四川廢水處理：本發(fā)明公開(kāi)一種微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法及微電解生物反應(yīng)器，通過(guò)向反應(yīng)器內(nèi)填充鐵碳微電解填料并接種硫酸鹽還原菌，鐵和碳產(chǎn)生的微電解反應(yīng)迅速還原酸性礦山廢水中部分金屬離子、提高體系pH，解決低pH和重金屬對(duì)硫酸鹽還原菌的抑制毒害問(wèn)題;通過(guò)微電解產(chǎn)生的電刺激提高硫酸鹽還原菌對(duì)硫酸鹽的還原速率，部分金屬以硫化物沉淀形式去除;產(chǎn)生Fe3+和堿度，使部分金屬以Fe(OH)3混凝和氫氧化物沉淀方式去除。本發(fā)明的微電解生物反應(yīng)器較其他生物反應(yīng)器具有高硫酸鹽、重金屬去除效率和高系統(tǒng)穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法，其特征在于，包括以下步驟：

　　(1)取含硫酸鹽還原菌的污泥或水樣加入改進(jìn)型Starkey式培養(yǎng)基中，在恒溫厭氧培養(yǎng)箱內(nèi)連續(xù)富集培養(yǎng)得硫酸鹽還原菌優(yōu)勢(shì)菌種;

　　(2)以經(jīng)過(guò)清洗活化的鐵屑和活性炭為填料置于酸性礦山廢水反應(yīng)器中，加入步驟(1)所制備的硫酸鹽還原菌優(yōu)勢(shì)菌種菌液和培養(yǎng)基，穩(wěn)定1-3日;

　　(3)將酸性礦山廢水進(jìn)行稀釋后對(duì)酸性礦山廢水反應(yīng)器進(jìn)行初始進(jìn)水，然后逐步縮短水力停留時(shí)間、降低廢水稀釋倍數(shù)，廢水下進(jìn)上出;

　　(4)經(jīng)步驟(3)處理后的廢水，靜置待絮體混凝沉淀完全后即完成對(duì)酸性礦山廢水的處理過(guò)程。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法，其特征在于，步驟(1)中污泥或水樣按10%體積比加入改進(jìn)型Starkey式培養(yǎng)基，富集培養(yǎng)溫度(32±1)℃，硫酸鹽還原菌優(yōu)勢(shì)菌種的確定以滴加亞鐵鹽后溶液迅速形成黑色沉淀為準(zhǔn)。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法，其特征在于，步驟(2)中鐵屑和活性炭的粒徑為2-4mm，鐵屑和活性炭的添加質(zhì)量比為(1-3)∶(1-3)。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法，其特征在于，步驟(2)中，所接種菌液中SRB處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，菌液的添加量為培養(yǎng)基體積的20%～30%，所述培養(yǎng)基組成包括：K2HPO4 0.5g/L,NH4Cl 1.0g/L,MgSO4·7H2O 2.0g/L,Na2SO40.5g/L,(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 1.2g/L,CaCl2·H2O 0.1g/L,酵母膏1.0g/L,乳酸鈉4.0g/L,抗壞血酸0.1g/L,pH 7.0。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法，其特征在于，步驟(3)中初始進(jìn)水的廢水稀釋倍數(shù)為5-6倍，初始進(jìn)水水力停留時(shí)間為48h;水力停留時(shí)間每次縮短6-8h，直至達(dá)到10-12h;廢水稀釋倍數(shù)為每次進(jìn)水硫酸鹽濃度提升不高于700mg/L，直至進(jìn)水濃度提升至原水濃度;每次進(jìn)水指標(biāo)改變后，待出水COD值穩(wěn)定可進(jìn)行下一次調(diào)整。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法，其特征在于，廢水在進(jìn)入反應(yīng)器前按廢水硫酸鹽含量投加碳源、氮源和磷源，優(yōu)選比為COD:SO42-:N:P=200:150:5:1。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法，其特征在于，所述碳源為乙醇，所述氮源為氯化銨，所述磷源為磷酸氫二鉀或磷酸二氫鉀。

