微生物方法处理酸性矿山废水

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。

酸性矿山废水处理研究综述发布时间：2021-06-07T16:32:49.917Z 来源：《基层建设》2021年第4期作者：张思哲张颖王俊杰张锦峰刘建辉[导读] 摘要：分析了安徽省沿江矿区的酸性矿山废水情况。

滁州学院土木与建筑工程学院滁州 2390001摘要：分析了安徽省沿江矿区的酸性矿山废水情况。

对中和、人工湿地和微生物三种处理方法进行分析整合，并详细描述微生物处理方法中固定化SRB处理技术在酸性矿山废水中的优势。

关键词：酸性矿山废水；中和法；人工湿地法；微生物法；固定化SRB前言安徽省沿江矿区矿产资源十分丰富，区内分布有各种金属矿山和硫铁矿数百个，随着人类对矿产资源需求量的增加，矿物的开采量日渐增大。

同时，在矿物开采过程产生的酸性工业废水也不断增多。

酸性矿山废水（AMD）是目前较难处理的工业废水，不仅成分复杂，含有较高浓度的硫酸根和大量超标污染物铬、锰、镉等重金属离子，而且排放量巨大。

如果将未经处理的酸性矿山废水直接排入到自然水体中，一方面会降低水体的酸性，另一方面一些重金属离子也因无法被微生物分解而过多的残留在自然环境中，对水生动植物和周边居民造成了极大的影响与危害。

因此，对于安徽省沿江地区废水的治理修复迫在眉睫。

1 沿江矿区矿山废水情况安徽省沿江矿区地处长江中下游成矿带中段,矿区在开采过程中产生了大量的矿山废水，其主要的污染成分为酸污染、重金属污染、可溶性盐类等。

据调查统计，截止至2016年底矿山废水年产出量6237.86万t,利用率约67%,废水年排放量2056.73万t,排放去向主要为矿山周边沟渠、河流及农田【1】。

由此可见，排放量巨大的矿山废水无法被回收利用，排入到自然水体中不仅会使国家的环境治理工作加重，还会给人类以及动植物造成了极大的伤害。

除此之外，在众多类型的矿山废水中，酸性矿山废水成为了矿区最大的污染源。

酸性矿山废水【2】是由于矿区中的硫化物在地表环境下迅速氧化,导致含重金属离子浓度很高的酸性废水渗出。

矿山酸性含铜废水的生物处理技术研究矿山酸性含铜废水的生物处理技术研究酸性矿山废水(AMD)污染是一个世界性问题,AMD的主要特点为:低pH 值、含高浓度的硫酸盐和可溶性的重金属离子。

酸性矿山废水排放将会对环境造成极大的危害。

目前,酸性矿山废水处理方法主要包括中和法、人工湿地法、微生物法。

但中和法、人工湿地法方法存在二次污染严重,处理不彻底,成本高等不足等问题。

微生物法是一种新兴的处理技术,近年来,利用硫酸盐还原菌(SRB)处理酸性矿山废水成为研究热点之一。

基于此,本论文对硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水技术进行了研究。

论文针对硫酸盐还原菌进行培养条件优化试验,试验表明:碳源为乳酸钠、pH=7、T=30℃、COD/SO_4~(2-)=1.6的培养条件下生长较好。

并采用逐步提高Cu~(2+)浓度、降低PH方法驯化该菌种,获得耐Cu~(2+)浓度为90mg/L、pH=4.5的硫酸盐还原菌。

采用实验室间歇试验方法,在进水SO_4~~(2-)浓度2.3g/L、进水COD/SO_4~(2-)1.6,进水pH4.5,温度30℃的条件下,利用硫酸盐还原菌处理稀释后的矿山废水,反应稳定后SO_4~(2-)去除率达到77.39%以上,最高达到90.4%,铜离子去除率达99.8%以上。

实验结果表明硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水是可行性的。

论文采用上流厌氧反应器连续处理酸性矿山废水。

试验对工艺参数:水力停留时间、进水PH值、进水负荷对硫酸根还原效果的影响进行了研究。

获得最佳工艺参数为:水力停留时间为8天、COD/SO_4~(2-)1.6、进水SO_4~(2-)浓度2.3g/L和进水pH6。

在温度30℃、HRT=8d、COD/SO_4~(2-)=1.6、进水SO_4~(2-)浓度=2.3g/L和废水稀释倍数为3倍的相同条件下,选择两种不同的进水pH,分别为进水pH4.5和进水pH6.0。

二个上流厌氧反应器同时连续成功运行59天。

怎样利用微生物处理废水？废水生物处理法随着工业的发展，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。

定义利用微生物的代谢作用除去废水中有机污染物的一种方法，亦称废水生物化学处理法，简称废水生化法。

由于传统治理方法有成本高、操作复杂、对于大流量低浓度的有害污染难处理等缺点，经过多年的探索和研究，生物治理技术日益受到人们的重视。

随着耐重金属毒性微生物的研究进展，采用生物技术处理电镀重金属废水呈现蓬勃发展势头，根据生物去除重金属离子的机理不同可分为生物絮凝法、生物吸附法、生物化学法以及植物修复法。

特点1、用生物方法去除有机物最经济；2、90%废水处理工艺属于生物处理工艺；3、水中氨氮用生物处理方法去除最有效；4、绝大多数工业废水也是以生物处理方法为主分类生物化学法生物化学法指通过微生物处理含重金属废水，将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。

