利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法

1.本发明涉及矿山废水治理领域，具体涉及一种利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法。


背景技术：

2.矿山废水主要包括矿井内的渗水、选矿废水、选矿废渣堤堰的溢流水以及矿渣堆积场的浸出水，受矿山周围的地质、矿物的种类等影响，部分矿山废水呈酸性，酸性矿山废水若直接排放会造成严重的环境污染，故需要在排放前先对酸性矿山废水进行治理。
3.目前常用的治理方法包括石灰中和法、人工湿地法，其中石灰中合法采用石灰对酸性矿山废水进行中和，但该方法在处理过程中会产生大量的石膏、氢氧化铁和有毒废渣等产物，上述产物会堵塞过滤介质，导致难以通过过滤的方式将处理后的废水分离出，从而导致废水排放时，废水中仍混有上述产物，而上述产物排放也会污染环境。采用人工湿地法进行处理时，因为矿山废水为酸性，酸性矿山废水的ph值偏低，直接排入人工湿地会导致湿地系统中植物死亡、微生物多样性下降，且产生的沉积物长时间累积会造成湿地系统堵塞，也会破坏生态系统。
4.其次，煤矿开采产生的酸性矿山废水中还会存在大量fe
2+
离子，上述方法对fe
2+
离子的处理效果较差，因为fe
2+
离子的氧化效果差，包含有高浓度fe
2+
离子的废水排放也会对当地地下水的水质造成不利影响，而需要复杂、占地面积较大的设备才能对其中的fe
2+
离子进行处理，但该处理方式的成本高、处理效率低。
5.针对上述问题，有必要提出一种设计合理且有效解决上述问题的利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法。


技术实现要素：

6.本公开实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法。
7.本公开实施例提供一种利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法，所述方法包括：
8.将碳酸盐岩加入所述酸性矿山废水中，形成第一混合溶液；
9.将嗜酸性铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液；其中，所述碳酸盐岩在对酸性矿山废水进行中和过程中产生的物质直接为所述嗜酸性铁氧化细菌提供营养物质；
10.将生物反应载体放入所述第二混合溶液的表面，使所述生物反应载体与所述第二混合溶液接触。
11.可选的，所述将嗜酸性铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液，包括：
12.所述嗜酸性铁氧化细菌从矿山堆场浸出液中富集驯化获得。
13.可选的，所述将碳酸盐岩加入所述酸性矿山废水中，形成第一混合溶液，包括：
14.每160ml酸性矿山废水中加入10g～90g的碳酸盐岩。
15.可选的，所述将碳酸盐岩加入所述酸性矿山废水中，形成第一混合溶液，还包括：
16.每160ml酸性矿山废水中加入30g的碳酸盐岩。
17.可选的，所述将嗜酸性铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液，还包括：
18.将15ml～35ml嗜酸性铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液。
19.可选的，所述将嗜酸性铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液，还包括：
20.将20ml铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液。
21.可选的，所述将生物反应载体放入所述第二混合溶液的表面，使所述生物反应载体与所述第二混合溶液接触之后，所述方法还包括：
22.当所述第二混合溶液的ph值大于等于6时，将所述生物反应载体从所述第二混合溶液中分离。
23.可选的，所述将生物反应载体放入所述第二混合溶液的表面，使所述生物反应载体与所述第二混合溶液接触，包括：
24.所述碳酸盐与所述酸性矿山废水反应产生的混合物吸附于所述生物反应载体，为所述性铁氧化细菌的繁殖提供空间。
25.可选的，所述生物反应载体采用聚丙烯材质。
