CN112694176A - 一种酸性矿山废水处理方法 - Google Patents

一种酸性矿山废水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种酸性矿山废水处理方法，所述方法包括：向酸性矿山废水中加入氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，使酸性矿山废水中氧化亚铁硫杆菌的菌密度为106cells/mL～108cells/mL，腐殖酸的浓度为80～800mg/L，调整酸性矿山废水的pH至1.5～4.5，通过曝气装进行曝气，使酸性矿山废水中溶解氧含量充足，并以150r/min～180r/min的搅拌速率搅拌48～72h。本发明提供的酸性矿山废水处理方法，通过在酸性矿山废水中添加氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，同时通过曝气，能使酸性矿山废水出现生物矿化现象，形成次生铁矿物，将酸性矿山废水中的溶解铁、Cd及Pb等重金属进行共沉淀，达到高效快速去除酸性矿山废水中溶解铁及重金属的目的。本申请所述方法操作简单，容易实现，重金属元素去除率高。

Description

一种酸性矿山废水处理方法
技术领域
本发明涉及矿山废水处理技术领域，特别涉及一种酸性矿山废水处理方法。
背景技术
矿产资源的开发利用是国民经济发展的重要物质基础，而矿山开采过程中及尾矿的堆积都会产生大量酸性矿山废水。这些酸性矿山废水具有极端酸性，并富含Fe、SO4 2-及多种重(类)金属离子，是矿区周边水体和土壤重金属污染的重要来源。酸性矿山废水不仅危害大，且难以处理，是全球采矿业面临的最严峻的环境问题之一。目前关于酸性矿山废水的治理方法有很多，如表面膜法、人工湿地法、硫酸盐还原菌法、石灰中和法等，其中，石灰中和法是目前国际上处理AMD最常用的方法。但是，石灰中和法处理过程中石灰的用量很大，导致处理成本高且中和产物Fe(OH)3、Fe(OH)2、CaSO4等物质易黏附在石灰表面而阻止中和反应继续进行，并导致大量废渣的产生，给环境带来二次污染风险。因此，寻求探索环保、有效的酸性矿山废水处理方法，对于治理酸性矿山废水具有重要环境的意义。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种酸性矿山废水处理方法，旨在解决现有技术中酸性矿山废水处理成本高，处理效率低的技术缺陷。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种酸性矿山废水处理方法，其中，所述方法包括：向酸性矿山废水中加入氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，使酸性矿山废水中氧化亚铁硫杆菌的菌密度为106cells/mL～108cells/mL，腐殖酸的浓度为80～800mg/L，调整酸性矿山废水的pH至1.5～4.5，通过曝气装进行曝气，使酸性矿山废水中溶解氧含量充足，并以150r/min～180r/min的搅拌速率搅拌48～72h。
所述酸性矿山废水处理方法中，所述氧化亚铁硫杆菌的菌密度为1.0×107～7.0×107cells/mL。
所述酸性矿山废水处理方法中，所述腐殖酸的浓度为100～500mg/L。
所述酸性矿山废水处理方法中，所述腐殖酸的浓度为200mg/L。
所述酸性矿山废水处理方法中，所述pH为2.0。
所述酸性矿山废水处理方法中，所述溶解氧含量为1mg/L～4mg/L。
所述酸性矿山废水处理方法中，所述方法包括：向酸性矿山废水中加入氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，所述氧化亚铁硫杆菌的菌密度为5×107cells/mL，所述腐殖酸的浓度为200mg/L，调整酸性矿山废水的pH至2.2，以160r/min的速率搅拌，同时进行曝气，使酸性矿山废水中溶解氧含量为3mg/L，搅拌60h。
有益效果：
本发明提供了一种酸性矿山废水处理方法，通过在酸性矿山废水中添加氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，同时通过曝气，能使酸性矿山废水出现生物矿化现象，形成次生铁矿物，将酸性矿山废水中的溶解铁、Cd及Pb等重金属进行共沉淀，达到高效快速去除酸性矿山废水中溶解铁及重金属的目的。本申请所述方法操作简单，容易实现，成本低廉，重金属元素去除率高，可广泛用于酸性矿山废水的处理。