硫酸盐生物还原法是一种典型生物化学法。

该法是在厌氧条件下硫酸盐还原菌通过异化的硫酸盐还原作用，将硫酸盐还原成H2S，废水中的重金属离子可以和所产生的H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除，同时H2SO4的还原作用可将SO42-转化为S2-而使废水的pH值升高。

因许多重金属离子氢氧化物的离子积很小而沉淀。

有关研究表明，生物化学法处理含Cr6+浓度为30—40mg/L的废水去除率可达99.67%—99.97%。

有人还利用家畜粪便厌氧消化污泥进行矿山酸性废水重金属离子的处理，结果表明该方法能有效去除废水中的重金属。

浅谈酸性矿山废水危害及防治作者：王琪玮来源：《管理观察》2011年第11期摘要：对酸性矿山废水的来源、危害和预防治理技术进行了说明,对普遍采用的中和法、湿地法、微生物法进行了重点比较、分析，并推荐生物处理法作为矿山酸性废水首选治理方法。

关键词：酸性矿山废水微生物法微生物治理方法前言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。

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（多存在于有色金属矿山）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.酸性矿山废水定义及产生途径酸性矿山废水是含硫化物矿物的矿床在开采运输、选矿等生产过程中经氧化、水解等一系列物理化学反应，而产生pH一般为2～4的黄棕色酸性水。

酸性矿山废水的形成主要通过以下途径:⑴矿床开采过程中，大量的地下水渗流到采矿工作面，这些矿坑水排至地表后，成为酸性废水的主要来源;⑵矿石加工过程中，采用添加酸性药剂的选矿作业流程，所排放的废水成为酸性废水和有害物质的重要来源;⑶矿山生产过程中排放的大量含有硫化矿物的废石和尾矿，在露天堆放时不断与空气和水或水蒸气接触，生成金属离子和硫酸根离子，当遇雨水或堆置于河流、湖泊附近时，所形成的酸性矿山废水会迅速大面积扩散。

2.酸性矿山废水的危害硫化矿在自然界中分布广、数量多，它可以出现于几乎所有的地质矿体中，尤其是铜、铅、锌等有色金属矿床。

酸性矿山废水已成为全球性问题，危害不容小视。

2.1对人体的危害酸性矿山废水危害人类健康，长期接触酸性矿山废水可使手脚破裂，眼睛痛痒;同时它作为有机体的基质时涉及到生物腐蚀问题。

2.2对金属设备及混凝土的危害酸性矿山废水会成为潜在腐蚀的主导因素，它能够腐蚀管道、水泵、钢轨等矿井设备和混凝土结构。

第1卷第5期2000年10月环境污染治理技术与设备T echniques and Equipment for Environmental Pollution ControlV ol.1,N o.5O ct.,2000硫酸盐还原菌和酸性矿山废水的生物处理李亚新苏冰琴(山西省太原理工大学,太原030024)摘要本文论述了硫酸盐还原菌的代谢和所需要的碳源以及硫酸盐还原的影响因素和生物处理酸性矿山废水的研究进展。

关键词:硫酸盐还原菌酸性矿山废水硫酸盐还原生物处理硫酸盐一、引言酸性矿山废水的污染是一个全球性问题[1~2]。

自40年代以来,国外对酸性矿山废水的成因和防治进行了大量的研究。

从70年代开始,我国也积极采用各种方法对矿井酸性废水进行治理。

目前国内外采用的方法主要有使用石灰石或石灰作中和剂的中和法,也有采用湿地法进行处理。

虽然目前中和法处理酸性矿山废水在工程应用上有了很大改进,但是中和法产生的巨量固体废弃物硫酸钙难以处置,引起严重的二次污染。

湿地法处理酸性矿山废水是近年来研究的一项新技术,具有投资少,运行费用低,易于管理等优点;但是,湿地法占地面积大,处理受环境影响很大,而且对H2S的处理也不彻底,残余H2S 从土壤中逸出进入大气,污染环境。

而且湿地法还需要一定的自然条件。

因此,湿地法在应用上受到了限制。

微生物法处理酸性矿山废水就是利用硫酸盐还原菌(Sulfate-Re-ducing 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[3]。

由于利用硫酸性还原菌的微生物法处理酸性矿山废水费用低,适用性强,无二次污染,还可以回收重要的物质单质硫,因此受到环境工作者的广泛关注,成为酸性矿山废水处理技术研究的前沿课题。

二、硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌(SRB)是一组进行硫酸盐还原代谢反应的有关细菌的通称。

根据不同的生理生化特性,它们可以分为异化硫酸盐还原细菌和异化硫还原细菌(/异化0的意思是指还原的硫酸盐组分并未同化为细菌的细胞组分,而是作为产物释放)。

酸性矿山废水的微生物多样性及其在生物冶金中的应用目录1. 内容概括 (2)1.1 矿山废水及其污染现状 (2)1.2 研究的重要性与目的 (3)2. 酸性矿山废水概述 (4)2.1 酸矿山废水的成因与特征 (5)2.2 酸矿山废水的危害 (6)3. 微生物多样性研究方法与进展 (7)3.1 样本采集与预处理 (9)3.2 微生物多样性分析技术 (10)3.3 微生物多样性研究的现有进展 (11)4. 酸性矿山废水微生物多样性特点 (13)4.1 群落结构分析 (14)4.2 特征微生物分析 (16)4.3 环境适应性研究 (17)5. 生物冶金的概要 (18)5.1 生物冶金的基本原理 (19)5.2 生物冶金的应用案例 (20)5.3 生物冶金面临的主要挑战 (21)6. 微生物在生物冶金中的应用 (23)6.1 微生物在堆浸提取中的应用 (24)6.2 微生物在生物还原术中的应用 (26)6.3 微生物在生物修复中的应用 (27)7. 酸性矿山废水微生物在生物冶金中的应用案例分析 (28)7.1 案例选取与分析方法 (29)7.2 典型案例解析 (30)7.3 应用效果评估 (32)8. 未来研究方向与发展趋势讨论 (33)8.1 新技术与新材料的应用 (34)8.2 优化策略的研究方向 (35)8.3 应用效果的持续跟踪与提升 (36)1. 内容概括内容概括：本文主要探讨酸性矿山废水中的微生物多样性及其在生物冶金领域的应用潜力。