26.可选的，所述嗜酸性铁氧化细菌包括嗜酸硫杆菌属和钩端螺旋菌属。
27.本公开实施例的有益效果为：
28.1.本公开实施例的方法将嗜酸性铁氧化细菌用于对fe
2+
离子进行氧化，从而对fe
2+
离子进行去除，fe
2+
离子去除率高，成本低。与目前嗜酸性铁氧化细菌的培养主要添加各种有机的营养物质不同，本公开实施例中添加的碳酸盐岩在中和酸性矿山废水中的酸，提高ph值的同时，在反应过程中产生co2，co2溶于水后能够为嗜酸性铁氧化细菌的生长提供碳元素，因此不再需要添加有机的营养物质即可使嗜酸性铁氧化细菌快速繁殖，提高嗜酸性铁氧化细菌对fe
2+
离子处理效率的同时，也避免过多的营养物质残留在废水中对废水造成二次污染。其次，与有机的营养物质相比，本公开实施例中采用的碳酸盐岩的成本更低，有效降低废水的处理成本。
29.2.本公开实施例中的碳酸盐岩在反应过程中能够形成黄铁矾、施氏矿物和四方纤铁矿等混合物，上述混合物为天然的吸附材料，能够同时吸附废水中的如重金属等污染物，提高对废水的处理效果，上述混合物主要附着在生物反应载体上并形成生物膜，为嗜酸性铁氧化细菌的繁殖提供空间；其次，随着反应的不断进行，嗜酸性铁氧化细菌和混合物的总量均增加，新产生的混合物能够为新繁殖的嗜酸性铁氧化细菌提供附着空间，有利于嗜酸性铁氧化细菌的快速繁殖。
附图说明
30.图1为本公开实施例一实施例的一种利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废
水的方法的流程示意图；
31.图2为本公开实施例另一实施例的一种跌水折流式实验装置的结构示意图；
32.图3为本公开实施例中实施例3中tfe沿程变化示意图；
33.图4为本公开实施例中实施例4中fe
2+
沿程变化示意图。
具体实施方式
34.为使本领域技术人员更好地理解本公开实施例的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开实施例作进一步详细描述。
35.如图1所示，本公开实施例的提供一种利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法s100，所述方法s100包括：
36.s110、将碳酸盐岩加入所述酸性矿山废水中，形成第一混合溶液。
37.具体地，每160ml酸性矿山废水中加入10g～90g的碳酸盐岩。加入碳酸盐岩可以对酸性矿山废水进行中和。
38.优选的，在本实施例中，每160ml酸性矿山废水中加入30g的碳酸盐岩。
39.以上实施例中，将碳酸盐岩加入酸性矿山废水中，对酸性矿山废水进行中和，可以提升酸性矿山废水的ph值，为后期加入的嗜酸性铁氧化细菌提供相应的繁殖环境。另外，碳酸盐岩对酸性矿山废水进行中和的过程中还为嗜酸性铁氧化细菌的繁殖提供营养物质，不再需要添加有机的营养物质即可使嗜酸性铁氧化细菌快速繁殖，提高嗜酸性铁氧化细菌对fe
2+
离子处理效率的同时，也避免过多的营养物质残留在废水中对废水造成二次污染。其次，与有机的营养物质相比，本方案中采用的碳酸盐岩的成本更低，有效降低废水的处理成本。
40.s120、将嗜酸性铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液；其中，所述碳酸盐岩在对酸性矿山废水进行中和过程中产生的物质直接为所述嗜酸性铁氧化细菌提供营养物质。
41.具体地，将15ml～35ml嗜酸性铁氧化细菌溶液加入第一混合溶液，形成第二混合溶液。也就是说，第二混合溶液是加入碳酸盐岩和嗜酸性铁氧化细菌的酸性矿山废水。
42.优选的，在本实施例中，将20ml铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液。
43.具体地，碳酸盐岩在中和酸性矿山废水中的酸，提高ph值的同时，在反应过程中产生co2，co2溶于水后能够为嗜酸性铁氧化细菌的生长提供碳元素，因此不再需要添加有机的营养物质即可使嗜酸性铁氧化细菌快速繁殖。
44.以上实施例中，碳酸盐岩在对酸性矿山废水进行中和过程中产生的物质直接为所述嗜酸性铁氧化细菌提供营养物质，可以在提高嗜酸性铁氧化细菌对fe
2+
离子处理效率的同时，也避免过多的营养物质残留在废水中对废水造成二次污染。其次，与有机的营养物质相比，本公开实施例中采用的碳酸盐岩的成本更低，有效降低废水的处理成本。