　　8.一種用于權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法的微電解生物反應(yīng)器，其特征在于，包括微電解生物反應(yīng)裝置(Ⅰ)和沉淀裝置(Ⅱ)，其中，微電解生物反應(yīng)裝置(Ⅰ)自下而上設(shè)置有進(jìn)水管(1)、穿孔支撐板(3)、微電解生物反應(yīng)區(qū)(5)和微電解生物反應(yīng)器出水口(6)、導(dǎo)流管(7);沉淀裝置(Ⅱ)頂部設(shè)置有沉淀池進(jìn)水口(8)、擋泥板(9)和出水管(11)，底部設(shè)有排污管(10);微電解生物反應(yīng)器出水口(6)連通沉淀裝置的沉淀池進(jìn)水口(8)。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微電解生物反應(yīng)器，其特征在于，在微電解生物反應(yīng)裝置底部安裝布水管(2)，用細(xì)格網(wǎng)組塊(4)承裝微電解填料置入微電解生物反應(yīng)裝置內(nèi)，微電解生物反應(yīng)裝置還設(shè)有換熱器(13)，沉淀裝置出水管(11)部位設(shè)有水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀(12)，寒冷環(huán)境下在微電解生物反應(yīng)器外增加保溫棉。

　　10.一種利用權(quán)利要求8或9所述的微電解生物反應(yīng)器進(jìn)行硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法，其特征在于，廢水經(jīng)進(jìn)水管(1)進(jìn)入，穿過(guò)穿孔支撐板(3)向上流經(jīng)微電解生物反應(yīng)區(qū)(5)，完成硫酸鹽和部分金屬離子還原，到達(dá)微電解生物反應(yīng)器上部經(jīng)微電解生物反應(yīng)器出水口(6)和導(dǎo)流管(7)進(jìn)入沉淀裝置沉淀池進(jìn)水口(8)，完成對(duì)剩余的金屬離子和懸浮物混凝沉淀作用，水從出水管(11)排出，沉淀定期從底部排污管(10)排出。

　　說(shuō)明書

　　一種微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法及微電解生物反應(yīng)器

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法及微電解生物反應(yīng)器。

　　背景技術(shù)

　　目前在我國(guó)煤炭生產(chǎn)過(guò)程中，酸性礦山廢水(acid mine drainage,AMD)年排放量達(dá)36億噸，占全國(guó)工業(yè)廢水總排放量的近十分之一，若處理不善，對(duì)環(huán)境污染所造成的危害嚴(yán)重，往往不可逆轉(zhuǎn)。對(duì)其處理的主要方法有中和法、濕地法和生物法等。其中，中和法易產(chǎn)生大量難以處理的固體廢棄物引起二次污染，濕地法處理效率高，但占地面積大，管理維護(hù)復(fù)雜，易產(chǎn)生二次污染。生物法具有投資小、運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

　　硫酸鹽還原菌(Sulfate-reducing bacteria，簡(jiǎn)稱SRB)是利用廢水中有機(jī)物或者氫為電子供體，通過(guò)自身異化還原作用將硫酸鹽還原為S2-厭氧微生物，廣泛分布于海水、海底沉積物、稻田土、湖泊和工業(yè)廢水等環(huán)境中且易存活，因此利用SRB可有效治理硫酸鹽污染。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水存在諸多問(wèn)題：面對(duì)其他厭氧微生物的競(jìng)爭(zhēng)，SRB往往不能得到足夠碳源，系統(tǒng)穩(wěn)定性差;理論上當(dāng)COD/SO42-達(dá)到0.67時(shí)，硫酸鹽就能被SRB完全還原，而在實(shí)際應(yīng)用中C/S需要達(dá)到2～10才能取得較好的效果;酸性礦山廢水中的H+和重金屬，對(duì)SRB的毒害抑制作用極大。目前學(xué)者們對(duì)SRB使用活性炭吸附固定、顆粒包埋固定等方法進(jìn)行酸性礦山廢水處理試驗(yàn)研究，取得一定成果，但SRB還原硫酸鹽效率仍難達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用要求?；诖?，找到在實(shí)際應(yīng)用中能夠提高SRB活性和種群競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的方法，是提高硫酸鹽還原速率、提高酸性礦山廢水處理能力亟待解決的問(wèn)題。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法及微電解生物反應(yīng)器。通過(guò)向反應(yīng)器中加入生物炭和鐵粉，產(chǎn)生微電解作用，從而提高強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的能力，解決硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水時(shí)硫酸鹽還原速率低、電子供體不足和pH低、重金屬耐受性差的問(wèn)題。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案之一，一種微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法，包括以下步驟：

