贵州微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水方法

贵阳废水处理：本发明公开一种微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法及微电解生物反应器，通过向反应器内填充铁碳微电解填料并接种硫酸盐还原菌，铁和碳产生的微电解反应迅速还原酸性矿山废水中部分金属离子、提高体系pH，解决低pH和重金属对硫酸盐还原菌的抑制毒害问题;通过微电解产生的电刺激提高硫酸盐还原菌对硫酸盐的还原速率，部分金属以硫化物沉淀形式去除;产生Fe3+和碱度，使部分金属以Fe(OH)3混凝和氢氧化物沉淀方式去除。本发明的微电解生物反应器较其他生物反应器具有高硫酸盐、重金属去除效率和高系统稳定性的优势。

　　权利要求书

　　1.一种微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

　　(1)取含硫酸盐还原菌的污泥或水样加入改进型Starkey式培养基中，在恒温厌氧培养箱内连续富集培养得硫酸盐还原菌优势菌种;

　　(2)以经过清洗活化的铁屑和活性炭为填料置于酸性矿山废水反应器中，加入步骤(1)所制备的硫酸盐还原菌优势菌种菌液和培养基，稳定1-3日;

　　(3)将酸性矿山废水进行稀释后对酸性矿山废水反应器进行初始进水，然后逐步缩短水力停留时间、降低废水稀释倍数，废水下进上出;

　　(4)经步骤(3)处理后的废水，静置待絮体混凝沉淀完全后即完成对酸性矿山废水的处理过程。

　　2.根据权利要求1所述的微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法，其特征在于，步骤(1)中污泥或水样按10%体积比加入改进型Starkey式培养基，富集培养温度(32±1)℃，硫酸盐还原菌优势菌种的确定以滴加亚铁盐后溶液迅速形成黑色沉淀为准。

　　3.根据权利要求1所述的微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法，其特征在于，步骤(2)中铁屑和活性炭的粒径为2-4mm，铁屑和活性炭的添加质量比为(1-3)∶(1-3)。

　　4.根据权利要求1所述的微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法，其特征在于，步骤(2)中，所接种菌液中SRB处于对数生长期，菌液的添加量为培养基体积的20%～30%，所述培养基组成包括：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,乳酸钠4.0g/L,抗坏血酸0.1g/L,pH 7.0。

　　5.根据权利要求1所述的微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法，其特征在于，步骤(3)中初始进水的废水稀释倍数为5-6倍，初始进水水力停留时间为48h;水力停留时间每次缩短6-8h，直至达到10-12h;废水稀释倍数为每次进水硫酸盐浓度提升不高于700mg/L，直至进水浓度提升至原水浓度;每次进水指标改变后，待出水COD值稳定可进行下一次调整。

　　6.根据权利要求1所述的微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法，其特征在于，废水在进入反应器前按废水硫酸盐含量投加碳源、氮源和磷源，优选比为COD:SO42-:N:P=200:150:5:1。

　　7.根据权利要求6所述的微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法，其特征在于，所述碳源为乙醇，所述氮源为氯化铵，所述磷源为磷酸氢二钾或磷酸二氢钾。

　　8.一种用于权利要求1-7任一项所述的微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法的微电解生物反应器，其特征在于，包括微电解生物反应装置(Ⅰ)和沉淀装置(Ⅱ)，其中，微电解生物反应装置(Ⅰ)自下而上设置有进水管(1)、穿孔支撑板(3)、微电解生物反应区(5)和微电解生物反应器出水口(6)、导流管(7);沉淀装置(Ⅱ)顶部设置有沉淀池进水口(8)、挡泥板(9)和出水管(11)，底部设有排污管(10);微电解生物反应器出水口(6)连通沉淀装置的沉淀池进水口(8)。

　　9.根据权利要求8所述的微电解生物反应器，其特征在于，在微电解生物反应装置底部安装布水管(2)，用细格网组块(4)承装微电解填料置入微电解生物反应装置内，微电解生物反应装置还设有换热器(13)，沉淀装置出水管(11)部位设有水质在线监测仪(12)，寒冷环境下在微电解生物反应器外增加保温棉。

