【摘 要】
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本论文针对我国煤矿酸性废水(Acid Coal Mine Drainage,ACMD)腐蚀性强、锰硫含量高的特点,基于微生物固定化技术,采用改性麦饭石作为主要基质成分,通过与硫酸盐还原菌(Sulfate R
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本论文针对我国煤矿酸性废水(Acid Coal Mine Drainage,ACMD)腐蚀性强、锰硫含量高的特点,基于微生物固定化技术,采用改性麦饭石作为主要基质成分,通过与硫酸盐还原菌(Sulfate Reducing Bacteria,SRB)污泥的有机结合,制成改性麦饭石固定化SRB污泥颗粒对ACMD进行处理。首先,通过正交和响应曲面实验,对颗粒进行组成含量优化及成分相关性分析;其次,通过静态续批实验,对颗粒进行离子响应及动力学特性分析;最后,通过动态连续柱实验,对颗粒去除效能和抗污染负荷变化能力进行了分析。主要结论如下:(1)颗粒受麦饭石的影响及其制备优化研究表明,采用PVC—硼酸包埋交联法制作改性麦饭石固定化颗粒,颗粒具有一定的抵抗酸碱盐的能力,并且麦饭石对颗粒的物理稳定性和生物活性具有一定的促进作用。采用正交试验确定颗粒成分最优配比为SRB污泥30%,玉米芯5%,铁屑5%。采用响应曲面法确定麦饭石因素的最优条件为改性麦饭石投量15%,粒径200300目。(2)颗粒对不同离子浓度的响应规律表明,颗粒对低浓度SO42-的污染负荷处理效果更好,代谢性能受Mn2+浓度影响较小,具有较好的抗pH冲击能力。采用X-射线衍射仪物相测定(X-ray diffraction,XRD)及扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)结构扫描的分析结果显示,颗粒反应前后成分及结构变化较大。(3)颗粒动力学研究表明,一级反应模型和拟二级动力学模型分别能够很好的描述颗粒的SO42-还原反应过程及Mn2+吸附机理。颗粒吸附容量研究表明,颗粒对Mn2+的吸附等温线属于Ⅰ型吸附等温线,较好的符合Langmuir和Frundlich模型,吸附量的最大理论计算值为1.094mg/g。颗粒具有快速吸附溶液中Mn2+的能力,同时改性麦饭石条件下阳离子间竞争吸附的影响要小于普通麦饭石。(4)颗粒动态试验表明,Mn2+对SRB的抑制影响了SO42-还原率,同时COD/SO42-是SO42--还原率的一个主要影响因素,SO42-还原率及Mn2+去除率分别最高可达到79%和67.9%;水力停留时间与pH值成正相关关系,维持在6.247.45范围内;浊度容易受水力负荷和水力停留时间的影响,后期COD、TFe和浊度释放量较低,释放量分别低于100mg/L、10.28 mg/L和30NTU,并不会产生新的污染问题。综上,添加改性麦饭石,可改良微生物固定化颗粒的基本特征和性能,能较好的促进对ACMD的处理效果。
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