一种处理酸性矿山废水的固定化颗粒及其制备和使用方法技术

一种处理酸性矿山废水的固定化颗粒，包括组分及重量百分含量为：20～40％硫酸盐还原菌污泥，5～10％纳米铁复合颗粒材料，5～15％水滑石/水滑石焙烧产物，5～9％聚乙烯醇，0.2～1.5％海藻酸钠，5～20％生物质材料和4.5～59.8％蒸馏水。制备方法为：将聚乙烯醇和海藻酸钠加入蒸馏水中，溶胀搅拌形成无气泡凝胶；将生物质材料，纳米铁复合颗粒材料和水滑石/水滑石焙烧产物加入凝胶，搅拌冷却形成冷却凝胶；向其中加入硫酸盐还原菌污泥，搅拌滴入饱和硼酸溶液，交联得到固定化颗粒。使用时，将固定化颗粒激活后，置于可渗透性反应墙中，处理酸性矿山废水。本发明专利技术在降低成本的同时，实现对酸性矿山废水中重金属及阴离子污染物有效去除，处理效率显著提升。

Immobilized granule for treating acid mine drainage and preparation and use method thereof

A fixed particle treatment of acid mine wastewater, including the components and the weight percentage: 20 to 40% SRB sludge, 5 ~ 10% nanometer iron composite particle, 5 ~ 15% hydrotalcite / hydrotalcite calcined products, 5 ~ 0.2 ~ 9% polyvinyl alcohol, 1.5% sodium alginate, 5 ~ 20% of biomass materials and 4.5 ~ 59.8% distilled water. The preparation method is as follows: polyvinyl alcohol and sodium alginate into distilled water, stirring to form gel swelling without bubbles; the biomass materials, composite materials and nano iron particles hydrotalcite / hydrotalcite calcined products into the gel, stirring and cooling to form a cooling gel; added to the sulfate reducing bacteria sludge mixing drops into saturated boric acid solution. Crosslinked immobilized particles. When in use, the immobilized particles are activated and placed in the permeable reaction wall to treat the acid mine drainage. The invention reduces the cost and realizes the effective removal of heavy metal and anion pollutants in acid mine drainage, and the treatment efficiency is improved remarkably.

