【摘要】：酸性礦山廢水(AMD)具有低pH、高硫酸鹽和高溶解態(tài)金屬含量等特征,直接排放會(huì)導(dǎo)致受納水體酸化和生物多樣性下降,并對水生生物和下游居民健康造成威脅。本研究以有機(jī)秸稈堆肥(straw compost,SCP)和蝦蟹殼(crab shell，CS)兩種有機(jī)廢棄物為硫酸鹽還原菌(SRB)提供碳氮源底物,構(gòu)建了九組不同質(zhì)量配比的連續(xù)流柱生物修復(fù)系統(tǒng),通過金屬離子、硫酸鹽、酸堿度、溶解性有機(jī)碳(DOC)等出水指標(biāo)分析和物料衡算考察反應(yīng)器處理性能,并結(jié)合高通量測序數(shù)據(jù)研究微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)變化規(guī)律,探索不同底物組合對AMD廢水的凈化效果、處理容量和經(jīng)濟(jì)成本,從而在篩選出最優(yōu)底物組合的同時(shí)研究其處理機(jī)制。主要研究結(jié)論如下:(1)八組含有機(jī)填料的連續(xù)流柱反應(yīng)器的出水堿度、pH和DOC在馴化后第1天達(dá)到整個(gè)運(yùn)行期間的最高值,隨后逐漸降低。反應(yīng)器填料層的蝦蟹殼含量越高,出水釋放堿度、DOC與氨氮濃度越高,且有效釋放的持續(xù)時(shí)間越長,這說明相對于傳統(tǒng)有機(jī)秸稈堆肥,蝦蟹殼是一種更好的中和劑和有機(jī)碳氮源緩釋劑。(2)作為AMD廢水生物修復(fù)系統(tǒng)的關(guān)鍵微生物反應(yīng),硫酸鹽還原對提高/維持堿度以及促進(jìn)金屬硫化物沉淀起重要作用。七組含蝦蟹殼反應(yīng)器的硫酸鹽濃度總體上低于進(jìn)水濃度,且蝦蟹殼含量越高,硫酸鹽的去除率相對越高,最高達(dá)到60%。反應(yīng)器硫酸鹽還原能力的維持時(shí)間隨蝦蟹殼含量的升高而延長。(3)AMD廢水生物修復(fù)系統(tǒng)對金屬的去除率與金屬的種類、反應(yīng)器運(yùn)行階段與有機(jī)填料層中蝦蟹殼所占比例有關(guān)。七組含蝦蟹殼反應(yīng)器在運(yùn)行期間對鎘與銅的去除率維持在90%以上,而傳統(tǒng)有機(jī)堆肥反應(yīng)器對鎘和銅的去除率分別在第6天與第30天開始低于5 0%。對于鐵、錳、鋁、鋅、鎳和鉆六種金屬,反應(yīng)器填料層的蝦蟹殼含量越高,在同一采樣時(shí)間點(diǎn)的去除率越高,高去除率(50%)維持的時(shí)間也越長。其中,含90%蝦蟹殼反應(yīng)器對鎳、鈷兩種金屬的平均去除率最高,總體維持在50%以上(最高去除率達(dá)99%)。(4)不同底物反應(yīng)器中微生物可利用有機(jī)碳的釋放量存在明顯差異。物料衡算結(jié)果顯示,傳統(tǒng)有機(jī)底物秸稈堆肥反應(yīng)器中SRB等微生物對可利用機(jī)碳量不足,是導(dǎo)致其AMD廢水處理能力不足的原因之一。含蝦蟹殼反應(yīng)器的有機(jī)碳來源以底物生物分解過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸(VFA)為主,有利于微生物的高效利用。金屬物料衡算結(jié)果顯示,各有機(jī)填料反應(yīng)器對不同金屬的保留效果存在差異。七組含蝦蟹殼的反應(yīng)器對鎘和銅的截留率均在90%以上,而傳統(tǒng)有機(jī)堆肥反應(yīng)器對銅的截留率為37%,對隔則沒有明顯截留效果。對于鋁、鋅、鎳和鈷四種金屬,反應(yīng)器填料中蝦蟹殼含量越高,金屬截留率越高。含50/%及以上蝦蟹殼的反應(yīng)器對四種金屬的截留率均可達(dá)到50%以上,最高截留率為90%。其中,含900-/0蝦蟹殼反應(yīng)器對鋁、鎳和鉆的金屬截留率均為所有反應(yīng)器中最高。(5)AMD廢水的生物修復(fù)與反應(yīng)器內(nèi)SRB等微生物及其產(chǎn)生堿度、硫化物和固定金屬的能力有關(guān)。通過對填料中微生物DNA樣品的高通量測序及主成分分析(PCA)、非度量多維尺度分析(NMDS)分析和聚類分析得出,含70%、80%、90%和100%蝦蟹殼反應(yīng)器微生物樣本之間的群落結(jié)構(gòu)相似。不同樣品之間的微生物在屬分類水平上的相對豐度有差異,主要以醋桿菌屬(Acetobacteroides),脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)和脫硫孢菌屬(Desulfurispora)為主。蝦蟹殼含量高于60%的樣品中均檢測到與SRB有關(guān)的菌群,分別為脫硫弧菌屬(Desulfovibrio,1.2%-/%-9.8%)、脫硫化微菌屬(Desulfomicrobium,0.1%-%-2.6%)、脫硫化小桿菌屬(Desulfobacterium,0.6%-2.3%)、脫硫孢抱菌屬(Desulfurispora,0.2%-2.2%)、脫硫酸鹽杖菌屬(Desulfatiferula,0.20%-0.7%)和脫硫化腸菌屬(Desulfotomaculum,0.1%-0.6%)。結(jié)合反應(yīng)器性能結(jié)果表明,微生物組成對AMD廢水處理發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
【圖文】：