文章对酸性矿山废水的形成原因、危害及其处理方法进行了简要概述。

详细分析了AMD中微生物的组成、分类及其在废水处理中的作用机制。

重点阐述了微生物多样性在AMD处理中的重要性，包括提高处理效率、降低处理成本等方面。

本文还介绍了微生物多样性在生物冶金中的应用实例，如从AMD中提取有价金属、生物堆浸等，并对未来研究方向进行了展望。

通过综合分析，本文旨在为AMD处理和生物冶金领域提供理论依据和技术支持。

附着微生物黄铁矾酸性矿山废水处理工艺1 引言金属硫化物矿山是我国重要的金属矿山类型之一.在采、选、冶矿过程中，区域内地下水或地表水与矿石中金属硫化物接触，通过微生物对金属硫化物的氧化作用而逐渐转变为酸度强、Fe2+、Fe3+与SO2-4含量高，以及含一定量重金属离子(As、Ni、Cd、Cr等)的酸性矿山废水.酸性矿山废水的排放严重污染了矿区周边和下游水土环境，其所含的重金属等污染物亦会通过土壤-植物系统进入食物链，进而威胁人体健康.氧化亚铁硫杆菌(A. ferrooxidans)对Fe2+生物氧化与石灰中和相耦合是一种具有发展潜力的酸性矿山废水处理工艺.该工艺的Fe2+生物氧化阶段不仅可以克服酸性矿山废水中Fe2+难于自然氧化这一瓶颈，促进体系Fe离子在后续石灰中和过程中高效沉淀;而且Fe2+生物氧化阶段产生的次生铁矿物(黄铁矾等)能够对酸性矿山废水体系中重(类)金属离子产生吸附与共沉淀作用，进而降低酸性矿山废水处理后排水中的重(类)金属含量.鉴于此，提高体系Fe2+生物氧化速率及黄钾铁矾等次生铁矿物合成效率(或总Fe沉淀效率)是利用该工艺处理酸性矿山废水的关键所在.然而，不同季节温度条件下，酸性矿山废水处理工程运行中Fe2+生物氧化阶段速率相差较大，尤其是在冬季低温条件下，由于A. ferrooxidan 活性降低，体系Fe2+生物氧化缓慢.前人研究表明，体系Fe2+生物氧化和总Fe沉淀与A. ferrooxidans密度存在显著正相关关系，即体系A. ferrooxidans密度越大，Fe2+生物氧化速率越快，总Fe沉淀效率越高.另外，Wang等研究证实，Fe2+的生物合成黄铁矾体系中，合成的黄铁矾表面会吸附有一定量的A. ferrooxidans 菌体，且吸附于黄铁矾矿物表面的A. ferrooxidans菌体对溶液中Fe2+有较强的生物氧化能力.同时，王敏等证实，初期引入的黄铁矾亦可以作为“晶种”促进后续黄铁矾的生物合成，提高体系总Fe沉淀效率.若将酸性矿山废水处理过程中Fe2+生物氧化阶段吸附有A. ferrooxidans菌体的黄铁矾重新回流进入酸性矿山废水体系，对提高不同温度体系，尤其是低温体系中Fe2+生物氧化效率与总Fe沉淀效率具有一定的应用潜力.然而，目前尚有部分科学问题尚未阐明.例如，吸附有A. ferrooxidans菌体的黄铁矾在不同温度下对体系Fe2+生物氧化速率与总Fe沉淀效率促进效果如何?不同温度下所得到的黄铁矾晶体形貌是否存在差异?形貌的改变是否会进一步影响黄铁矾矿物的比表面积?此类相关问题的阐明可有效揭示黄铁矾等矿物回流对酸性矿山废水处理工程运行的实际意义，且利于指导不同季节温度条件下工程运行中矿物回流量等相关参数的选择.此外，不同体系所得黄铁矾晶体形貌及比表面积差异亦能为酸性矿山废水体系重(类)金属去除行为提供必要的理论及参数支持.鉴于此，本研究拟通过摇瓶实验，在pH 约2.50的K2SO4(8 mmol · L-1)-FeSO4(160 mmol · L-1)-H2O富铁酸性硫酸盐体系(模拟酸性矿山废水体系)中，在15 ℃和30 ℃两个温度水平下，探究附着A. ferrooxidans菌体的黄钾铁矾回流对体系Fe2+生物氧化与总Fe沉淀行为的影响，分析不同温度体系所得到的黄钾铁矾的形貌及其比表面积，以期为酸性矿山废水工程治理提供一定的参数支撑.2 材料与方法本研究所用化学药品与试剂级别均为分析纯级.试验所需溶液均为用去离子水配制的新鲜溶液.所用三角玻璃瓶经过10% HNO3浸泡后，用去离子水清洗数次，55 ℃烘干备用.2.1 氧化亚铁硫杆菌(A. ferrooxidans LX5)来源与培养基菌株来源：本研究所用到的氧化亚铁硫杆菌菌株(A. ferrooxidans LX5，CGMCC No.0727)由南京农业大学固体废物研究所提供，由中国普通微生物菌种保藏管理中心保藏.培养基：本试验A. ferrooxidans LX5驯化与培养所用到的培养基为改进型9K液体培养基(谢越等，2012;Liu et al., 2015).