【技术实现步骤摘要】
一种处理酸性矿山废水的固定化颗粒及其制备和使用方法
：本专利技术属于水污染控制工程
，具体涉及一种处理酸性矿山废水的固定化颗粒及其制备和使用方法。
技术介绍
：矿产储量对经济建设和社会发展具有重要的作用，是我国可持续发展战略实施的资源保证。但由于长期的矿产资源的开发，极大地破坏了矿区的水文地质环境与生态系统，导致矿区严重缺水，加剧缺水地区的供水紧张，以致影响当地经济建设和居民生活。酸性矿山废水pH值低，其中往往还含铜、锌、镍、铅、铬、铁、汞、锰等多种毒性很强的重金属离子，且含有很多毒性极强且难去除的阴离子，如As3-、CrO42-、CN-等。这样的水如果直接排放不仅会浪费宝贵的地下水资源，而且还会对环境造成严重污染，对人体健康造成严重伤害，严重可导致人体死亡。这对于本来就缺水的资源型城市无疑是雪上加霜。因此，对矿山开采所产生的酸性废水进行修复已迫在眉睫。吸附法在酸性矿山废水处理中占有重要的地位，也是近几年来的研究热点。吸附法是利用多孔性的固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面从而使其去除的方法。吸附法用于处理含重金属离子及有毒阴离子含量高的废水具有操作简单，应用广泛，价格低廉等优点，已成为水处理中常用的处理技术。利用一种厌氧的微生物硫酸盐还原菌(SRB)处理的生物法是利用某些能够以废水中污染物为基质的特殊菌群，通过生物有机体或其代谢产物与金属离子间的相互作用达到净化废水中重金属离子的目的，由于硫酸盐还原菌具有处理重金属种类多、处理彻底、成本低、处理潜力大、环境友好等优点，已在酸性矿山废水、电镀废水等治理方面得到了广泛应用。一般来说，硫酸盐还原菌能将废水的pH值从2.5～3.5提高到7.5～8.5，pH指标达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)，处理后出水重金属离子浓度降低至0.1mg/L。铁化学性质活泼，较低的电极电位(E0(Fe2+/Fe)＝-0.440V；E0(Fe3+/Fe2+)＝0.771V)，因此使其具有较高的还原能力，可以将氧化性较强的离子、化合物以及部分有机物还原。零价铁具有廉价易得、还原速度较快等优点，此外应用范围广，适用于多种污染物如重金属、硝酸盐、亚硝酸盐、染料以及含氯有机物的还原处理，现在水处理行业已具有广泛的应用。但由于常规粒径的零价铁比表面积较小，不仅在一定程度上抑制了去除效果，并且较大的零价铁颗粒也不适用于浅层松散地下水体的污染处理。因此，研究人员在该领域开展了大量的研究。相关研究表明当常态物质被加工到纳米尺度时会出现奇异的表面效应、体积效应和量子效应，其很多理化性质都会发生显著变化而具备许多特殊性能。为此，在零价铁的应用基础上制备了纳米级零价铁，显著提高了零价铁的去除能力。所谓纳米级Fe0，是指颗粒直径数量级约在1-100nm之间的超细铁粉，与常规的零价铁颗粒相比，纳米级零价铁具有更大的比表面积，可以为污染物提供更多的活性位点，从而提高处理效率；表面活性增强，能处理更多种类的污染物；同时渗透性提高，可以被直接注射到需要处理的地下水体系中，更加适于作为可渗透反应墙(PRB)技术的反应填充介质。水滑石是一种阴离子型层状化合物，化学结构式为Mg6Al(OH)16CO3·4H2O，最早于1842年在瑞典的片状岩层中被发现。水滑石的层状结构主要由带正电荷的阳离子层板和层间阴离子形成，而且层间阴离子在水环境中可与其他的阴离子进行交换，使其他阴离子进入水滑石层间，其结构类似于水镁石。当水滑石中的Mg2+和Al3+被其他半径相似的二价和三价金属阳离子取代或CO32-被其他无机、有机阴离子等取代时，即形成类水滑石。水滑石类化合物的通式为[M2+1-xM3+x(OH)2](An-)x/n·mH2O，式中M2+为二价金属阳离子，如Mg2+、Zn2+、Cu2+等。M3+为三价金属阳离子，如Al3+、Fe3+、Cr3+等。An-为层间阴离子，如CO32-、Cl-、NO3-等。x为水滑石中的三价阳离子摩尔数与二价阳离子和三价阳离子摩尔数之和的比值，当x在0.2～0.33范围内时，能够得到纯度较高的水滑石。水滑石由于其特殊的双层结构使其具有许多优良特性，如：酸碱性、层间阴离子可交换性、热稳定性、“记忆效应”、组成元素和结构的可调节性等。这些性质使其成为水处理行业重要的吸附材料。其中，水滑石具有的层间阴离子交换性能可较好的吸附水中的各种难去除的阴离子，如：As3-、CrO42-、CN-等。利用水滑石的热稳定性，控制相应温度经煅烧后可形成金属复合氧化物，其比表面积比焙烧前有较大的提高，焙烧产物表面的活性中心也相应增多，使其在催化和吸附等反应中的性能和效率得到很大的提升，且焙烧产物具有“记忆效应”，能够吸附水和其他阴离子来部分恢复有序的层状结构。水滑石焙烧产物利用这个特性，可对水中的有毒害难去除的阴离子具有很好的吸附性能。此外，水滑石还具有耐高温，耐辐射，不容易老化，密度大，体积小和吸附容量大的优点。水滑石或其焙烧产物作为吸附材料用于处理含阴离子浓度较高的废水具有处理效果好，操作简单，应用广泛等优点，在水处理行业具有广泛的应用前景。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种处理酸性矿山废水的固定化颗粒及其制备和使用方法，该颗粒用于可渗透性反应墙(PRB)中可有效对废水中的多种危害严重的重金属离子及阴离子还原吸附去除，去除效果稳定，去除效率高，操作简单易行，具有广泛的工程实际应用前景。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种处理酸性矿山废水的固定化颗粒，该固定化颗粒包括的组分及其重量百分含量为：20～40％硫酸盐还原菌污泥，5～10％纳米铁复合颗粒材料，5～15％水滑石/水滑石焙烧产物，5～9％聚乙烯醇，0.2～1.5％海藻酸钠，5～20％生物质材料和4.5～59.8％蒸馏水。所述的硫酸盐还原菌污泥MLVSS浓度为10～15mg/L。所述的纳米铁复合颗粒材料的粒径为80～100目。所述的水滑石/水滑石焙烧产物的粒径为50～80目。所述的生物质材料为粒径≤100目粉末的廉价农业废弃物。所述的处理酸性矿山废水的固定化颗粒的制备方法，包括以下步骤：(1)按配比，将聚乙烯醇和海藻酸钠加入到蒸馏水中，密封后充分溶胀20～30h，在85～95℃温度下加热，并不断搅拌，直至形成无气泡的凝胶；所述的步骤(1)中，溶胀操作在室温下进行。所述的步骤(1)中，加热操作在恒温水浴锅中进行。(2)按配比，将生物质材料，纳米铁复合颗粒材料和水滑石/水滑石焙烧产物加入凝胶中，搅拌均匀后，冷却至25～37℃，形成冷却凝胶；所述的步骤(2)中，生物质材料的制备方法，包括以下步骤：选取玉米芯、花生壳、稻壳等当地廉价农业废弃副产物，经除杂干燥后，破碎筛分至粒径≤100目的粉末，制得生物质材料。所述的步骤(2)中，纳米铁复合颗粒材料采用液相还原法进行制备，制备方法包括以下步骤：(1)按摩尔比，Fe2+∶Fe3+＝1∶2，向无氧去离子水中加入FeCl3·4H2O和FeSO4·7H2O，加热至50～70℃后，搅拌至完全溶解，形成均匀溶液后，逐滴加入氨水，使均匀溶液pH达到11.0以上，恒温老化2～3h后，形成黑色沉淀纳米Fe3O4，将纳米Fe3O4洗涤3次氮气保护下待用；步骤(1)中发生的反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理酸性矿山废水的固定化颗粒，其特征在于，该固定化颗粒包括的组分及其重量百分含量为：20～40％硫酸盐还原菌污泥，5～10％纳米铁复合颗粒材料，5～15％水滑石/水滑石焙烧产物，5～9％聚乙烯醇，0.2～1.5％海藻酸钠，5～20％生物质材料和4.5～59.8％蒸馏水。