45.以上实施例中，将15ml～35ml嗜酸性铁氧化细菌溶液加入第一混合溶液中，结合前期加入的碳酸盐岩，建立起生物氧化和碳酸盐岩中和的联合处理系统的构建，在此联合处理系统中，tfe的去除率以及fe
2+
氧化率均增加，碳酸盐岩中和作用对fe
2+
去除效果好。
46.s130、将生物反应载体放入所述第二混合溶液的表面，使所述生物反应载体与所
述第二混合溶液接触。
47.具体地，将生物反应载体放入加入有碳酸盐岩和嗜酸性铁氧化细菌的第二混合溶液的表面，使生物反应载体与第二混合溶液的表面接触。碳酸盐与酸性矿山废水反应产生的混合物吸附于生物反应载体，为性铁氧化细菌的繁殖提供空间。
48.优选的，在本实施例中，生物反应载体采用聚丙烯材质，进一步优选的，生物反应载体采用绳形聚丙烯材质。聚丙烯材质具有弹性。
49.在本实施例中，聚丙烯材质的生物反应载体的表面可形成稳定的生物膜，其主要由微生物和铁沉淀物构成，在生物氧化系统中添加碳酸盐岩可提供填料表面施氏矿物合成的环境。在生物氧化段水样中嗜酸硫杆菌属)和钩端螺旋菌属好氧铁氧化细菌占主要优势。
50.以上实施例中，碳酸盐岩在反应过程中能够形成黄铁矾、施氏矿物和四方纤铁矿等混合物，上述混合物为天然的吸附材料，能够同时吸附废水中的如重金属等污染物，提高对废水的处理效果。上述混合物主要附着在生物反应载体表面并形成生物膜，为嗜酸性铁氧化细菌的繁殖提供空间；其次，随着反应的不断进行，嗜酸性铁氧化细菌和混合物的总量均增加，新产生的混合物能够为新繁殖的嗜酸性铁氧化细菌提供附着空间，有利于嗜酸性铁氧化细菌的快速繁殖。
51.示例性的，所述将嗜酸性铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液，包括：
52.嗜酸性铁氧化细菌从矿山堆场浸出液中富集驯化获得。具体地，在本实施例中，嗜酸性铁氧化细菌从高硫煤矸石场ph浸出液中进行富集驯化获得，可以将矿山堆场浸出液进行废物利用，进一步节约了成本。
53.示例性的，所述将生物反应载体放入所述第二混合溶液的表面，使所述生物反应载体与所述第二混合溶液接触之后，所述方法还包括：
54.当第二混合溶液的ph值大于等于6时，将生物反应载体从第二混合溶液中分离。也就是说，当加入碳酸盐岩和嗜酸性铁氧化细菌的第二混合溶液中的ph值大于等于6，此时碳酸盐岩和嗜酸性铁氧化细菌对酸性矿山废水的联合治理已经完成，将生物反应载体从第二混合溶液中分离。
55.以上实施例中，通过碳酸盐岩和嗜酸性铁氧化细菌对碳酸盐岩的联合治理，不仅可以中和酸性矿山废水，还可以为嗜酸性铁氧化细菌的繁殖提供营养物质，避免过多的营养物质残留在废水中对废水造成二次污染，并且降低了废水的处理成本。
56.本公开实施例的利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法，一方面，该方法将嗜酸性铁氧化细菌用于对fe
2+
离子进行氧化，从而对fe
2+
离子进行去除。与目前嗜酸性铁氧化细菌的培养主要添加各种有机的营养物质不同，本公开实施例中添加的碳酸盐岩在中和酸性矿山废水中的酸，提高ph值的同时，在反应过程中产生co2，co2溶于水后能够为嗜酸性铁氧化细菌的生长提供碳元素，因此不再需要添加有机的营养物质即可使嗜酸性铁氧化细菌快速繁殖，提高嗜酸性铁氧化细菌对fe
2+
离子处理效率的同时，也避免过多的营养物质残留在废水中对废水造成二次污染。其次，与有机的营养物质相比，本公开实施例中采用的碳酸盐岩的成本更低，有效降低废水的处理成本。
57.另一方面，本实施例中的碳酸盐岩在反应过程中能够形成黄铁矾、施氏矿物和四方纤铁矿等混合物，上述混合物为天然的吸附材料，能够同时吸附废水中的如重金属等污
染物，提高对废水的处理效果，上述混合物主要附着在生物反应载体上并形成生物膜，为嗜酸性铁氧化细菌的繁殖提供空间；其次，随着反应的不断进行，嗜酸性铁氧化细菌和混合物的总量均增加，新产生的混合物能够为新繁殖的嗜酸性铁氧化细菌提供附着空间，有利于嗜酸性铁氧化细菌的快速繁殖。
58.通过几个具体实施例进一步说明本公开实施中利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法的具体步骤。
59.实施例1
60.(1)提供碳酸盐岩。
