生态环境和人体健康带来诸多不利影响。事实证明,一些国家或地区的环境污染状况,在某种程度上总是与其矿产资源消耗水平相一致,矿山废水是矿山环境的主要污染源之一,其中又以酸性废水的危害最为严重。酸性废水的排入导致水质酸化,同时含有重金属离子的酸性废水会毒化土壤,导致植被枯萎、死亡。因此,消除矿山酸性废水的危害已成为矿山开采时必须要考虑的问题。1 矿山酸性废水的形成、特点及危害1.1 矿山酸性废水的形成 金属矿山废水主要来自采矿生产中排出的矿坑水、废石场的雨淋污水和选矿厂排出的洗矿、尾矿废水。由于金属矿体往往伴生着多种金属的硫化矿物,在开采过程中,这些矿物在空气、水和细菌的共同作用下,形成硫酸～硫酸高铁溶液。并溶出矿石中的多种金属离子,因而产生含铜、铁、铅、锌、镉、砷 等的酸性废水。矿山酸性废水形成机制如下[1] ,以FeS 2氧化过程为例。 (1)硫化物与氧起反应生成可溶性硫酸盐: 干燥环境下:FeS 2+3O 2=FeS O 4+S O 2 潮湿环境中:FeS 2+2H 2O +7O 2=2FeS O 4+ 2H 2S O 4 (2)硫酸亚铁在硫酸和氧的作用下生成硫酸铁,在此过程中细菌是触媒剂,它大大加速这个过程: 4FeS O 4+2H 2S O 4+O 2=2Fe 2(S O 4)3+2H 2O (3)硫酸铁可与硫化铁反应,进一步促进氧化,并加速酸的形成: 7Fe 2(S O 4)3+FeS 2+8H 2O =15FeS O 4+8H 2S O 4 总反应方程式为:FeS 2+1.875O 2+6.5Fe +4.25H 2O =7.5Fe 2+ + 2S O 2-4 +8.5H + 因此,一般在下列条件下容易形成酸性水:矿岩 中含有黄铁矿;矿岩中没有足够数量消耗或中和酸的碳酸盐或其他碱性物质;黄铁矿被随意排弃在非专用的水池中。1.2 矿山酸性废水的特点矿山酸性废水一般pH 值在2～4,重金属离子的含量为每升几毫克至几百毫克,也有高达数千毫克的情况,有的还含有一定数量的铜、锌、锰、砷和二 氧化硅等[2] 。并且,矿山废水水量大,据统计,每开 采1t 矿石,废水的排放量约为1m 3 ,不少矿山每天排放数千至数万立方米的废水。由于矿山废水主要 6 2