具体实施方式
本发明提供一种酸性矿山废水处理方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种酸性矿山废水处理方法，所述方法包括：向酸性矿山废水中加入氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，使酸性矿山废水中氧化亚铁硫杆菌的菌密度为106cells/mL～108cells/mL，腐殖酸的浓度为80～800mg/L，调整酸性矿山废水的pH至1.5～4.5，通过曝气装进行曝气，使酸性矿山废水中溶解氧含量充足，并以150r/min～180r/min的搅拌速率搅拌48～72h。
上述酸性矿山废水处理方法中，所述氧化亚铁硫杆菌及腐殖酸，能使酸性矿山废水形成一系列次生铁矿物，出现生物矿化现象，这些次生铁矿物能将酸性矿山废水环境中有毒有害元素的进行沉淀，从而达到去除的效果。这些次生铁矿物在形成的过程中，不仅可以有效去除酸性矿山废水中存在的Fe和SO4 2-，并且也可通过吸附和共沉淀的方式大幅去除酸性矿山废水中的有毒有害元素。这是因为，加入的氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，一方面可促进次生铁矿物的生成，另一方面可使形成的次生铁矿物形成表面粗糙的微粒结构，大大的扩大其比表面积，从而提高次生铁矿物对重金属吸附去除能力，进而起到对酸性矿山废水中重金属元素去除的效果。
优选的，所述氧化亚铁硫杆菌的菌密度为5.0×107～7.0×108cells/mL时，具有较好的生物矿化效果。氧化亚铁硫杆菌的活性是关系到生物矿化效果的关键，在矿化过程中，利用的是氧化亚铁硫杆菌的氧化能力，通过其氧化能力，将Fe2+氧化成Fe3+，然后利用Fe3+的强氧化能力将体系中的亚硫酸、低价硫化物氧化成硫酸，使矿石中的金属转变为硫酸盐而释放出来。而氧化亚铁硫杆菌的菌密度会影响其活性，菌密度越高，活性越好，但是，过多菌的加入对生物矿化的增加效果并不明显，且加入的菌越多，成本越高，当氧化亚铁硫杆菌的菌密度为1.0×107～7.0×108cells/mL时，具有较好的活性，生物矿化效果较好。
优选的，所述腐殖酸的浓度为100～500mg/L。氧化亚铁硫杆菌的氧化性需要在酸性环境中方能发挥氧化作用，添加的腐殖酸，一方面可起到酸碱缓冲作用，消减氧化亚铁硫杆菌氧化Fe2+及Fe3+水解沉淀引起的pH变化，使pH值处于适宜的酸性状态，提高氧化亚铁硫杆菌的活性，加速Fe2+氧化；另一方面，腐殖酸能够强化酸性矿山废水的生物矿化效果，从而有效去除酸性矿山废水中溶解性铁(Fe2+，Fe3+)和SO4 2-；再者，腐殖酸能使形成的次生铁矿物的颗粒变细，并形成大量表面粗糙的铁-腐殖酸复合物，有利于重金属的吸附去除；最后，腐殖酸为次生铁矿物与重金属的结合增加更多结合位点(腐殖酸中的羧基官能团-COO-或-COOH，羟基官能团-OH)，从而高效去除酸性矿山废水中的重金属。当腐殖酸的浓度为100～500mg/L时，能使体系具有较好的生物矿化效果，可较好的去除酸性矿山废水中的重金属。更优选的，所述腐殖酸的浓度为200mg/L时，具有较好的生物矿化效果，且成本相对较低。
优选的，上述酸性矿山废水处理方法中，当体系pH为2.0时，具有较好的生物矿化效果。这是因为，所述氧化亚铁硫杆菌在酸性环境时方可发挥其氧化作用，当体系pH值为1.5～4.5时，特别是pH为2.0时，氧化亚铁硫杆菌具有较好的活性，能使体系具有较好的生物矿化效果。
优选的，上述酸性矿山废水处理方法中，通过曝气装置进行氧化曝气，使体系中溶解氧含量为1mg/L～4mg/L，使体系中溶解氧的含量充足，促进氧化亚铁硫杆菌的氧化作用，加速Fe2+的氧化，提高生物矿化效果。
具体的，上述酸性矿山废水处理方法中，还通过搅拌机构对体系进行搅拌混合，所述搅拌的速率为150r/min～180r/min，促进体系中各成分分散均匀，加速生物矿化作用。
经上述酸性矿山废水处理方法处理后的酸性矿山废水，可形成次生铁矿物，所述次生铁矿物为施氏矿物、黄钾铁矾和铁-有机质复合体的混合物，吸附有大量的Cd、Pb金属，能将酸性矿山废水中的Cd、Pb金属较完全的去除，具有操作简单、去除效率高、成本低的特点。