各无机盐浓度(g · L-1)为：FeSO4 · 7H2O 44.2，K2HPO4 0.058，(NH4)2SO4 3.5，Ca(NO3)2 · 4H2O 0.0168，KCl 0.119，MgSO4 · 7H2O 0.583，用9 mol · L-1H2SO4调节pH至约2.50，4 ℃保藏备用.2.2 氧化亚铁硫杆菌(A. ferrooxidans LX5)接种液与附着微生物黄铁矾的制备在250 mL锥形瓶中，将A. ferrooxidans LX5菌株接种于150 mL改进型9K液体培养基中，之后将体系置于30 ℃恒温振荡器(ZD-85A型)中在180 r · min-1条件下振荡培养，至微生物指数生长阶段后期(体系Fe2+完全氧化，周期约2~3 d)停止培养并过滤.将过滤后的A. ferrooxidans LX5菌液15 mL再次接种于135 mL改进型9K液体培养基中，重复上述培养过程，如此循环3批.最后1批培养完成(第2批、第3批体系Fe2+在36 h即可完全氧化)过滤后得到的滤液为本试验研究过程中所用的A. ferrooxidans LX5接种液，A. ferrooxidans LX5密度约为107 cells · mL-1，4 ℃保藏备用.将15 mL A. ferrooxidans LX5接种液接种于135 mL pH约2.50的K2SO4(8mmol · L-1)-FeSO4(160 mmol · L-1)-H2O体系，在30 ℃、180 r · min-1环境下培养至体系Fe2+完全氧化，后将培养液真空(P=-0.082 MPa)抽滤至无水滴出为止，得到的赭黄色沉淀即为本试验所用的30 ℃环境中获得的吸附有微生物的黄铁矾(记为“MJ30”)，经测定，抽滤后该黄铁矾水分含量为11.4%.相类似，将上述体系在15 ℃、180 r · min-1环境下培养，得到的赭黄色沉淀为本试验所用的15 ℃环境中收获的吸附有微生物的黄铁矾(记为“MJ15”)，经测定，抽滤后该黄铁矾水分含量为14.9%.2.3 附着微生物黄铁矾回流对不同温度酸性硫酸盐体系Fe2+氧化及总Fe沉淀的影响在系列250 mL三角瓶中分别加入4 mL A. ferrooxidans LX5接种液，然后按如下方式设置4个处理：①处理1：在上述体系加入富铁硫酸盐溶液146 mL，其中，K2SO4与FeSO4摩尔浓度分别为8 mmol · L-1与160 mmol · L-1，用6 mol · L-1 H2SO4与6 mol · L-1 NaOH调节体系pH至约2.50，体系A. ferrooxidans LX5密度约为3×105 cells · mL-1，在30 ℃、180 r · min-1条件下振荡培养(处理记为“CK30”);②处理2：在处理1的基础上补充1.5 g MJ30，与处理1同条件下培养(处理记为“CK30+10 g · L-1 MJ30”);③处理3：体系无机盐离子浓度与微生物接种量同处理1，15 ℃、180 r · min-1条件下培养(处理记为“CK15”);④处理4：在处理3的基础上补充1.5 g MJ15(处理记为“CK15+10 g · L-1 MJ15”)，与处理3同条件下培养.所有处理均设置3个重复.在培养过程中，每隔12 h定期监测各处理体系pH变化过程，且从体系均匀取样1 mL，过0.22 μm滤膜，测定溶液中Fe2+与总Fe浓度，进而推算体系Fe2+氧化效率与总Fe沉淀效率.各处理体系Fe2+氧化完全时，对其培养液进行真空抽滤，收获矿物.分析矿物矿相、形貌及比表面积等相关参数.2.4 测定方法溶液pH使用数显式酸度计(pHS-3C，上海)进行测定.邻菲罗啉比色法测定溶液中Fe2+、总Fe离子浓度.根据反应至t时刻与培养初期(0 h)溶液中Fe2+、总Fe离子浓度差异，计算体系t 时刻Fe2+氧化效率与总Fe沉淀效率.矿物矿相通过X射线衍射仪扫描矿物特征衍射峰，出峰位置和强度与粉末衍射标准联合委员会提供的JCPDS标准卡片相匹配，分析矿物矿相.利用热场发射扫描电子显微镜(SEM，JSM-7001F)观察矿物形貌.矿物的比表面积采用全自动比表面与空隙分析仪进行测定.2.5 统计方法使用Microsoft Excel 2003软件对本研究所得数据进行统计分析，计算各组数据平均值及其标准偏差.使用Origin 7.5软件对数据点进行制图，并以平均值与标准偏差(误差线)形式表示.3 结果与讨论3.1 附着微生物黄铁矾回流对不同温度酸性硫酸盐体系Fe2+氧化过程pH变化的影响酸性硫酸盐体系Fe2+氧化过程中pH变化能够间接表征体系Fe2+氧化(耗H+行为)及Fe3+水解成矿(次生铁矿物黄钾铁矾合成，产H+行为)发生过程.