麦饭石井下原位处理煤矿酸性废水的强化试验研究.pdf

第3 8 卷第2 期 2 0 1 5 年 3 月 非金 属矿 N o n M e t a l l i c M i n e s Vlo1 38 NO 2 M a r c h ，2 01 5 麦饭石井下原位处理煤矿酸陛废水的强化试验研究 狄军贞 朱志涛 ( 1 辽宁工程技术大学 建筑工程学院 ，辽 宁 阜新 江 富 戴男男 郭旭颖。 1 2 3 0 0 0 ；2 辽宁工程技术大学 理学院，辽宁 阜新1 2 3 0 0 0 ) 摘要采用添加硫酸盐还原菌( S R B) 与零价铁( F e 。 ) 构建以麦饭石( MF S ) 为主体的可渗透性反应墙， 模拟井下煤矿酸性废水( A M D) 原 位修复过程 ， 比较 生化强化与物化强化 两种方式对处理能力的影响。结果表明 ， 添加硫酸 盐还原 菌的麦饭石( S R B - MF S) 和添加零价铁的麦饭石 ( F e 一 M F S ) 去除能力均强于单独MF S ； S R B M F S对s 0 的去除有明显优势， 但对M n z 的去除不及 F e - MF S ， 两种强化方式对可溶性F e 。 的去除 效果差别不 大， 出水均为弱碱性。 关键词麦饭石； 硫酸盐还原菌； 零价铁； 煤矿酸性废水； 井下处理 中图分类号： X 7 0 3 ； T D9 8 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 8 0 9 8 ( 2 0 1 5 ) 0 2 - 0 0 7 1 0 3 S t u d y o n Tr e a t i n g Ac i d M i n e Dr a i n a g e b y S t r e n g t h e n e d M a i f a n S t o n e I n - s i t u Di J u n z he n Z h u Zhi t a o J i a n g F u Da i Na n n a n Gu o Xu y i n g ( 1 C o l l e g e o f Ci v i l a n d A r c h i t e c t u r e ， L i a o n i n g T e c h n i c a l Un i v e r s i ty , F u x i n ， L i a o n i n g 1 2 3 0 0 0 ； 2 Co l l e g e o f S c i e n c e ， L i a o n i n g T e c hni c a l Un i v e r - s i ty, F u x i n ， L i a o n i n g 1 2 3 0 0 0 ) Ab s t r a c t S u l f a t e r e d u c i n g b a c t e r i a( S R B) a n d z e r o v a l e n t i r o n( F e ) we r e a d d e d t o p e r me a b l e r e a c t i v e b a r r i e r s( P R B) c o n t a i n i n g ma i f a n s t o n e ( MF S ) r e s p e c t i v e l y An e x p e ri me n t s i mu l a t e d t h e p r o c e s s o f t r e a t i n g AMD i n s i t u b y t h e s e P R Bs wa s c o n d u c t e d t o i n v e s t i g a t e t h e e ffe c t s o f d i ff e r e n t r e in f o r c e me n t mo d e s ： o n e s t r e n g t h e n e d b y b i o c h e mi s t r y a n d t h e o t h e r s t r e n g t h e n e d b y p h y s i c o c h e mi s t r y T h e r e s u lt s s h o we d t h a t b o t h P RB l ( S m3 一 MF S ) p a c k e d wi t h S R B a n d MF S a n d P R B- 2( F e - MF S ) p a c k e d wi t h F e a n d MF S h a d a b a R e r p e r f o r ma n c e tha n P R B一 3 p a c k e d wi th MF S a l o n e T h e S RB M FS h a d a hi g h e r S O4 r e m o va l e ffi c i e n c y t h a n o t he r s ，b u t l o we r M n r e mo v a l e ffi c i e n c y whe n c o mpa r e d t o F e M FS Howe v e r a p p r o x i m a t e Fe ”r e mo v a l e ffi c i e n c i e s we r e a c h i e v e d b y S RB MF S a n d Fe - MF S ，a s we l l a s b o t h e f flu e n t p H v a l u e we r e n e u t r a l o r a l k a l e s c e nc y K e y wo r d s m a i f an s t o n e ； s u l f a t e r e d uc i n g b a c t e ria ； z e r o v a l e n t i r o n； a c i d mi ne d r a i n a g e ； tre a t me n t i n s i t u 我国是煤炭生产消费大国， 每年约形成 6 0 亿t 煤 矿酸性废水 ( A MD) ， 加之严峻的缺水现状急需开发 一 种经济的A MD资源化利用技术。