　　(1)取含硫酸鹽還原菌的污泥或水樣加入改進(jìn)型Starkey式培養(yǎng)基中，在恒溫厭氧培養(yǎng)箱內(nèi)連續(xù)富集培養(yǎng)得硫酸鹽還原菌優(yōu)勢(shì)菌種，測(cè)定其生長(zhǎng)曲線;

　　(2)以經(jīng)過(guò)清洗活化的鐵屑和活性炭為填料置于酸性礦山廢水反應(yīng)器中，加入步驟(1)所制備的硫酸鹽還原菌優(yōu)勢(shì)菌種菌液和培養(yǎng)基，穩(wěn)定1-3日;

　　(3)將酸性礦山廢水進(jìn)行稀釋后對(duì)酸性礦山廢水反應(yīng)器進(jìn)行初始進(jìn)水，然后逐步縮短水力停留時(shí)間、降低廢水稀釋倍數(shù)，廢水下進(jìn)上出;

　　(4)經(jīng)步驟(3)處理后的廢水，靜置待絮體混凝沉淀完全后即完成對(duì)酸性礦山廢水的處理過(guò)程。

　　優(yōu)選的，步驟(1)中污泥或水樣按10%體積比加入改進(jìn)型Starkey式培養(yǎng)基，富集培養(yǎng)溫度(32±1)℃，硫酸鹽還原菌優(yōu)勢(shì)菌種的確定以滴加亞鐵鹽后溶液迅速形成黑色沉淀為準(zhǔn)。

　　優(yōu)選的，步驟(2)中鐵屑和活性炭的粒徑為2-4mm，鐵屑和活性炭的添加質(zhì)量比為(1-3)∶(1-3)，更加優(yōu)選的為3∶1。

　　優(yōu)選的，步驟(2)中，所接種菌液中SRB處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，菌液的添加量為培養(yǎng)基體積的20%～30%，所述培養(yǎng)基組成包括：K2HPO4 0.5g/L,NH4Cl 1.0g/L,MgSO4·7H2O 2.0g/L,Na2SO4 0.5g/L,(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 1.2g/L,CaCl2·H2O 0.1g/L,酵母膏1.0g/L,乳酸鈉4.0g/L,抗壞血酸0.1g/L,pH 7.0。

　　優(yōu)選的，步驟(3)中初始進(jìn)水的廢水稀釋倍數(shù)為5-6倍，初始進(jìn)水水力停留時(shí)間為48h;水力停留時(shí)間每次縮短6-8h，直至達(dá)到10-12h;廢水稀釋倍數(shù)為每次進(jìn)水硫酸鹽濃度提升不高于700mg/L，直至進(jìn)水濃度提升至原水濃度;每次進(jìn)水指標(biāo)改變后，待出水COD值穩(wěn)定可進(jìn)行下一次調(diào)整。

　　優(yōu)選的，廢水在進(jìn)入反應(yīng)器前按廢水硫酸鹽含量投加碳源、氮源和磷源，優(yōu)選比為COD:SO42-:N:P=200:150:5:1。。

　　優(yōu)選的，所述碳源為乙醇，所述氮源為氯化銨，所述磷源為磷酸氫二鉀或磷酸二氫鉀。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案之二，適用于上述微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水的方法的微電解生物反應(yīng)器，包括微電解生物反應(yīng)裝置和沉淀裝置，其中，微電解生物反應(yīng)裝置自下而上設(shè)置有進(jìn)水管、穿孔支撐板、微電解生物反應(yīng)區(qū)和微電解生物反應(yīng)器出水口、導(dǎo)流管;沉淀裝置頂部設(shè)置有沉淀池進(jìn)水口、擋泥板和出水管，底部設(shè)有排污管;微電解生物反應(yīng)器出水口連接沉淀裝置的沉淀池進(jìn)水口。

