论文部分内容阅读
近年来随着我国煤炭工业的快速发展,酸性矿井水污染日趋严重,矿区水资源供需的矛盾和生态环境的恶化已严重制约了煤炭工业的可持续性发展。因此,实现煤矿酸性废水（AMD）的清洁排放、循环利用具有重大意义。当前,以硫酸盐还原菌（SRB）为核心的新工艺已在有机废水、酸性废水和电镀废水等研究领域取得了较大进展。应用SRB技术处理AMD业已成为该领域发展的新趋势。本论文基于微生物固定化技术,采用碳源缓释原理,即在水解微生物作用下分解玉米芯的方法为SRB提供代谢碳源,并在固定化凝胶中加入铁屑和麦饭石,营造SRB适宜的微环境。通过正交试验确定固定化过程中的最优基质配比,考察交联化方法和交联时间对颗粒催化活性和操作稳定性的影响。通过厌氧批次试验研究玉米芯内聚量和AMD污染负荷率对颗粒代谢的影响,并分析颗粒处理能力以及活化颗粒对Mn2+的响应变化。最后,以固定化颗粒为介质构建原位修复装置,讨论AMD原位修复的可行性和有效性。所得主要结论如下：（1）采用聚乙烯醇—硼酸包埋固定法,颗粒的最优基质配比为30%SRB污泥、2%铁屑、3%麦饭石。颗粒膨胀率、活性与交联时间分别呈线性负相关、一介衰减指数相关,从保持颗粒稳定性与活性角度出发可将交联时间设定为4-8h。（2）缓释碳源玉米芯水解引起有机物累积的平均速率为932mg/（L-d）,最大累积量为478mgCOD/10g颗粒,固定化颗粒在pH值为2-6和Mn2+浓度小于55mg/L的AMD中都具有良好的活性,可用伪二级动力学模型描述颗粒对Mn2+的吸附过程（R2=0.995）。Mn2+吸附曲线能同时较好的符合Langmuir （R2=0.983）和Frundlich （R2=0.996）模型,最大理论吸附量为0.998mg/g。（3）活化颗粒还原S042-的最大还原速率为94.88mg/（L·d）,一级反应动力学模型能较好的描述还原过程（R2=0.962,k/=0.0997h）。高浓度Mn2+能抑制颗粒提升pH值能力,在浓度梯度作用下Mn2+扩散进入颗粒内,可直接降低SRB活性,减小S042-还原速率,同时也对水解微生物产生冲击。（4）UAPB与PRB均具有较强的pH提升能力,但是,UAPB出水OD600值增加显著,出水浑浊,玉米芯在UAPB中的水解受污染负荷变化影响较大,有机物的急剧累积和快速消耗降低了该系统对S042-处理的稳定性。PRB具有很慢的抗冲击能力,有机物累积存在稳定期,约1000mg/L,SO42的最大还原速率为1256mg/（L·d）。对TFe的去除率为99.9%以上,在固定化颗粒吸附位饱和之后,依据生化作用对Mn2+的去除速率为3.74mg/（L·d）。以上研究表明,在固定化过程中将玉米芯内聚,采用污泥中混合菌落多样的代谢能力,较好的实现了碳源缓释与污染物去除的同步进行,以该固定化颗粒为填料的PRB系统可成为AMD原位处理的有效方法。