可渗透性反应墙 ( P R B) 被动处理技术克服了传统抽出 一 地 面处理方 法存在的费用高、 效率低、 占地面积大、 易受环境因子 限制等缺点， 已在众多矿山废水治理中成功应用， 并 取得较好经济和环境效益 u 。基于在井下空间利用、 安全 防爆、 系统 的模块化设计 等方面存在 明显优势 的 P R B技术进行 A MD井下原位处理复用， 能有效缓 解我国多数矿区严重 的供水需求矛盾 ， 改善矿 区生态 质量 。在前期研究基础上， 选取麦饭石( MF S ) 为 P R B主体填料， 分别添加硫酸盐还原菌 ( S R B) 和零价 铁 ( F e 。 ) ， 通过生化强化与物化强化模拟井下 A MD原 位修复过程， 探讨二者处理效果 的差异及其机理， 为 A MD井下原位处理复用的实践应用提供参考 。 1 实验部分 1 1 原料麦饭石取 自辽宁阜新， 主要成分( w ) 收稿 日期 ：2 0 1 5 - 0 1 1 2 基金项 目：国家 自然科学基 ,( 4 1 1 0 2 1 5 7 ) 。 7 1 为 ： S i O 2 ， 6 9 5 7 ； T i O 2 ， 0 3 5 ； A1 2 O3 ， 1 5 0 2 ； F e 2 O 3 ， 1 8 8 ； Fe O ， 1 41； M n O ， 0 0 4； M g O ， 1 06； Ca O ， 1 4 6； Na 2 O ， 3 7 1 ； O， 3 2 4 ； H 3 0 ， 1 2 0 ； P 2 0 ， 0 1 5 。试验前破碎 加工至粒 径为 0 2 5 i n n l ， 用 去离子水浸洗 3遍 ， 1 0 5 o C烘干后待用。所 用 F e 。 粒径为 2 0 - 4 2 6 n l l n ， 试 验前用 0 5 mo l L HC 1 溶液浸洗 2 h ， 再用去离子水冲 洗 3次， 放在烘箱 中烘干。试验接种 S R B取 自阜新 蒙古贞污水处理厂二沉池污泥， 在 ( 3 5 1 )恒温箱 内富集培养数周至培养基呈墨汁色且瓶口有浓烈臭 鸡蛋气味时， 表明 S R B已成为污泥中优势菌落 。 1 2 试验装置模拟 P R B装置 由3个有机玻璃管构 成， 内径 5 5 i i l i n ， 高 4 5 0 r n lT l 。每个反应器上下端装有 2 0 n l lT l 高、 粒径为 5 - 1 0i n n 砂砾保护层。在 P R B 一 1 - 3 内各装填高度为 2 0 0 1 I 1 T I 经过预处理的 MF S ， 然后在 P R B 2内装填高度 1 0 0 mm经过预处理的 F e 。 ， 向各反 应器通入水样 ， 最后再将 S R B接种到 P R B一 1中， 启动 整个试验。采用重力自由下滴的方法模拟井下水流 过程， 用流量计控制流速为 1 0 0 m m d ， 经 2 4 h预处理 之后采集样 品并进行数据分析。各反应器 出水 口均 高出柱内填料上表面 3 0 to n i ， 保证柱内厌氧环境， 同 第3 8 卷第2 期 非金属 矿 2 0 1 5 年3 月 时监测活性材料渗流阻力变化 睛况， 试验装置见图 1 。 瞬砂砾圃S R B Iv I $圈F e O S 目 s 由 一 壬 一 如 c 、 C 1 霹 I 羁 ； l I c 垦 c 流 量 计 ll H c c = r 搅 拌 罄 鏊 一 图1 试验装 置 系统 1 - 3 试验方法考虑到 S R B生长代谢特性， 采用变 负荷水样进行试验 ， 供试水样水质见表 1 ， 前期试验表 明 MF S能较好促进 S R B生长， 因而水样 中未投加其 他各类促进微生物生长 的无机营养盐。 I 期水样为 在保持一定 p H值条件下模拟某煤矿废水经数倍稀释 所得 ， 水样污染负荷较低以使 S R B尽快适应环境， 使 其成功固定于 MF S上， 期水样为取 自 某煤矿的实 际矿井水， 在此阶段重点探讨两种强化方式对 AMD 处理效果的差异及其机理。同时， 为维持 S R B正常 代谢过程， 在试验过程中向P R B - 1 中投加乳酸钠作为 有机碳源，I 、 期投加质量浓度分别为 2 3 1 8 mg C 、 1 5 3 6 4 rag C ( 以C O D值计) ， 相应 C O D值与 S O 4 质量 浓度比分别为 1 3 、 2 0 ， 试验平均水温为 2 5。 表 1 各阶段水质 1 4 分析方法C O D值 ： 重铬酸钾法 ； S O 4 ： 铬酸钡 分光光度法 ； F e ： 邻菲哕啉分光光度法 ； Mn 2 ： 高碘 酸钾分光光度法； N H ， - N： 纳氏试剂分光光度法； p H 值 ： 玻璃电极法 。 2 结果与讨论 2 1 p H值 变化规律P R B - 1 - 3对水样 p H值 的影响 见图 2 。 进 水 - s -P R B ： 一1 - -PRB一2- - e -PRB一3 、 厂八 1 ： II 图2 P R B 一 1 3 对水样p H值的影响 从图 2 可看 出， P R B 一 1 3 均能较好提升 A MD p H 值， 使其出水保持在中性或弱碱性范围内， 低污染负 荷阶段 ( I 期)出水 p H值波动较大 ， 且普遍高于高污 染负荷阶段 ( 期) 。P R B 一 2出水 p H值最高 ， 对实际 水样 ( 期水样) 处理之后， P R B 一 1 3出水平均 p H值 分别为 6 8 、 7 5 、 7 0 。可见通过硫酸盐还原菌 生化强 化的麦饭石 ( S R B MF S )