一种优选的酸性矿山废水处理方法，所述方法包括：向酸性矿山废水中加入氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，所述氧化亚铁硫杆菌的菌密度为5×107cells/mL，所述腐殖酸的浓度为200mg/L，调整酸性矿山废水的pH至2.2，以160r/min的速率搅拌，同时进行曝气，使酸性矿山废水中溶解氧含量为3mg/L，搅拌60h。所述优选的酸性矿山废水处理方法，具有较优的生物矿化效果，能较好的去除酸性矿山废水中的重金属。
为进一步的阐述本发明提供的一种酸性矿山废水处理方法，提供如下实施例。
实施例1
一种酸性矿山废水处理方法，所述方法包括：取未处理的酸性矿山废水，所述酸性矿山废水中Fe2+浓度为200mmol/L、重金属Cd和Pb的浓度均为400mg/L，向酸性矿山废水中加入氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，使酸性矿山废水中氧化亚铁硫杆菌的菌密度为106cells/mL，腐殖酸的浓度为800mg/L，然后测酸性矿山废水的pH值，并调整酸性矿山废水的pH至1.5，通过曝气装进行曝气，调整曝气量，使酸性矿山废水中溶解氧含量为4mg/L，并以150r/min的搅拌速率搅拌48h，即可将酸性矿山废水中的溶解性铁(Fe2+，Fe3+)和SO4 2-及有毒重金属去除。
反应结束后，测酸性矿山废水中的Fe、重金属Cd和Pb的含量，计算去除率，得Fe的去除率为42％，重金属Cd的去除率为96％，Pb的去除率为97％。
实施例2
一种酸性矿山废水处理方法，所述方法包括：取未处理的酸性矿山废水，所述酸性矿山废水中Fe2+浓度为200mmol/L、重金属Cd和Pb的浓度均为400mg/L，向酸性矿山废水中加入氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，使酸性矿山废水中氧化亚铁硫杆菌的菌密度为108cells/mL，腐殖酸的浓度为80，然后测酸性矿山废水的pH值，并调整酸性矿山废水的pH至4.5，通过曝气装进行曝气，调整曝气量，使酸性矿山废水中溶解氧含量为4mg/L，并以180r/min的搅拌速率搅拌72h，即可将酸性矿山废水中的溶解性铁(Fe2+，Fe3+)和SO4 2-及有毒重金属去除。
反应结束后，测酸性矿山废水中的Fe、重金属Cd和Pb的含量，计算去除率，得Fe的去除率为44％，重金属Cd的去除率为95％，Pb的去除率为97％。
实施例3
一种酸性矿山废水处理方法，所述方法包括：取未处理的酸性矿山废水，所述酸性矿山废水中Fe2+浓度为200mmol/L、重金属Cd和Pb的浓度均为400mg/L，向酸性矿山废水中加入氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，使酸性矿山废水中氧化亚铁硫杆菌的菌密度为1.0×107，腐殖酸的浓度为500mg/L，然后测酸性矿山废水的pH值，并调整酸性矿山废水的pH至3，通过曝气装进行曝气，调整曝气量，使酸性矿山废水中溶解氧含量为3mg/L，并以170r/min的搅拌速率搅拌55h，即可将酸性矿山废水中的溶解性铁(Fe2+，Fe3+)和SO4 2-及有毒重金属去除。
反应结束后，测酸性矿山废水中的Fe、重金属Cd和Pb的含量，计算去除率，得Fe的去除率为46％，重金属Cd的去除率为97％，Pb的去除率为98％。
实施例4
一种酸性矿山废水处理方法，所述方法包括：取未处理的酸性矿山废水，所述酸性矿山废水中Fe2+浓度为200mmol/L、重金属Cd和Pb的浓度均为400mg/L，向酸性矿山废水中加入氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，使酸性矿山废水中氧化亚铁硫杆菌的菌密度为7.0×107cells/mL，腐殖酸的浓度为100mg/L，然后测酸性矿山废水的pH值，并调整酸性矿山废水的pH至2，通过曝气装进行曝气，调整曝气量，使酸性矿山废水中溶解氧含量为2mg/L，并以160r/min的搅拌速率搅拌65h，即可将酸性矿山废水中的溶解性铁(Fe2+，Fe3+)和SO4 2-及有毒重金属去除。
