【摘要】：煤炭作為中國(guó)最主要的能源之一,對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)有著極其重要的影響,但在煤炭的開(kāi)采和利用過(guò)程中對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生了巨大的危害。在赴陜北神木煤炭礦區(qū)實(shí)地調(diào)查和采樣分析的基礎(chǔ)上,采用單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)和綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)對(duì)4處水樣進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果顯示：陜北煤炭礦區(qū)水體受煤粉污染較為嚴(yán)重,水體中色度、懸浮物、有機(jī)物、NH4+-N、NO3-、SO42、Cr6+、Cu2+、Fe3+、Mn2+、Pb、Cd元素比參照水樣都有不同程度的升高,尤其是重金屬Cr和Cd、COD和TP,都達(dá)到嚴(yán)重污染環(huán)境的水平；六道溝煤矸石淋溶形成的淤泥附近水樣污染最為嚴(yán)重,主要超標(biāo)污染物為懸浮物、磷酸鹽、Cr6+、COD和Cd,綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)為3.561。 針對(duì)煤炭礦區(qū)污染水體的特點(diǎn)和陜北光照充足的優(yōu)勢(shì),采取藻菌共生生物膜系統(tǒng)修復(fù)這一污染水體,利用球形填料和彈性立體填料作為生物附著生長(zhǎng)的載體,以Cr(Ⅵ)作為代表重金屬,在推流式氧化塘上架設(shè)日光燈管模擬自然光照,光暗比14：10,考察了藻菌共生生物膜對(duì)Cr(Ⅵ)、COD、NH4+-N、TP、SO42-的去除效果和去除機(jī)理,得到以下結(jié)論： (1)從氧化溝活性污泥中分離篩選出6株耐鉻菌株,發(fā)現(xiàn)菌株在培養(yǎng)24h后生長(zhǎng)狀況最好；以耐鉻性最好的2-5號(hào)菌株做試驗(yàn),結(jié)果顯示菌株對(duì)Cr(Ⅵ)的去除效率隨初始Cr(Ⅵ)濃度的升高呈先上升后下降的趨勢(shì),具有最優(yōu)去除濃度區(qū)間和相應(yīng)的最大去除效率；在含Cr(Ⅵ)濃度為654mg/L的廢水中培養(yǎng)24h后,2-5號(hào)菌株Cr(Ⅵ)的去除率最高可達(dá)76.4%,去除速率為18.9mg/(gSS·h);當(dāng)廢水中含Cr(Ⅵ)濃度較低時(shí),菌廢比較高有利于增大去除率,當(dāng)Cr(Ⅵ)濃度較高時(shí),增大菌廢比對(duì)去除率影響不大；6株耐鉻菌均有較好的生物累積Cr(Ⅵ)的能力,但耐Cr(Ⅵ)能力與去除Cr(Ⅵ)的能力之間沒(méi)有直接關(guān)系。 (2)在HRT為14.3d,載體為球狀填料時(shí),藻菌共生生物膜系統(tǒng)對(duì)Cr(Ⅵ)有較高的去除率,最高可達(dá)98.3%,能忍耐21.2mg/LCr(Ⅵ),此時(shí)去除率為88.2%；在進(jìn)水端底泥中Cr(Ⅵ)含量高達(dá)286μg/g干重底泥,Cr(Ⅵ)主要是被生物還原為Cr(Ⅲ),然后生成Cr(OH)3沉淀進(jìn)入底泥中；水綿對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附及積累能力比鳳眼蓮低,水綿中Cr(Ⅵ)含量為12.08μg/g干重,鳳眼蓮為79.41μg/g干重。 (3)COD進(jìn)水濃度為100mg/L時(shí),去除率穩(wěn)定在80%以上,利用光照氧化塘可以實(shí)現(xiàn)異養(yǎng)細(xì)菌和光合生物的互惠共生,協(xié)同去除重金屬和有機(jī)物;NH4+-N進(jìn)水濃度為6mg/L左右時(shí),最高去除率達(dá)65.3%,主要依靠同化作用和硝化去除,夏季升溫和水綿的添加有助于NH4+-N去除率的提高,NH4+-N在氧化塘前半部分約有87%被去除；進(jìn)水中TP為1.7mg/L左右時(shí),TP去除率逐漸穩(wěn)定在60%以上,最高達(dá)76.2%。氧化塘前半部分的去除率約占總?cè)コ实?0%,主要依靠同化作用及生成沉淀從氧化塘中去除。 (4)進(jìn)水COD為50mg/L時(shí),光照氧化塘內(nèi)晝間由于藻類光合產(chǎn)氧,溶解氧平均濃度為3.5mg/L,不具備SO42-厭氧還原的條件,SO42-去除率低于10%。進(jìn)水COD為100mg/L時(shí),晝間溶解氧為1.8mg/L,晚上8：00熄燈時(shí)溶解氧最低為0.72mg/L,熄燈一小時(shí)后溶解氧最低0.37mg/L,可實(shí)現(xiàn)SO42-厭氧還原,在進(jìn)水SO42-濃度為70.7mg/L時(shí),最大去除率可達(dá)65.5%。平均有82%的SO42-在氧化塘的前半部分去除。 (5)藻菌共生生物膜系統(tǒng)從啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行,光照氧化塘內(nèi)生物大致經(jīng)歷了3個(gè)大的變化階段：水生植物階段、鳳眼蓮階段和水綿生物膜階段。光照不足、底泥較淺及COD耗氧形成厭氧環(huán)境都易導(dǎo)致水生植物死亡；鳳眼蓮階段氧化塘內(nèi)生物多樣性豐富,包括水蝸牛、毛飾擬劍水蚤等動(dòng)物及多種微藻,微藻以綠藻為主；光照強(qiáng)度增大有助于增加水蝸牛及毛飾擬劍水蚤的數(shù)量；鳳眼蓮對(duì)周圍微生物形成抑制,并可阻止水綿在載體上掛膜；進(jìn)水Cr(Ⅵ)濃度達(dá)10mg/L,氧化塘內(nèi)Cr(Ⅵ)濃度為1.6mg/L時(shí),鳳眼蓮無(wú)法耐受而死亡；鳳眼蓮抑制解除后水綿可在載體上形成生物膜,水綿根部多附著在細(xì)菌上生長(zhǎng),靠細(xì)菌分泌的胞外多聚物與載體粘連；水綿生物膜上藻絲長(zhǎng)度(μm)與時(shí)間(d)大致關(guān)系為y=48.77x,水綿生物膜階段微藻以藍(lán)藻為主；在485nm處監(jiān)測(cè)4個(gè)采樣點(diǎn)處的OD值,結(jié)果顯示進(jìn)水污染物濃度較高、溶解氧濃度較低時(shí)懸浮微藻的數(shù)量較小,光照作用強(qiáng)烈時(shí)水中懸浮微藻數(shù)量增加。 (6)水綿在立體彈性載體的細(xì)絲上纏繞生長(zhǎng),藻絲較長(zhǎng),形成的生物膜較薄(300-500μm),光照及水深對(duì)藻類的數(shù)量有決定性的影響,細(xì)菌的數(shù)量主要由COD和Cr(Ⅵ)濃度決定；增加立體彈性載體可增加氧化塘上部的藻類濃度和氧化塘上部、下部的細(xì)菌濃度,有助于強(qiáng)化缺氧及厭氧的環(huán)境；增加立體彈性載體對(duì)COD和TP的去除幫助不大,對(duì)Cr(Ⅵ)的去除以及硝化和反硝化作用有改善作用,對(duì)SO42-的去除有較好的促進(jìn)作用。 (7)HRT的縮短對(duì)Cr(Ⅵ)的去除造成的影響較小,HRT為7.2d時(shí),Cr(Ⅵ)去除速率最高可達(dá)2.4mg/(L·d)；系統(tǒng)對(duì)COD的最大去除能力為12.5mg/(L·d),進(jìn)一步縮小HRT已不能增大COD的去除負(fù)荷；減小HRT使硝化作用受到了Cr(Ⅵ)毒性的抑制,造成NH4+-N去除速率的下降；TP的去除負(fù)荷最高僅為0.11mg/(L·d),增加負(fù)荷后TP的去除途徑徹底被破壞,在Cr(Ⅵ)濃度為20mg/L時(shí),要保證TP有一定的去除率,必須保證HRT在14.3d以上；SRB在3.1mg/(L·d)的Cr(Ⅵ)負(fù)荷下依然可以生存良好,并能保證一定的SO42-去除率,去除負(fù)荷可達(dá)7.5mg/(L·d)。 (8)投加耐鉻菌株提高Cr(Ⅵ)的去除效率有短暫幫助,在突發(fā)性環(huán)境污染事故中可以采用投加高效降解菌株的方法降低污染程度,對(duì)于一個(gè)連續(xù)處理污染物的系統(tǒng),投加高效降解菌株作用甚小。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X52

