甘蔗渣碳源释放规律及其硫酸盐还原菌利用性试验

针对传统有机碳源使用费用高、易产生二次污染等问题,采用农业废弃物甘蔗渣作为碳源,开展甘蔗渣在不同pH、不同粒径、不同投加量条件下的单因素试验和在不同硫酸盐还原菌(SRB)投加量、不同甘蔗渣粒径及其不同投加量条件下的正交试验,研究碳源释放规律以及SRB利用甘蔗渣的最佳组合条件。结果表明,在pH值为7的体系、甘蔗渣粒径和投量分别为60目、3.5 g·100 mL^(-1)废水时,甘蔗渣中纤维素水解速率及葡萄糖水解速率均较慢,有利于还原糖的持续积累。在100 mL废水中,SRB投加量为71.2 mg、甘蔗渣粒径和投量分别为100目和4.5 g时,SO_4^(2-)去除效果最好、还原糖水解速率最小,为正交试验的最佳组合。在此组合条件下,甘蔗渣持续供给碳源96 h后,反应体系中SO_4^(2-)去除率和还原糖释放量仍分别高达75.23%、64.03 mg·g^(-1),氧化还原电位(ORP)低至-224 mV。

改性褐煤对酸性矿山废水中Fe^(2+)、Mn^(2+)的吸附特性研究

针对酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)中Fe^(2+)、Mn^(2+)含量高,褐煤吸附饱和量有限等问题,以褐煤为试验材料,利用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)等手段分析褐煤的吸附机理。同时,采用静态烧杯试验,并基于NaCl浸泡改性、超声波辅助NaCl改性褐煤的方法以及吸附等温线、吸附动力学原理,研究褐煤及改性褐煤吸附Fe^(2+)、Mn^(2+)特性和机理。结果表明:褐煤的表面孔隙结构发达,褐煤主要由高岭石、方解石、菱铁矿、石英等矿物组成,含有丰富的—OH、—C=O、—CHO等活性基团。超声波辅助NaCl改性褐煤对Fe^(2+)、Mn^(2+)的吸附效果最佳,平衡时吸附饱和量分别为6.7750 mg/g和8.0925 mg/g,较未改性褐煤提高了28.44%、22.47%。褐煤及其改性褐煤对Fe^(2+)、Mn^(2+)的吸附过程均符合Langmuir等温模型。研究表明,褐煤及改性褐煤表面均匀并且为单分子层吸附,被吸附的Fe^(2+)、Mn^(2+)之间没有相互作用力。褐煤及改性褐煤的吸附能力大小为:超声波辅助NaCl改性褐煤>NaCl浸泡改性褐煤>褐煤。其中,吸附效果最好的超声波辅助NaCl改性褐煤对Fe^(2+)、Mn^(2+)的Langmuir拟合方程分别为y=0.06995x+0.13924、y=0.07073x+0.42516。褐煤对AMD中Fe^(2+)的吸附过程符合准二级动力学模型,说明褐煤对Fe^(2+)的吸附机理以离子交换作用为主;NaCl浸泡改性褐煤、超声波辅助NaCl改性褐煤对AMD中Fe^(2+)的吸附现象符合颗粒内扩散模型,表明该吸附过程是由膜扩散和颗粒内扩散共同控制。褐煤及改性褐煤对AMD中Mn^(2+)的吸附均符合准二级动力学模型,说明褐煤及改性褐煤对AMD中Mn^(2+)的吸附以化学吸附为主。其中吸附效果最好的超声波辅助NaCl改性褐煤对Fe^(2+)的颗粒内扩散模型方程为y=0.48024x+0.45312;对Mn^(2+)的准二级动力学拟合方程为y=0.10344x+3.41511。

硫酸盐还原菌利用不同生物质碳源对酸性矿山废水的处理

针对多组分酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)污染严重,治理费用高的特点,基于硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria,SRB)处理AMD具有成本低、适用性强、环境友好等诸多优点,从长期受煤矸石淋溶水污染的土壤中纯化培养一株SRB,并采用廉价易得的玉米芯、甘蔗渣和花生壳作为SRB生长碳源分别构造1号,2号,3号组动态柱,进行处理AMD的模拟实验,以探讨SRB利用生物质碳源处理AMD的有效性和规律性。各动态柱分别按照正交试验最优配比进行装填,其中,1号柱中SRB生物量和60目玉米芯按固液比分别为106.8∶100(mg∶mL)和3.5∶100(g∶mL)装填,2号柱中SRB生物量和100目甘蔗渣按固液比分别为71.2∶100(mg∶mL)和4.5∶100(g∶mL)装填,3号柱中SRB生物量和100目花生壳按固液比分别为106.8∶100(mg∶mL)和4.5∶100(g∶mL)装填。实验结果显示,以100目甘蔗渣为碳源的2号柱处理AMD的效果较好,对SO4^2-,Fe^3+,Mn^2+,Cr^6+,Cr^3+平均去除率分别为61.63%,99.81%,72.35%,96.8%,100%,而体系出水的pH值和ORP值分别为6.38~7.30,-246mV,表明SRB以甘蔗渣为碳源时的生长代谢活性优于玉米芯和花生壳,甘蔗渣可实现较持久的碳源供应。通过反应前后生物质材料的SEM和XRD分析表明,大量的Fe元素主要通过生物质材料的化学吸附方式被去除,而Mn和Cr元素主要通过与硫酸盐还原菌的代谢产物反应生成金属硫化物沉淀除去,少部分金属元素通过生物质材料的物理吸附被去除。同时,反应前生物质材料表面结构完整,反应后的生物质材料结构被破坏并附着纳米级金属硫化物沉淀。

超声波强化生物麦饭石固定化颗粒处理AMD试验

针对煤矿酸性废水污染严重、处理效果不理想的特点,以麦饭石和硫酸盐还原菌为包埋材料制作 3组固定化颗粒,构建1号(未超声)、2号(激活前超声)、3号(激活后超声),探讨了超声波强化技术对固定化颗粒处理煤矿酸性废水的影响。结果表明,3组固定化颗粒对煤矿酸性废水的处理效果为:2号>1号>3号,2号颗粒体系最终pH值为7.78,SO4^2-、Cr^6+和Cr^3+去除率分别达到89.37%、97.07%和99.39%。表明在麦饭石生物固定颗粒激活前进行超声波处理可有效提高其对煤矿酸性废水的处理效果,对修复煤矿酸性废水有一定的积极作用。

微生物协同铁屑强化花生壳处理玛瑙染色废水

针对玛瑙染色工业废水中存在着高浓度的Cr(Ⅵ)、SO_4^(2-)和H^+等,提出构造1~#(花生壳)、2~#(花生壳+铁屑)、3~#(花生壳+铁屑+微生物)动态柱模型进行动态试验,探讨铁屑协同微生物强化花生壳处理玛瑙染色废水的效果及产生的COD和TFe释放问题。结果表明,3~#动态柱对玛瑙染色废水中Cr(Ⅵ)、SO_4^(2-)的平均去除率分别为95.87%、66.32%,高于1~#、2~#动态柱的91.19%、28.34%和94.83%、59.55%,具有较强的抗污染负荷变化和p H值提升能力;运行后期3个动态柱出水COD和TFe浓度分别在1 000和10 mg/L以下。对比可见,经微生物协同铁屑强化后的花生壳动态柱对玛瑙染色废水有更好、更稳定的处理效果。