本研究考察了Acidithiobacillus ferrooxidans（A.ferrooxidans）聯(lián)合高硫煤矸石（富含F(xiàn)eS2）對模擬煤礦酸性水體中Cr（Ⅵ）的去除效果.結(jié)果表明,處理Cr（Ⅵ）初始濃度為50mg/L的模擬煤礦酸性廢水（pH=2.5）時(shí),投配率為6.67～33.33g/L高硫煤矸石可使Cr（Ⅵ）去除達(dá)到良好效果.50mg/LCr（Ⅵ）在24h內(nèi)即可完全被高硫煤矸石中的FeS2還原成Cr（Ⅲ）,且在反應(yīng)終點(diǎn)時(shí)（120h）,6.67,13.33,33.33g/L高硫煤矸石對還原產(chǎn)物Cr（Ⅲ）的吸附去除率分別為7.1%、20.2%、29.1%.然而,在高硫煤矸石的還原和吸附作用下,大部分的Cr仍以Cr（Ⅲ）形式殘留在酸性水體中,且高硫煤矸石的大量投加也給水體帶來了Fe²⁺_、Fe³⁺_、SO₄^2-等二次污染物.在高硫煤矸石-Cr（Ⅵ）體系中引入A.ferrooxidans和9K培養(yǎng)基后,A.ferrooxidans介導(dǎo)的Fe²⁺

【文章來源】：中國環(huán)境科學(xué). 2020,40(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

A.f+5gCG處理與A.f+5gCG+9K處理反應(yīng)終點(diǎn)收集濾渣XRD圖譜

值得注意的是,當(dāng)酸性體系中不存在A.ferrooxidans時(shí)(5g CG處理),在120h的反應(yīng)時(shí)間內(nèi),溶液p H值的變化趨勢與A.f+5gCG處理基本吻合.理論上,5g CG處理主要發(fā)生反應(yīng)(1)和反應(yīng)(2),而由反應(yīng)(4)可知,在A.ferrooxidans的催化氧化作用下,A.f+5g CG處理體系反應(yīng)終點(diǎn)的p H值應(yīng)該比5g CG處理更高.造成上述結(jié)果的可能原因是體系無養(yǎng)分引入導(dǎo)致A.ferrooxidans無法完成正常繁殖過程,且隨著持續(xù)時(shí)間延長,微生物活性越來越弱,致使Fe2+生物氧化受限(圖2中5gCG和A.f+5gCG處理體系Fe2+濃度的一致性可對此進(jìn)行佐證).與之對應(yīng)地,當(dāng)向A.f+5gCG體系中補(bǔ)充9K培養(yǎng)基后(A.f+5gCG+9K處理),在營養(yǎng)供給充足環(huán)境下,A.ferrooxidans能夠順利生長繁殖且維持較高的生物活性,其介導(dǎo)的生物氧化過程能夠正常進(jìn)行(反應(yīng)(4)),從而使得體系p H值上升幅度大于A.f+5gCG處理,并在72h時(shí)達(dá)到最大值2.84.然而,隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行,A.f+5gCG+9K處理p H值在72h后開始迅速下降直至培養(yǎng)終點(diǎn)的2.52.由反應(yīng)(1)、(2)、(4)可知,添加高硫煤矸石系列處理的p H值不斷上升主要?dú)w因于反應(yīng)(1)的耗酸過程,而反應(yīng)(2)和(4)對體系的酸度綜合效應(yīng)影響較小,理論上只會產(chǎn)生少量H+.因此,推斷A.f+5gCG+9K處理體系的p H值在72h后迅速下降可能受其它因素的調(diào)控.文獻(xiàn)資料表明,A.ferrooxidans在高效催化酸性硫酸鹽環(huán)境中Fe2+向Fe3+轉(zhuǎn)化的同時(shí),會伴隨著Fe3+水解產(chǎn)生施氏礦物、黃鐵礬等次生鐵礦物[27-28].具體反應(yīng)式如下:

礦物的結(jié)晶程度、顆粒大小、團(tuán)聚現(xiàn)象、相對表面積大小等表觀特征,可通過礦物的掃描電鏡(SEM)直觀反映[29];礦物類型則可采用X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行測定.為了進(jìn)一步驗(yàn)證A.f+5g CG+9K處理后期階段(72～120h)體系p H值和TFe濃度顯著下降是否由反應(yīng)(5)或(6)的Fe3+水解礦化過程引起,并觀察和判定次生鐵礦物的形貌特征及種類構(gòu)成.本研究對A.f+5gCG+9K處理所得濾渣進(jìn)行了SEM觀察和XRD分析,并以A.f+5g CG處理作為對照進(jìn)行比較(圖3,4).由圖3可知,A.f+5g CG處理所得濾渣(實(shí)際上就是高硫煤矸石)表現(xiàn)出一定的團(tuán)聚結(jié)構(gòu),表面凹凸不平且形狀不規(guī)則.與之對應(yīng)地,A.f+5gCG+9K處理所得高硫煤矸石表面包裹著具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀和針狀毛刺礦物,并且存在晶形完好菱面體狀礦物摻雜其中,這證實(shí)了A.f+5gCG+9K處理后期確有次生鐵礦物生成.據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,A.ferrooxidans介導(dǎo)的生物成因黃鉀鐵礬顆粒分布均勻,晶型規(guī)整并呈菱面體狀,大小約1～4μm[30-32];相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),在酸性礦山廢水中生物成因施氏礦物為海膽形或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),粒徑在1～2μm之間[33-34].顯然,A.f+5g CG+9K處理所得次生鐵礦物具備了施氏礦物和黃鐵礬的典型特征.圖4為A.f+5gCG+9K和A.f+5gCG處理反應(yīng)終點(diǎn)收集濾渣XRD圖譜.參考JCPDS施氏礦物(典型特征衍射峰位置2θ=35.16°等)和黃鉀鐵礬(典型特征衍射峰位置2θ=17.41°、28.97°、35.28°、45.86°、49.93°等)標(biāo)準(zhǔn)圖譜,結(jié)合衍射峰位置及相對強(qiáng)度判斷[35],A.f+5g CG+9K處理表面包裹礦物應(yīng)為施氏礦物和黃鉀鐵礬的混合物.

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3362339