反应结束后，测酸性矿山废水中的Fe、重金属Cd和Pb的含量，计算去除率，得Fe的去除率为45％，重金属Cd的去除率为98％，Pb的去除率为97％。
实施例5
一种优选的酸性矿山废水处理方法，所述方法包括：取未处理的酸性矿山废水，所述酸性矿山废水中Fe2+浓度为200mmol/L、重金属Cd和Pb的浓度均为400mg/L，向酸性矿山废水中加入氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，使酸性矿山废水中氧化亚铁硫杆菌的菌密度为5×107cells/mL，所述腐殖酸的浓度为200mg/L，然后测酸性矿山废水的pH值，并调整酸性矿山废水的pH至2.0，通过曝气装进行曝气，调整曝气量，使酸性矿山废水中溶解氧含量为3mg/L，并以160r/min的搅拌速率搅拌60h，即可将酸性矿山废水中的溶解性铁(Fe2+，Fe3+)和SO4 2-及有毒重金属去除。
反应结束后，测酸性矿山废水中的Fe、重金属Cd和Pb的含量，计算去除率，得Fe的去除率为51％，重金属Cd的去除率为98％，Pb的去除率为99％。同时，测次生矿物产量，平均每升酸性矿山废水的次生矿物产量为26.3g。
对比例1
一种酸性矿山废水处理方法，所述方法包括：取未处理的酸性矿山废水，所述酸性矿山废水中Fe2+浓度为200mmol/L、重金属Cd和Pb的浓度均为400mg/L，向酸性矿山废水中加入氧化亚铁硫杆菌，使酸性矿山废水中氧化亚铁硫杆菌的菌密度为5×107cells/mL，然后测酸性矿山废水的pH值，并调整酸性矿山废水的pH至2.0，通过曝气装进行曝气，调整曝气量，使酸性矿山废水中溶解氧含量为3mg/L，并以160r/min的搅拌速率搅拌60h，即可将酸性矿山废水中的溶解性铁(Fe2+，Fe3+)和SO4 2-及有毒重金属去除。
反应结束后，测酸性矿山废水中的Fe2+、重金属Cd和Pb的含量，计算去除率，得Fe2+的去除率为37％，重金属Cd的去除率为84％，Pb的去除率为82％。同时，测次生矿物产量，平均每升酸性矿山废水的次生矿物产量为21.7g。
将对比例1与实施例5进行比对发现，添加有腐殖酸的处理方法具有更好的处理效果，其Cd和Pb的去除率均可达到95％以上，其中，实施例5中总铁的沉淀率较对比例1提高了14％，而重金属Cd的去除率提高了14％，Pb的去除率提高了17％，次生矿物的产量每升酸性矿山废水提高了4.6g。可见腐蚀酸的添加，能大大的提高次生铁矿物的转化以及对重金属的吸附效果，进而提高生物矿化处理的效果。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种酸性矿山废水处理方法，其特征在于，所述方法包括：向酸性矿山废水中加入氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，使酸性矿山废水中氧化亚铁硫杆菌的菌密度为106cells/mL～108cells/mL，腐殖酸的浓度为80～800mg/L，调整酸性矿山废水的pH至1.5～4.5，通过曝气装进行曝气，使酸性矿山废水中溶解氧含量充足，并以150r/min～180r/min的搅拌速率搅拌48～72h。
2.根据权利要求1所述的酸性矿山废水处理方法，其特征在于，所述氧化亚铁硫杆菌的菌密度为1.0×107～7.0×107cells/mL。
3.根据权利要求1所述的酸性矿山废水处理方法，其特征在于，所述腐殖酸的浓度为100～500mg/L。
4.根据权利要求1所述的酸性矿山废水处理方法，其特征在于，所述腐殖酸的浓度为200mg/L。
5.根据权利要求1所述的酸性矿山废水处理方法，其特征在于，所述pH为2.0。
6.根据权利要求1所述的酸性矿山废水处理方法，其特征在于，所述溶解氧含量为1mg/L～4mg/L。
7.根据权利要求1所述的酸性矿山废水处理方法，其特征在于，所述方法包括：向酸性矿山废水中加入氧化亚铁硫杆菌和腐殖酸，所述氧化亚铁硫杆菌的菌密度为5×107cells/mL，所述腐殖酸的浓度为200mg/L，调整酸性矿山废水的pH至2.2，以160r/min的速率搅拌，同时进行曝气，使酸性矿山废水中溶解氧含量为3mg/L，搅拌60h。
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