　　10.一种利用权利要求8或9所述的微电解生物反应器进行硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法，其特征在于，废水经进水管(1)进入，穿过穿孔支撑板(3)向上流经微电解生物反应区(5)，完成硫酸盐和部分金属离子还原，到达微电解生物反应器上部经微电解生物反应器出水口(6)和导流管(7)进入沉淀装置沉淀池进水口(8)，完成对剩余的金属离子和悬浮物混凝沉淀作用，水从出水管(11)排出，沉淀定期从底部排污管(10)排出。

　　说明书

　　一种微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法及微电解生物反应器

　　技术领域

　　本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法及微电解生物反应器。

　　背景技术

　　目前在我国煤炭生产过程中，酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)年排放量达36亿吨，占全国工业废水总排放量的近十分之一，若处理不善，对环境污染所造成的危害严重，往往不可逆转。对其处理的主要方法有中和法、湿地法和生物法等。其中，中和法易产生大量难以处理的固体废弃物引起二次污染，湿地法处理效率高，但占地面积大，管理维护复杂，易产生二次污染。生物法具有投资小、运行费用低、无二次污染等优点。

　　硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing bacteria，简称SRB)是利用废水中有机物或者氢为电子供体，通过自身异化还原作用将硫酸盐还原为S2-厌氧微生物，广泛分布于海水、海底沉积物、稻田土、湖泊和工业废水等环境中且易存活，因此利用SRB可有效治理硫酸盐污染。经过试验研究发现，硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水存在诸多问题：面对其他厌氧微生物的竞争，SRB往往不能得到足够碳源，系统稳定性差;理论上当COD/SO42-达到0.67时，硫酸盐就能被SRB完全还原，而在实际应用中C/S需要达到2～10才能取得较好的效果;酸性矿山废水中的H+和重金属，对SRB的毒害抑制作用极大。目前学者们对SRB使用活性炭吸附固定、颗粒包埋固定等方法进行酸性矿山废水处理试验研究，取得一定成果，但SRB还原硫酸盐效率仍难达到工业化应用要求。基于此，找到在实际应用中能够提高SRB活性和种群竞争优势的方法，是提高硫酸盐还原速率、提高酸性矿山废水处理能力亟待解决的问题。

　　发明内容

　　为解决上述技术问题，本发明提供一种微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法及微电解生物反应器。通过向反应器中加入生物炭和铁粉，产生微电解作用，从而提高强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的能力，解决硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水时硫酸盐还原速率低、电子供体不足和pH低、重金属耐受性差的问题。

　　本发明的技术方案之一，一种微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法，包括以下步骤：

　　(1)取含硫酸盐还原菌的污泥或水样加入改进型Starkey式培养基中，在恒温厌氧培养箱内连续富集培养得硫酸盐还原菌优势菌种，测定其生长曲线;

　　(2)以经过清洗活化的铁屑和活性炭为填料置于酸性矿山废水反应器中，加入步骤(1)所制备的硫酸盐还原菌优势菌种菌液和培养基，稳定1-3日;

　　(3)将酸性矿山废水进行稀释后对酸性矿山废水反应器进行初始进水，然后逐步缩短水力停留时间、降低废水稀释倍数，废水下进上出;

　　(4)经步骤(3)处理后的废水，静置待絮体混凝沉淀完全后即完成对酸性矿山废水的处理过程。

　　优选的，步骤(1)中污泥或水样按10%体积比加入改进型Starkey式培养基，富集培养温度(32±1)℃，硫酸盐还原菌优势菌种的确定以滴加亚铁盐后溶液迅速形成黑色沉淀为准。

　　优选的，步骤(2)中铁屑和活性炭的粒径为2-4mm，铁屑和活性炭的添加质量比为(1-3)∶(1-3)，更加优选的为3∶1。

　　优选的，步骤(2)中，所接种菌液中SRB处于对数生长期，菌液的添加量为培养基体积的20%～30%，所述培养基组成包括：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,乳酸钠4.0g/L,抗坏血酸0.1g/L,pH 7.0。

