【摘要】：隨著工業(yè)的發(fā)展,人類在進(jìn)行采礦等生產(chǎn)中逐漸形成了低p H、含多種重金屬離子、高硫酸根濃度的酸性礦山廢水(Acid Mine Drainage,AMD)。選用微生物法中的硫酸鹽還原菌(Sulfate-Reducing Bacteria,SRB)處理AMD處理費(fèi)用低、無二次污染。本研究提出先對(duì)AMD進(jìn)行電解預(yù)處理,后利用SRB進(jìn)行處理;對(duì)SRB代謝過程中涉硫組分等進(jìn)行監(jiān)控,闡明了涉硫組分的歸趨模式,揭示了代謝過程中的主要限速步驟;在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)SRB一體化反應(yīng)系統(tǒng)處理AMD,探究處理過程中金屬離子、硫酸根等變化規(guī)律,為實(shí)際工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)依據(jù)。主要結(jié)果如下:(1)在恒定電壓的條件下,選用Fe-Fe極板電解預(yù)處理AMD效果最佳,廢水p H和氫氣產(chǎn)量隨著電壓的增加呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。錳離子、鋅離子、銅離子的去除率隨著電壓的增加呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì),其中,銅離子去除率最高。電解沉積物XPS分析表明,錳主要是以二價(jià)態(tài)和零價(jià)態(tài)存在,銅的價(jià)態(tài)為一價(jià)或零價(jià),XPS分析表明銅除了一價(jià)態(tài)外還以二價(jià)的形式存在,鋅主要以零價(jià)和二價(jià)態(tài)形式存在,鐵價(jià)態(tài)為三價(jià)。(2)SRB還原過程中限速步驟主要為亞硫酸根轉(zhuǎn)化為硫化氫的過程,硫化氫被吹脫后,硫離子的量提高了2.36倍,硫酸根的去除率從83.51%提高到91.24%,亞硫酸根、硫代硫酸根的濃度降低;p H值上升到8.31,而未吹脫的反應(yīng)器最終p H值為6.87。反應(yīng)器中主要微生物菌群為脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)、叢毛單胞菌屬(Comamonas)、假單胞菌屬(Pseudomonas),其中脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)為優(yōu)勢(shì)菌,吹脫硫化氫后,優(yōu)勢(shì)菌的相對(duì)豐度增加,說明硫化氫抑制了優(yōu)勢(shì)菌的增殖。(3)預(yù)處理后的AMD溶液p H值上升促進(jìn)了溶液中金屬離子的去除。SRB以乳酸鈉為碳源和電子供體處理AMD過程中,反應(yīng)24h硫酸根去除率為81.65%,p H值總體呈先下降后上升達(dá)到穩(wěn)定的趨勢(shì)。吹脫硫化氫到AMD廢水中產(chǎn)生沉淀,過濾后投加到SRB反應(yīng)系統(tǒng)中,金屬離子去除率Fe~(2+)(87.62%)?Zn~(2+)(82.91%)?Mn~(2+)(66.25%),脫硫弧菌(Desulfovibrio)為主要優(yōu)勢(shì)菌屬,占整個(gè)菌種群落的69%。以合成氣為碳源和電子供體的SRB,反應(yīng)96h硫酸根最終去除率為77.86%,p H值隨時(shí)間的增加呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì),ORP在整個(gè)反應(yīng)過程中先降低后趨于穩(wěn)定,微生物群落中存在兩種主要優(yōu)勢(shì)菌脫硫弧菌(Desulfovibrio)和硫桿菌(Thiobacillus),脫硫弧菌(Desulfovibrio)占整個(gè)菌種群落的48%,硫桿菌(Thiobacillus)占整個(gè)微生物菌種群落的43%。
【圖文】：

圖 1.1AMD 形成示意圖[11]Fig 1.1 Stages in the formation of AMD1.1.2 酸性礦山廢水的危害酸性礦山廢水中一些礦物質(zhì)之間的相互作用產(chǎn)生的某些鹽類，對(duì)淡水生物和植物的生長(zhǎng)也會(huì)產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致礦區(qū)周圍水體污染嚴(yán)重，引起魚類、藻類、浮游生物等絕大部分水生生物死亡。酸性礦山廢水會(huì)腐蝕管道、水泵、鋼軌等設(shè)備設(shè)施，同時(shí)直接威脅攔污、蓄污設(shè)施等的安全與穩(wěn)定[12, 13]，從而導(dǎo)致維修設(shè)備等費(fèi)用的產(chǎn)生，浪費(fèi)資源。酸性礦山水的排放會(huì)使得水體中生態(tài)環(huán)境惡化，危害到水體中魚類、藻類等生存環(huán)境。AMD 受脫硫菌的影響會(huì)產(chǎn)生 H2S 氣體，對(duì)生物體產(chǎn)生毒害作用。天然水體長(zhǎng)期受酸性礦山廢水的污染，會(huì)使得水體濁度增加以及加大酸化程度。AMD 中因含有大量的各類重金屬元素危害更是巨大。微生物不能降解 AMD 中的重金屬離子，當(dāng)金屬離子在一定范圍內(nèi)的底泥之中時(shí)，會(huì)被生物體富集在體內(nèi)，除了危害生物體自身外，還會(huì)通過食物鏈功能危及到人體。重金屬離子在體內(nèi)能和生理高分子物質(zhì)發(fā)生

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 硫酸鹽還原菌.1 硫酸鹽還原菌在硫循環(huán)中的作用硫是地球上最豐富的元素之一，主要存在于沉積物、巖石和海洋等介質(zhì)中，據(jù)報(bào)道沉和巖石中儲(chǔ)存約 7.80×1018kg 的硫，主要以金屬硫化物和石膏的形式存在；水體（海主）中的硫絕大多數(shù)都是以硫酸根的形式存在，，約 1.28×1018kg[23]。硫的地球化學(xué)活性，在環(huán)境中經(jīng)常會(huì)相互轉(zhuǎn)化，其化合價(jià)態(tài)也會(huì)在-2、-1、0、+2、+4、+6 之間相互轉(zhuǎn)同時(shí)也會(huì)影響其他元素的地球化學(xué)循環(huán)過程，在自然界中起著重要的作用[23-25]。地球上礦石燃料的燃燒和火山噴發(fā)等釋放出的二氧化硫會(huì)進(jìn)入到大氣中，形成酸雨等問題。水體中的硫通過氧化還原反應(yīng)發(fā)生價(jià)態(tài)與形態(tài)的變化，微生物在硫循環(huán)的過程著至關(guān)重要的作用，圖 1 顯示了硫的循環(huán)轉(zhuǎn)化[26]。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X172;X751

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2647364