矿山废水同步除硫、去除重金属离子、降低酸度的膨润土吸附与微生物还原协同作用净化机制研究

针对煤矿排放的含重金属离子的硫酸盐酸性矿山废水，既造成水资源巨大浪费，又严重污染环境且处理难度大的现状，将居民生活污水（鸡粪和锯屑的发酵液）作为硫酸盐还原菌的有机碳源引入矿山废水，采用膨润土复合颗粒吸附剂吸附与硫酸盐生物还原法联用可发挥协同作用，有利于矿山废水重金属离子、硫酸根、酸度的同步去除。本项目研究膨润土复合颗粒吸附剂对pH值的调节机制、对重金属离子Fe2+、Mn2+等的吸附机理；研究膨润土吸附的重金属离子与硫酸根还原产物H2S生成金属硫化物沉淀规律、沉淀颗粒在吸附剂表面的赋存状态以及使吸附剂表面吸附位点获得再生机理，揭示同步除硫、除重金属离子、降低酸度的吸附法与微生物法联用的协同作用净化机制，确定二者联用的最佳反应条件，建立系统动力学模型，为吸附法与微生物法联用提供理论依据，为开创矿山废水同步除硫、除重金属离子、降低酸度的新方法奠定基础，对防治矿山废水污染具有重要科学意义和应用前景

针对煤矿排放的含重金属离子的硫酸盐酸性矿山废水，既造成水资源巨大浪费，又严重污染环境且处理难度大的现状，将居民生活污水、鸡粪和锯屑的发酵液作为硫酸盐还原菌的有机碳源引入矿山废水，采用膨润土复合颗粒吸附剂吸附与硫酸盐生物还原法联用可发挥协同作用，有利于矿山废水重金属离子、硫酸根、酸度的同步去除。.本项目采用静态、动态试验研究与理论分析相结合的方法对矿山废水同步除硫、去除重金属离子、降低酸度的膨润土吸附与微生物还原协同作用净化机制进行了全面、系统和深入研究，取得了一系列成果：（1）利用新型有机碳源（生活污水、鸡粪和锯屑的发酵液）驯化、筛选出了还原SO42-的高效功能菌株硫酸盐还原菌（SRB），确定了SRB菌群的生长、繁殖规律，建立了考虑关键因素的基质反应动力学模型，并确定了高效功能菌株SRB还原SO42-的最佳反应条件；（2）筛选确定了膨润土复合颗粒吸附剂的最佳碱性材料以及粘结剂，确定了膨润土复合颗粒吸附剂的最佳制备工艺；（3）确定了膨润土复合颗粒吸附剂释放碱度对pH值的调节机制；（4）利用静态实验，确定了最佳膨润土复合颗粒吸附剂吸附去除Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+的影响因素、竞争吸附规律，建立了吸附等温式、吸附动力学方程式，揭示了吸附机理；（5）利用静态实验并结合扫描电镜SEM表面微观结构表征，研究确定了膨润土复合颗粒吸附剂吸附的重金属离子与S2-发生化学反应生成金属硫化物沉淀的规律，揭示了沉淀颗粒在吸附剂表面的赋存状态以及沉淀作用使吸附剂表面吸附点位的再生机理；（6）自行研制了吸附—生物柱并进行了动态试验研究，确定了膨润土复合颗粒和SRB生物膜填料分层装填方式为最佳处理工艺，确定了系统同步除硫、去除重金属离子、降低酸度的膨润土复合颗粒吸附与硫酸盐生物还原相互协同作用的净化规律，揭示了协同作用净化机制：膨润土复合颗粒既可释放碱度中和酸又可高效吸附去除重金属离子，为SRB还原SO42-创造了有利条件，而SRB还原SO42-产生的S2-又与吸附的重金属离子生成重金属硫化物沉淀使硫、重金属离子真正固定，使膨润土复合颗粒获得再生继续吸附重金属离子，并建立了系统反应动力学模型。.本项目成果为吸附法与微生物法联用提供了理论依据，为开创矿山废水同步除硫、除重金属离子、降低酸度的新方法、新工艺、新型环保矿物材料奠定了基础，对防治矿山废水污染具有重要科学意义和应用前景。