61.本实施例的碳酸盐岩采自贵州黔南州三都县境内的石灰岩。碳酸盐岩主要矿物组成为：方解石(94.4％)，白云石(1.30％)和石英(2.10％)。方解石和白云石的含量超过95.7％，主要成分为碳酸钙。经x射线荧光(xrf)定量分析，其主要化学成分主要为cao、mgo、sio2和al2o3。其定量分析结果如表1所示。
62.表1碳酸盐岩全岩分析数据
[0063][0064]
2)酸性矿山废水的制备。
[0065]
准确称取纯焦锑酸钾(k2h2sb2o7·
4h2o)配置500mg/lsb(v)储备液。用砷酸钠(na3aso4·
12h2o)配制500mg/las(v)储备液。用feso4·
7h2o配制模拟酸性矿山废水，用1mol/l硫酸调节ph。
[0066]
(3)提供嗜酸性铁氧化细菌。
[0067]
本实施例中，嗜酸性铁氧化细菌从高硫煤矸石场ph浸出液中进行富集驯化获得。
[0068]
实施例2
[0069]
如图2所示，本实施例中提供一种跌水折流式实验装置100进行利用生物氧化联合碳酸盐岩进行处理酸性矿山废水。
[0070]
跌水折流式实验装置100包括水箱110，其中，水箱110内装有酸性矿山废水。
[0071]
在水箱110内设置有多个间隔设置的挡水板120，每个挡水板120的底部与水箱110底部具有间隙。其中，水箱110内间隔设置有2个挡水板120，以间隔成为三个容纳空间。
[0072]
如图2所示，在本实施例中，利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法的具体步骤包括：通过入口130向水箱110内加入酸性矿山废水，然后在水箱110的三个容纳空间内先加入碳酸盐岩a，形成第一混合溶液，然后再加入嗜酸性铁氧化细菌溶液，形成第二混合溶液，最后将生物反应载体b放入第二混合溶液的表面，使生物反应载体b与第二混合溶液接触。
[0073]
如图2所示，分别在采样点1、采样点2和采样点3处采集溶液样，分别测量各采样点处的fe
2+
离子含量和tfe含量。
[0074]
实施例3
[0075]
根据实施例2中利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法的具体步骤，在第二混合溶液中分别加入碳酸盐岩为10g、15g、20g、25g、30g、35g、40g、45g、50g、55g、
60g、70g、80g、90g以及20ml铁氧化细菌溶液时的初始状态js、采样点1、采样点2和采样点3处分别采集滤液，进行tfe含量的测量。
[0076]
如图3所示，从初始状态js(入口处)、采样点1、采样点2和采样点3(出口处)，tfe含量呈下降趋势，从初始状态的600mg/l-1
下降到出口处的220mg/l-1
，尤其是加入碳酸盐岩为30g时，tfe含量下降到最低点220mg/l-1
。其中，tfe的最高去除率可达62.45％，tfe的平均去除率为56.13％。
[0077]
在本实施例中可以看出，根据本实施例的利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法，可以有效的降低tfe含量，tfe的去除率较高，对酸性矿山废水的治理起到很好的效果。
[0078]
实施例4
[0079]
根据实施例2中利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法的具体步骤，在第二混合溶液中分别加入碳酸盐岩为10g、15g、20g、25g、30g、35g、40g、45g、50g、55g、60g、70g、80g、90g以及20ml铁氧化细菌溶液时的初始状态js、采样点1、采样点2和采样点3处分别采集滤液，进行fe
2+
含量的测量。
[0080]
如图4所示，从初始状态js(入口处)、采样点1、采样点2和采样点3(出口处)，fe
2+
含量呈下降趋势，从初始状态的600mg/l-1
下降到205mg/l-1
，尤其是加入碳酸盐岩为30g时，fe
2+
含量下降到最低点205mg/l-1
。其中，fe
2+
的最大去除率可达65.34％，fe
2+
的平均去除率为59.71％。
[0081]
在本实施例中可以看出，根据本实施例的利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法，可以有效的降低fe
2+
含量，fe
2+
的去除率较高，对酸性矿山废水的治理起到很好的效果。
[0082]