【參考文獻(xiàn)】

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1 武秀琴;張建云;;污染水體的生物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技;2008年17期

2 律文智;張錦瑞;王艷彥;;采煤塌陷區(qū)重金屬污染水體修復(fù)技術(shù)探討及展望——以唐山市南湖公園為例[J];環(huán)境科學(xué)與管理;2007年01期

3 陶征義;隋天娥;;酸性礦山排水被動(dòng)處理方法研究進(jìn)展[J];環(huán)境科學(xué)與管理;2009年03期

4 唐玉斌,郝永勝,陸柱,趙慶祥;景觀水體的生物激活劑修復(fù)[J];城市環(huán)境與城市生態(tài);2003年04期

5 郭蔚華,張智,何冰,鄧曉莉,林艷;高等水生植物修復(fù)雙龍湖水體葉綠素a變化試驗(yàn)研究[J];重慶環(huán)境科學(xué);2002年03期

6 張發(fā)旺,侯新偉,韓占濤;煤炭開(kāi)發(fā)引起水土環(huán)境演化及其調(diào)控技術(shù)[J];地球?qū)W報(bào);2001年04期

7 張大民;;張家峁井田內(nèi)小煤礦開(kāi)采對(duì)地下水的影響[J];地下水;2008年01期

8 范立民;陜北能源重化工基地建設(shè)中的水資源問(wèn)題[J];國(guó)土資源科技管理;2005年05期

9 徐志誠(chéng);酸性礦井水的人工濕地處理方法綜述[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2005年02期

10 付春平,鐘成華,鄧春光;pH與三峽庫(kù)區(qū)底泥氮磷釋放關(guān)系的試驗(yàn)[J];重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年10期

本文編號(hào)：2756459