50% CS+50% SCP 7.7 13 92+60% CS+40% SCP 7.6 30 92+70% CS+30% SCP 7.6 30 7980% CS+20% SCP 7.6 46 92+90% CS+10% SCP 8.2 79 92+100% CS 7.9 61 92+：+代表在結(jié)束實(shí)驗(yàn)時(shí)，反應(yīng)器中 pH 仍大于進(jìn)水在連續(xù)進(jìn)水條件開始時(shí)，，所有處理均產(chǎn)生足夠的堿度（圖 3-2），以完全中和進(jìn)水在的酸度。傳統(tǒng)有機(jī)堆肥反應(yīng)器在進(jìn)水第 1 天后堿度達(dá)到最大值，為 198mg CaCO3后堿度逐漸降低。而含有蝦蟹殼底物的反應(yīng)器產(chǎn)生的堿度明顯高于傳統(tǒng)有機(jī)堆肥反應(yīng)高濃度接近 5100 mg CaCO3/L。石英砂空白反應(yīng)器中由于沒有有機(jī)底物的存在，出水乎沒有堿度產(chǎn)生。含有蝦蟹殼反應(yīng)器比傳統(tǒng)有機(jī)堆肥反應(yīng)器出水含有堿度的時(shí)間更蝦蟹殼含量越高其出水含有堿度的時(shí)間越久。在進(jìn)水第 19 天后，低配比反應(yīng)25%CS+75%SCP）的出水堿度首次降至 41 mg CaCO3/L（若堿度＜50 mg CaCO3/L，為該反應(yīng)器失去產(chǎn)生堿度能力）。進(jìn)水第 92 天后，所有反應(yīng)器均失去產(chǎn)生堿度的能中 90%蝦蟹殼反應(yīng)器的出水堿度首次降至 33 mg CaCO3/L。

（a） （b）圖 3-4 在連續(xù)流動(dòng)條件下出水中 性有 碳(DOC)濃度變化Figure.3-4 Changes in dissolved organic carbon (DOC) concentration in effluent under continuous flowconditions（a） （b）圖 3-5 在連續(xù)流動(dòng)條件下出水中 氮濃度變化Figure.3-5 Changes in ammonium concentration in effluent under continuous flow conditions
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X751

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6 ;蟹殼可凈水[J];水產(chǎn)養(yǎng)殖;1998年06期

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1 蘇衛(wèi)平;孫清平;夏枚生;聞?wù)?姚志通;;廢棄蟹殼資源化利用的研究進(jìn)展[A];《環(huán)境工程》2019年全國學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2019年

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3 鄭新生;付磊;黃東鶴;胡寒程;;用于生物柴油綠色合成的蟹殼催化劑[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第11分會(huì)場摘要集[C];2010年

4 趙曉麗;吳帥;黃卓瑤;潘浩波;;具有快速止血效果的南極磷蝦殼聚糖的制備與表征[A];全國第九屆海洋生物技術(shù)與創(chuàng)新藥物學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2014年

5 翟少偉;王敦;;不同源殼聚糖對鯽魚非特異性免疫功能的影響[A];中國畜牧獸醫(yī)學(xué)會(huì)動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)分會(huì)第十次學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

6 張璇;宣靜;單煒軍;婁振寧;熊英;;氨基酸改性的殼聚糖萃取材料合成及其稀土分離研究[A];中國化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第八分會(huì)：稀土材料化學(xué)及應(yīng)用[C];2016年

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1 記者 張曄 通訊員 范蘇;蝦蟹殼提取物制成的人工神經(jīng)臨床成功[N];科技日報(bào);2017年

2 云峰;蝦蟹殼可制成燙傷藥[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報(bào);2001年

3 駐吳江首席記者 黃亮;蟹殼也能做衣服[N];蘇州日報(bào);2011年

4 記者 盧志民　通訊員 董超;廢棄蝦蟹殼煉出“黃金”[N];湛江日報(bào);2011年

5 陳惟 陳巒明;老虎腳爪蟹殼黃市面難覓[N];文匯報(bào);2006年

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8 石文;日本以蟹殼為原料生產(chǎn)葡糖胺[N];中國食品質(zhì)量報(bào);2004年

9 吳明;蝦蟹殼深加工 增值350倍[N];中國海洋報(bào);2003年

10 劉國信;蝦皮蟹殼綜合利用前景好[N];經(jīng)理日報(bào);2002年

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1 柴國棟;蝦蟹殼優(yōu)化酸性礦山廢水生物修復(fù)系統(tǒng)及其處理機(jī)制研究[D];西安理工大學(xué);2019年

2 張小蝶;蟹殼生物炭材料的制備及對柴油吸附性能的研究[D];浙江海洋大學(xué);2018年

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4 付磊;蟹殼生物柴油催化劑的制備及其催化性能研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：2588776