本研究中，附着微生物黄铁矾回流对酸性硫酸盐体系Fe2+生物氧化过程中pH变化的影响如图 1所示.图1 附着微生物黄铁矾回流对富铁酸性硫酸盐体系Fe2+生物氧化过程中pH变化的影响从图 1a可以看出，15 ℃对照处理(CK15)体系在0~48 h培养过程中，体系pH逐渐从初始时刻的2.50升高至2.81，之后缓慢降低至144 h时的2.40.附着微生物黄铁矾的回流可在一定程度上促进体系pH降低.具体表现为，CK15+10 g · L-1 MJ15处理体系在0~24 h培养过程中，pH从初始时刻的2.50增加至2.74，之后逐渐降低至反应终态的2.24.前已提及，体系Fe2+氧化及Fe3+水解成矿过程分别调控着pH升高与降低幅度.可见，与对照相比较，附着微生物黄铁矾的回流促进了体系Fe3+水解成矿的快速启动.与15 ℃培养环境相比较，30 ℃环境中由于各反应阶段Fe3+水解成矿作用要强于Fe2+氧化作用，各处理体系中pH未表现出升高的变化趋势，而是呈现出近似线性的pH降低过程(图 1b).30 ℃对照处理(CK30)体系pH与反应时间的变化关系为pH=2.54-0.0087t(R2=0.984).然而，当在30 ℃对照处理体系回流10 g · L-1附着微生物黄铁矾时，体系pH在60 h时降低至1.85，pH与时间的变化关系为pH=2.50-0.0111t(R2=0.998).比较两拟合直线斜率可知，在30 ℃培养环境中，10 g · L-1附着微生物黄铁矾回流可使得体系pH降低速率提高27.6%.同时从图 1a与图 1b亦可以获知，温度的升高可大幅度降低体系pH.就不同温度下对照体系而言，CK30对照体系在72 h时pH降低至1.89，而CK15对照体系在同一时刻pH却为2.77.这一研究结果与他人研究结果相一致，宋永伟等(2013)研究发现，在pH=2~3，Fe2+为160 mmol · L-1(与本研究相同)，温度为10 ℃的酸性富铁硫酸盐培养体系，Fe3+水解成矿导致pH降低的过程十分微弱，而当温度增加至28 ℃时，体系pH降低速率显著.然而，需要指出的是，本研究15 ℃培养环境体系pH下降速率要显著快于宋永伟等(2013)在10 ℃环境中培养A. ferrooxidans LX5得到的pH降低速率，虽然两者体系温度仅有5 ℃之差.3.2 附着微生物黄铁矾回流对不同温度酸性硫酸盐体系Fe2+氧化率的影响氧化亚铁硫杆菌A. ferrooxidans LX5是一种化能自养型微生物，其可以通过氧化Fe2+获得生命活动所需要的能量来维持生长.故该体系Fe2+氧化速率可以间接表征体系A. ferrooxidans LX5生长情况及其活性.本试验附着微生物黄铁矾回流对酸性硫酸盐体系Fe2+氧化率的影响见图 2.从图 2可以得出，15 ℃对照处理(CK15)体系在0~144 h培养过程中，体系Fe2+氧化率呈现近似指数模型的增长趋势.该体系微生物适应环境的停滞期较长(0~60 h)，在0~60 h培养过程中，Fe2+氧化率不足10%，在144 h时达到46.7%.若在该体系回流附着微生物黄铁矾，体系微生物停滞期明显缩短，Fe2+氧化速率被有效促进.具体表现在，CK15+10 g · L-1 MJ15处理体系在132 h时体系Fe2+氧化完全，且Fe2+氧化率随时间呈现近似线性的增加关系，拟合直线可表示为Fe2+氧化率E=0.7817t-2.64(R2=0.997).可见，附着微生物黄铁矾回流可快速启动低温环境中Fe2+的生物氧化进程.笔者认为，这与附着微生物黄铁矾回流可在一定程度上增加体系A. ferrooxidans LX5浓度有一定关系.王雅琴等(2010)研究表明，体系氧化亚铁硫杆菌接种量较低时，Fe2+氧化呈近似指数缓慢增长模式，而增加氧化亚铁硫杆菌接种密度，Fe2+氧化呈近似线性增加趋势，与本研究结果相一致.30 ℃培养环境中，CK30对照体系与CK30+10 g · L-1 MJ30处理体系Fe2+完全氧化之前，Fe2+氧化率均随时间呈现显著线性关系.通过比较两体系Fe2+氧化率随时间线性拟合的斜率(图 2b)，可以得出，30 ℃培养环境中10 g · L-1附着微生物黄铁矾回流能够使得体系Fe2+氧化速率提高20.0%.综上所述，温度升高可促进富铁酸性硫酸盐废水体系A. ferrooxidans LX5对Fe2+的生物氧化.例如，CK30对照体系培养过程中微生物适应环境所需停滞期几乎可以忽略，体系Fe2+氧化率在72 h即可达到100%，而在CK15对照体系，该时刻的体系Fe2+氧化率仅为9.7%.