　　優(yōu)選的，在微電解生物反應(yīng)裝置底部安裝布水管使得進(jìn)水均勻，用細(xì)格網(wǎng)組塊承裝微電解填料置入微電解生物反應(yīng)裝置內(nèi)，使得填充更換方便、避免填料擠壓，微電解生物反應(yīng)裝置還設(shè)有換熱器，沉淀裝置出水管部位設(shè)有水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀，寒冷環(huán)境下在微電解生物反應(yīng)器外增加保溫棉。每日關(guān)注水質(zhì)波動(dòng)情況，及時(shí)調(diào)整進(jìn)水流量或更換填料以保證出水。

　　本發(fā)明還提供上述微電解生物反應(yīng)進(jìn)行微電解強(qiáng)化硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水過(guò)程為：廢水經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入，穿過(guò)穿孔支撐板向上流經(jīng)微電解生物反應(yīng)區(qū)，完成硫酸鹽和部分金屬離子還原，到達(dá)微電解生物反應(yīng)器上部經(jīng)微電解生物反應(yīng)器出水口和導(dǎo)流管進(jìn)入沉淀裝置沉淀池進(jìn)水口，完成對(duì)剩余的金屬離子和懸浮物混凝沉淀作用，水從出水管排出，沉淀定期從底部排污管排出。

　　優(yōu)選的，廢水進(jìn)入換熱器后水溫提升到30～35℃，經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入各布水管，穿過(guò)穿孔支撐板向上流經(jīng)微電解生物反應(yīng)區(qū)，完成硫酸鹽和部分金屬離子還原，達(dá)到微電解生物反應(yīng)器上部經(jīng)微電解生物反應(yīng)器出水口和導(dǎo)流管進(jìn)入沉淀裝置沉淀池進(jìn)水口，反應(yīng)生成的Fe(OH)3膠體絮凝物2～3h完成對(duì)剩余的金屬離子和懸浮物混凝沉淀作用，水從出水管排出，沉淀定期從底部排污管排出，由于過(guò)程中鐵的損失量與填料總量比相差較大，所以鐵粉無(wú)需補(bǔ)充，待出水值不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)更換填料即可。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

　　(1)本發(fā)明提供的酸性礦山廢水處理方法，利用鐵和碳的微電解反應(yīng)，通過(guò)氧化還原反應(yīng)、電化學(xué)富集等協(xié)同作用，可迅速去除部分金屬離子并提高酸性礦山廢水的pH值，有效解決了酸性礦山廢水的低pH和重金屬對(duì)SRB活性的抑制問(wèn)題。

　　(2)本發(fā)明提供的酸性礦山廢水處理方法，利用微電解過(guò)程中產(chǎn)生的電流，刺激SRB胞外分泌物的分泌、提高電子利用率、加快傳質(zhì)效率，從而達(dá)到了提高SRB對(duì)硫酸鹽的還原速率效果。

　　(3)本發(fā)明提供的酸性礦山廢水處理方法，通過(guò)電刺激促進(jìn)了SRB的選擇性富集，提高SRB在微生物群落中的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　(4)本發(fā)明提供的酸性礦山廢水處理方法，可減少還原單位硫酸鹽對(duì)碳源的消耗，可降低碳源投加;反應(yīng)生成的Fe(OH)3膠體絮凝物能將懸浮物和剩余金屬離子混凝去除，無(wú)需外加中和劑或混凝劑，可降低成本投入和能源消耗。

　　(5)本發(fā)明提供的酸性礦山廢水處理方法，取材方便、操作簡(jiǎn)單、處理能力強(qiáng)、還原速率高，可在實(shí)際工程中應(yīng)用。

　　(6)本發(fā)明提供的微電解生物反應(yīng)器，大多條件均可安裝，成本造價(jià)低，維護(hù)簡(jiǎn)單，可任意擴(kuò)容、拆卸和遷移。