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开实施例的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开实施例并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开实施例的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开实施例的保护范围。

技术特征：
1.一种利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法，其特征在于，所述方法包括：将碳酸盐岩加入所述酸性矿山废水中，形成第一混合溶液；将嗜酸性铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液；其中，所述碳酸盐岩在对酸性矿山废水进行中和过程中产生的物质直接为所述嗜酸性铁氧化细菌提供营养物质；将生物反应载体放入所述第二混合溶液的表面，使所述生物反应载体与所述第二混合溶液接触。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将嗜酸性铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液，包括：所述嗜酸性铁氧化细菌从矿山堆场浸出液中富集驯化获得。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将碳酸盐岩加入所述酸性矿山废水中，形成第一混合溶液，包括：每160ml酸性矿山废水中加入10g～90g的碳酸盐岩。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将碳酸盐岩加入所述酸性矿山废水中，形成第一混合溶液，还包括：每160ml酸性矿山废水中加入30g的碳酸盐岩。5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述将嗜酸性铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液，还包括：将15ml～35ml嗜酸性铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将嗜酸性铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液，还包括：将20ml铁氧化细菌溶液加入所述第一混合溶液，形成第二混合溶液。7.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述将生物反应载体放入所述第二混合溶液的表面，使所述生物反应载体与所述第二混合溶液接触之后，所述方法还包括：当所述第二混合溶液的ph值大于等于6时，将所述生物反应载体从所述第二混合溶液中分离。8.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述将生物反应载体放入所述第二混合溶液的表面，使所述生物反应载体与所述第二混合溶液接触，包括：所述碳酸盐与所述酸性矿山废水反应产生的混合物吸附于所述生物反应载体，为所述性铁氧化细菌的繁殖提供空间。9.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述生物反应载体采用聚丙烯材质。10.根据权利要求1至9任一项所述的方法，其特征在于，所述嗜酸性铁氧化细菌包括嗜酸硫杆菌属和钩端螺旋菌属。

技术总结
本公开实施例提供一种利用生物氧化联合碳酸盐岩处理酸性矿山废水的方法，所述方法包括：将碳酸盐岩加入酸性矿山废水中，形成第一混合溶液；将嗜酸性铁氧化细菌溶液加入第一混合溶液，形成第二混合溶液，碳酸盐岩在对酸性矿山废水进行中和过程中产生的物质直接为嗜酸性铁氧化细菌提供营养物质；将生物反应载体放入第二混合溶液的表面，使生物反应载体与所述第二混合溶液接触。该方法中碳酸盐岩在中和酸性矿山废水中的酸的同时能够为嗜酸性铁氧化细菌的生长提供碳元素，可在提高嗜酸性铁氧化细菌对Fe


技术研发人员：吴攀 张瑞雪 王能 张世鸿
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/20