　　优选的，步骤(3)中初始进水的废水稀释倍数为5-6倍，初始进水水力停留时间为48h;水力停留时间每次缩短6-8h，直至达到10-12h;废水稀释倍数为每次进水硫酸盐浓度提升不高于700mg/L，直至进水浓度提升至原水浓度;每次进水指标改变后，待出水COD值稳定可进行下一次调整。

　　优选的，废水在进入反应器前按废水硫酸盐含量投加碳源、氮源和磷源，优选比为COD:SO42-:N:P=200:150:5:1。。

　　优选的，所述碳源为乙醇，所述氮源为氯化铵，所述磷源为磷酸氢二钾或磷酸二氢钾。

　　本发明的技术方案之二，适用于上述微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的方法的微电解生物反应器，包括微电解生物反应装置和沉淀装置，其中，微电解生物反应装置自下而上设置有进水管、穿孔支撑板、微电解生物反应区和微电解生物反应器出水口、导流管;沉淀装置顶部设置有沉淀池进水口、挡泥板和出水管，底部设有排污管;微电解生物反应器出水口连接沉淀装置的沉淀池进水口。

　　优选的，在微电解生物反应装置底部安装布水管使得进水均匀，用细格网组块承装微电解填料置入微电解生物反应装置内，使得填充更换方便、避免填料挤压，微电解生物反应装置还设有换热器，沉淀装置出水管部位设有水质在线监测仪，寒冷环境下在微电解生物反应器外增加保温棉。每日关注水质波动情况，及时调整进水流量或更换填料以保证出水。

　　本发明还提供上述微电解生物反应进行微电解强化硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水过程为：废水经进水管进入，穿过穿孔支撑板向上流经微电解生物反应区，完成硫酸盐和部分金属离子还原，到达微电解生物反应器上部经微电解生物反应器出水口和导流管进入沉淀装置沉淀池进水口，完成对剩余的金属离子和悬浮物混凝沉淀作用，水从出水管排出，沉淀定期从底部排污管排出。

　　优选的，废水进入换热器后水温提升到30～35℃，经进水管进入各布水管，穿过穿孔支撑板向上流经微电解生物反应区，完成硫酸盐和部分金属离子还原，达到微电解生物反应器上部经微电解生物反应器出水口和导流管进入沉淀装置沉淀池进水口，反应生成的Fe(OH)3胶体絮凝物2～3h完成对剩余的金属离子和悬浮物混凝沉淀作用，水从出水管排出，沉淀定期从底部排污管排出，由于过程中铁的损失量与填料总量比相差较大，所以铁粉无需补充，待出水值不能达到排放标准时更换填料即可。

　　与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

　　(1)本发明提供的酸性矿山废水处理方法，利用铁和碳的微电解反应，通过氧化还原反应、电化学富集等协同作用，可迅速去除部分金属离子并提高酸性矿山废水的pH值，有效解决了酸性矿山废水的低pH和重金属对SRB活性的抑制问题。

　　(2)本发明提供的酸性矿山废水处理方法，利用微电解过程中产生的电流，刺激SRB胞外分泌物的分泌、提高电子利用率、加快传质效率，从而达到了提高SRB对硫酸盐的还原速率效果。

　　(3)本发明提供的酸性矿山废水处理方法，通过电刺激促进了SRB的选择性富集，提高SRB在微生物群落中的竞争优势，增强系统稳定性。

　　(4)本发明提供的酸性矿山废水处理方法，可减少还原单位硫酸盐对碳源的消耗，可降低碳源投加;反应生成的Fe(OH)3胶体絮凝物能将悬浮物和剩余金属离子混凝去除，无需外加中和剂或混凝剂，可降低成本投入和能源消耗。

　　(5)本发明提供的酸性矿山废水处理方法，取材方便、操作简单、处理能力强、还原速率高，可在实际工程中应用。

　　(6)本发明提供的微电解生物反应器，大多条件均可安装，成本造价低，维护简单，可任意扩容、拆卸和迁移。