同时，附着微生物黄铁矾回流能促进不同温度体系Fe2+的生物氧化过程，尤其是冬季低温条件下进行酸性矿山废水处理，附着微生物黄铁矾回流显得尤为必要.图2 附着微生物黄铁矾回流对富铁酸性硫酸盐体系Fe2+生物氧化率的影响3.3 附着微生物黄铁矾回流对不同温度酸性硫酸盐体系Fe2+氧化过程中总Fe沉淀行为的影响富铁酸性硫酸盐环境中Fe2+氧化过程常伴随次生铁矿物的产生，其在合成过程中可吸附或共沉淀酸性矿山废水中重金属离子，Fe元素是构成次生铁矿物的关键元素.同时，该环节总Fe 大量沉淀，将会缓解后续石灰中和过程总Fe的去除负荷.因此，综合考虑重金属去除效果与后续体系Fe离子中和去除成本，总Fe沉淀率是该环节需要考虑的关键运行参数之一.本试验中附着微生物黄铁矾回流对酸性硫酸盐体系Fe2+氧化过程中总Fe沉淀率的影响如图 3所示.图3 附着微生物黄铁矾回流对富铁酸性硫酸盐体系Fe2+生物氧化过程中总Fe沉淀率的影响从图 3可以看出，CK15对照处理体系前60 h培养过程中无Fe离子沉淀现象发生，96 h后，体系总Fe沉淀现象明显，在培养过程结束时刻(144 h)，体系总Fe沉淀率达到12.2%.CK15+10 g · L-1 MJ15处理体系在0~24 h培养过程中几乎无Fe离子发生沉淀，在24~132 h 培养过程中，总Fe沉淀随培养时间呈近似指数增加趋势.在132 h(Fe2+完全氧化)，总Fe沉淀率达到24.1%.在132~144 h培养过程中，体系中总Fe沉淀率小幅增加至25.3%.换言之，在15 ℃酸性富铁硫酸盐体系接入A. ferrooxidans LX5培养144 h后，10 g · L-1附着微生物黄铁矾的回流可使得体系总Fe沉淀率提高97.5%.30 ℃培养环境中，CK30对照体系总Fe沉淀率在72 h(Fe2+完全氧化)时为34.3%，CK30+10 g · L-1 MJ30处理体系总Fe沉淀率在60 h(Fe2+完全氧化)时即可达37.3%.从图 2b与图 3b可以得出，在30 ℃培养环境中，Fe2+氧化率随时间的变化趋势近似线性，而总Fe沉淀率随时间符合指数模式的增长模型.笔者认为，总Fe沉淀率随时间的变化趋势与体系Fe2+氧化速率(及Fe3+供应速率)有一定相关关系.柏双友等证实，酸性硫酸盐体系中Fe2+在24 h内氧化完全时，总Fe沉淀率与培养时间符合对数(前期快速-后期缓慢)增长模型.刘奋武等的研究结果表明，酸性硫酸盐体系Fe2+氧化在48 h内完成时，体系总Fe沉淀率随时间近似为线性增长模型.本研究体系，在30 ℃培养环境中，Fe2+在60~72 h氧化完全，体系总Fe沉淀率却随培养时间近似为指数(前期缓慢-后期快速)增长模型.综上所述，酸性硫酸盐体系Fe2+氧化过程中，随着Fe2+氧化越快，总Fe沉淀率随培养时间易呈现对数增长;相反，Fe2+氧化越慢，总Fe沉淀率随培养时间易呈现指数增长.本研究15 ℃培养体系中，总Fe沉淀率变化亦为这一结论提供了较好的佐证.综上所述，相对于30 ℃高温条件，低温条件(15 ℃)下，Fe2+氧化速率缓慢，总Fe沉淀率明显降低.附着微生物黄铁矾的回流可以通过提高体系微生物数量，引入“晶种”等作用，来显著提高不同温度体系Fe2+氧化效率与总Fe沉淀效率.并且，在低温环境下这一促进效果尤为明显.3.4 附着微生物黄铁矾回流对不同温度酸性硫酸盐体系合成次生铁矿物矿相的影响X射线光谱分析(XRD)是区分晶型矿物与非晶型矿物，鉴别矿物最常用的手段之一.本研究中，不同处理体系所得次生铁矿物XRD衍射图谱如图 4所示.从图 4可以看出，各处理体系所得矿物的XRD衍射图谱几乎一致.通过Jade5.0软件的寻峰分析，并且将本研究矿物的XRD衍射图谱与JCPDS(2002)所提供黄钾铁矾(No.22-0827)卡片的标准衍射峰进行比对，可知本试验不同处理体系得到的次生铁矿物均为黄钾铁矾物质，且本研究所得矿物XRD衍射图谱与其它研究人员所得黄钾铁矾XRD衍射图谱相一致富铁酸性硫酸盐体系Fe2+生物氧化过程中，体系首先合成的次生铁矿物为无定型态的施氏矿物，之后施氏矿物转化为晶型结构明显的黄铁矾类物质.本研究不同处理体系所得矿物的XRD衍射图谱并未观察到明显的施氏矿物衍射峰.前人的研究结论为本试验结果提供了较好的佐证，例如，Bai等在28 ℃、Fe2+浓度为160 mmol · L-1条件下得出，在Fe2+浓度为160 mmol · L-1、Fe/K摩尔比为10的酸性硫酸盐体系中，15 ℃条件下合成的次生铁矿物仍然是单一的黄铁矾物质，而无施氏矿物产生.具体参见污水宝商城资料或更多相关技术文档。

第28卷第6期2020年12月Vol.28No.6Dec.，2020 Gold Science andTechnology微生物法治理含砷酸性矿山废水的研究进展沈蔡龙1，2，张广积1，2*，杨超1，21.中国科学院过程工程研究所，中国科学院绿色过程与工程重点实验室，北京100190；2.中国科学院大学化学工程学院，北京100049摘要：综述了目前微生物法治理含砷酸性矿山废水的研究进展，包括硫酸盐还原菌和铁氧化菌矿化除砷技术。

硫酸盐还原菌矿化除砷技术的研究较多，但由于碳源成本较高、硫酸盐还原菌的砷耐受性较低以及矿化过程对反应器要求高等，难以得到大规模应用。

铁氧化菌矿化除砷技术的研究较少，其矿化形成的不同矿物的稳定性存在争议，目前尚处于实验室研究阶段，但铁氧化菌的砷耐受性高，矿化过程对反应器要求低，且能加速酸性矿山废水中As（Ⅲ）的氧化，发展前景可观。

关键词：酸性矿山废水；硫酸盐还原菌；铁氧化菌；微生物矿化；砷污染；除砷技术中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1005-2518（2020）06-0786-06DOI：10.11872/j.issn.1005-2518.2020.06.158引用格式：SHEN Cailong，ZHANG Guangji，YANG Chao.Research Progress of Treating Arsenic-containing Acid Mine Drainage by Biomineralization［J］.Gold Science and Technology，2020，28（6）：786-791.沈蔡龙，张广积，杨超.微生物法治理含砷酸性矿山废水的研究进展［J］.黄金科学技术，2020，28（6）：786-791.1研究背景砷有剧毒且致癌，而我国砷污染情况严重，全国约2000万人的饮用水中砷超标［1］。

砷主要以硫化矿物的形式赋存在地壳中，常因自然活动、人类活动尤其是矿业活动进入水体中。

微生物在煤矿废水处理中的应用与矿区环境治理煤矿废水处理一直是一个重要的环境问题，传统的废水处理方法往往会带来一系列的问题，如高昂的运营成本、废水中未被完全去除的有机物和重金属等。

然而，微生物技术的出现为煤矿废水处理带来了新的希望。

本文将探讨微生物在煤矿废水处理中的应用，并介绍其对矿区环境治理的意义。

一、微生物在煤矿废水处理中的应用1. 微生物降解有机物煤矿废水中通常含有大量的有机物，这些有机物对环境造成了严重污染。

而微生物具有分解有机物的能力，可以通过厌氧和好氧的方式将有机废水降解为无害物质。

通过合理选用适应性强的微生物菌种，能够高效降解煤矿废水中的有机物，将其转化为二氧化碳和水。

2. 微生物去除重金属煤矿废水中常常会含有大量的重金属离子，如铅、镉、铬等，这些重金属对水环境和生态系统有着严重的危害。

微生物可以通过吸附、还原、沉淀等方式去除废水中的重金属，有效减少其对环境的污染。

此外，某些微生物还具有将重金属离子转化成难溶性盐沉淀的能力，进一步提高了重金属的去除效果。

3. 微生物提高废水处理效率微生物在废水处理过程中还能够通过促进废水的悬浮物沉降、增加微生物活性污泥的浓度等方式提高废水处理的效率。

微生物能够降解水中的悬浮颗粒和胶体有机物，减少废水中的浊度，从而提高了后续工艺的效果。

此外，微生物降解有机物产生的污泥也可以通过进一步的处理变废为宝，提高了资源的回收利用率。

二、微生物在矿区环境治理中的意义1. 提高治理效果相比传统的煤矿废水处理方法，微生物技术能够更彻底地去除有机物和重金属，提高废水处理的效果。

微生物对煤矿废水中的各类污染物有着高度选择性，能够针对不同种类的污染物选择合适的降解菌种，从而提高治理效果。

2. 降低运营成本传统的废水处理工艺通常需要大量的化学试剂和能源支持，运营成本较高。

而微生物技术在煤矿废水处理中只需较少的能源投入，并且微生物自身具有自我繁殖的能力，可以减少人工添加的成本。

金属矿山酸性废水危害及治理技术的现状与对策对金属矿山酸性废水治理已经成为当今环境保护治理工作的一个重要领域。

本文主要分析了金属矿山酸性废水的来源以及危害，对普遍采用的矿山酸性废水治理技术进行了综述，并对矿山酸性废水的预防和治理提出一些对策及建议。

标签：金属矿山酸性废水治理技术金属矿山资源是人类社会文明的物质保证，随着社会经济水平的飞速发展，人类对矿产资源的需求量必然与日俱增，但在对矿山的大量开采的过程中，会对环境产生许多负面影响，矿山废水就是最严重的环境之一。

矿山废水中含有大量的重金属离子，会对水体产生破坏，危害水中的生物的生长，对农业和渔业等都会造成严重的危害，污染引用水，从而直接危害到人类的健康。

在矿山废水中，对环境污染最重、危害程度最大的是酸性废水，因此，针对矿山酸性废水的治理，已经成为当今社会广泛研究的重要课题。

1 金属矿山酸性废水的来源金属矿山酸性废水的主要来源金属矿石中掺杂的硫化矿石，由于硫化矿的分布广泛且数量较多，在几乎所有的矿体中都存在，特别是铜矿，在微生物、水以及空气等作用下，会发生一系列的物理化学反应，从而生成大量含有重金属离子的酸性废水，水中的离子含量一般为每升几十到几百毫克；在开采的过程中，这种工业废水的产生量极大，甚至每天的排放量有几万立方米，并且受季节雨水的情况影响较大，这些矿山酸性废水会对其周边生态环境造成严重的破坏，直接危害到人类的生存健康。

2 金属矿山酸性废水的危害金属矿石的周围伴生的多种金属矿和硫化物矿石，产生的工业废水的pH值低，且硫酸盐含量高。

在矿山酸性废水中含有大量的重金属离子，如锌、镍、铅、铁等，并且常含有氰化物，废水中的主要污染物可以分为有机污染物、重金属污染物、氰化物和酸等。

其危害主要有以下几方面：①由于废水的pH值很低，一般为4～6，而在硫铁矿较多的矿区，甚至可以低至2～3。

这些酸性废水会对金属设备造成腐蚀，如矿井的管道、拦污和蓄污设施等等。

②酸性废水排入周围江河湖泊中，将影响水体的pH值，从而影响水体中动植物以及微生物的生长，对水体本身的自净功能造成影响，最终危害到人体健康。

煤矿酸性废水处理技术煤矿酸性废水(acid coal mine drainage,ACMD)重金属离子和硫酸盐浓度高、pH 值较低,对生态环境具有严重的危害性,已成为全球性环境污染问题。

传统处理ACMD 方法中,中和法成本较高、污泥处置不当还易引起二次污染。

湿地法占地面积大,受环境影响很大,逸出的H2 S 对环境有污染。

近年来兴起的微生物法具有运行费用低、环保实用、再生性强等优点,已经成为酸性矿山废水处理技术的前沿课题。

然而,低pH、高浓度重金属离子抑制以及持续碳源投加等问题造成目前微生物法未能大规模进行工程应用。

众多研究表明,微生物固定化技术能够营造适宜的微环境,提高生物活性、耐毒性,已成为解决上述问题最有效的措施之一。

包木太等采用海藻酸钠固定化包埋石油烃降解菌处理含油废水,一定条件下降解率> 50% ,高于游离菌的30% 。

大量研究表明,玉米芯含丰富的有机成分和矿质元素,作缓释碳源具有成本低、来源广泛、稳定性好的优点。

铁屑具有增强SRB 环境耐受力和提高活性的作用,将其与SRB 协同应用于ACMD 处理已有较多报道。

麦饭石是一种具有生物功能属性的矿石,具有良好的吸附性、溶出性、生物活性以及pH 双向调节性等多种理化特性 ,在污废水净化领域有较多应用。

然而天然麦饭石因表面孔道中含有大量杂质,影响其性能发挥。

因此,本研究提出对麦饭石进行盐改性,该方法是将麦饭石浸渍于无机盐溶液中进行改性处理,其机理主要是基于麦饭石的离子交换能力。

麦饭石经盐改性后,消除杂质使孔径和内表面积增大,同时具有带电性,极大提高麦饭石的溶出吸附能力及生物活性。

狄军贞等研究改性麦饭石对Mn2 + 和NH4 + -N 的去除效果,结果表明,当初始浓度为≤30 mg·L - 1 ,盐、碱改性相比未改性麦饭石对Mn2 + 去除率及吸附量都有明显提高。

盐改性麦饭石通常采用硫酸钠等强酸强碱盐进行盐处理的效果比较好,这是因为强酸强碱盐的电解离充分。

处理酸性废水的微生物方法研究酸性废水是指PH值低于7的废水，其主要成分为硫酸、盐酸、硝酸等。

酸性废水的排放严重污染了环境，给人们的生产和生活造成了极大的影响。

为了解决酸性废水的处理问题，人们在不断地研究和探索各种处理方法。

本文主要介绍一种处理酸性废水的微生物方法。

1. 酸性废水的产生及影响酸性废水是由工业生产过程中的酸洗、蚀刻、钝化、Pickling等过程中产生的废水。

如果酸性废水未经处理直接排放到自然环境中，会对水生态系统造成严重污染，对水体中的生物和非生物资源造成严重损害。

长期以来，酸性废水已成为污染和环境保护领域重要的研究课题。

2. 微生物处理酸性废水的原理微生物化学处理技术是一种利用微生物代谢作用处理工业废水的生物技术，它是一种经济、简单、有效的污水处理方法。

微生物处理工业酸性废水的原理是，将含有酸性废水的水体放入反应器内，加入适量微生物，经过一段时间的培养和代谢，废水中的有机质、无机盐、金属离子等污染物被微生物代谢为无害废物或化合物，达到净化废水的目的。

3. 微生物处理酸性废水的方法微生物处理酸性废水主要分为厌氧处理和好氧处理两种方法。

（1）厌氧处理厌氧处理是指在缺氧状态下利用厌氧微生物将酸性废水中的有机物质降解为沼气、二氧化碳等，从而达到净化废水的目的。

厌氧处理是酸性废水处理的常用方法，具有处理周期短、处理负荷大的特点。

但厌氧处理技术包含微生物分解和乳化技术，相对较为复杂，需要较大的投资和运行费用。

（2）好氧处理好氧处理是指在充氧状态下利用好氧微生物将废水中的有机物质代谢为水和二氧化碳等无害物质。

好氧处理技术操作简单，处理成本低，处理后产出的污泥还可以用于肥料的制作等多方面，因此在酸性废水处理中得到了广泛应用。

4. 微生物处理酸性废水的优缺点微生物处理酸性废水的最大优点就是不仅处理效果好，而且具有经济性、适应性和生态性合格等多个特点，具体如下：（1）处理效果好微生物处理酸性废水的处理效果好，能够净化废水满足排放要求，不会对人类和环境造成污染和危害。

微生物法处理含硫酸盐酸性矿山废水
李亚新;药宝宝
【期刊名称】《能源环境保护》
【年(卷),期】2000(014)001
【摘要】论述了微生物法处理含硫酸盐酸性矿山废水的基本原理和工艺过程,对硫酸盐还原菌利用的基质碳源、硫酸盐还原的反应器类型和反应器内载体介质类型进行了综述.
【总页数】5页(P17-20,22)
【作者】李亚新;药宝宝
【作者单位】太原理工大学环境工程系,太原030024;太原理工大学环境工程系,太原030024
【正文语种】中文
【中图分类】X7
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