【技术特征摘要】
1.一种处理酸性矿山废水的固定化颗粒，其特征在于，该固定化颗粒包括的组分及其重量百分含量为：20～40％硫酸盐还原菌污泥，5～10％纳米铁复合颗粒材料，5～15％水滑石/水滑石焙烧产物，5～9％聚乙烯醇，0.2～1.5％海藻酸钠，5～20％生物质材料和4.5～59.8％蒸馏水。2.根据权利要求1所述的处理酸性矿山废水的固定化颗粒，其特征在于：所述的硫酸盐还原菌污泥MLVSS浓度为10～15mg/L；所述的纳米铁复合颗粒材料的粒径为80～100目；所述的水滑石/水滑石焙烧产物的粒径为50～80目；所述的生物质材料为粒径≤100目粉末的廉价农业废弃物。3.权利要求1所述的处理酸性矿山废水的固定化颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按配比，将聚乙烯醇和海藻酸钠加入到蒸馏水中，密封后充分溶胀20～30h，在85～95℃温度下加热，并不断搅拌，直至形成无气泡的凝胶；(2)按配比，将生物质材料，纳米铁复合颗粒材料和水滑石/水滑石焙烧产物加入凝胶中，搅拌均匀后，冷却至25～37℃，形成冷却凝胶；(3)按配比，向冷却凝胶中加入硫酸盐还原菌污泥，搅拌均匀，形成混合物；(4)将混合物匀速滴入饱和硼酸溶液中，搅拌进行交联反应，得到颗粒，经冲洗与干燥后，制得处理酸性矿山废水的固定化颗粒。4.根据权利要求3所述的处理酸性矿山废水的固定化颗粒的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中：纳米铁复合颗粒材料采用液相还原法进行制备，制备方法包括以下步骤：(1)按摩尔比，Fe2+∶Fe3+＝1∶2，向无氧去离子水中加入FeCl3·4H2O和FeSO4·7H2O，加热至50～70℃后，搅拌至完全溶解，形成均匀溶液后，逐滴加入氨水，使均匀溶液pH达到11.0以上，恒温老化2～3h后，形成黑色沉淀纳米Fe3O4，将纳米Fe3O4洗涤3次氮气保护下待用；(2)将纳米Fe3O4分散在无氧去离子水中，并加入FeSO4·7H2O，在氮气保护下搅拌1～2h，使FeSO4·7H2O完全溶解并均匀分散吸附于Fe3O4表面，最后向其中逐滴滴加NaBH4溶液，制得稳定化Fe3O4-Fe0双纳米颗粒，其中，NaBH4的滴加量按摩尔比，NaBH4∶FeSO4·7H2O＝2∶1，双纳米颗粒中，按摩尔比Fe3O4∶Fe0＝(30～50)∶1；(3)将Fe3O4-Fe0双纳米颗粒置于聚乙二醇中进行包覆，制得纳米铁复合颗粒材料。5.根据权利要求3所述的处理酸性矿山废水的固定化颗粒的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，水滑石制备方法包括以下步骤：(1)按照n(M2+)∶n(M3+)＝3∶1的比例称取含有M2+和M3+离子的药品完全溶解于去离子水中得到溶液一；其中，所述的M2+为二价金属阳离子，M3+为三价金属阳离子；(2)按摩尔量比，NaOH∶Na2CO3＝(1～4)∶1，取NaOH和Na2CO3混合，形成溶液二；其中：NaOH浓度为1～2mol/L，Na2CO3浓度为0.5～1mol/L；(3)添加量按体积比，溶液一∶溶液二∶去离子水＝1∶1∶1，将溶液一与溶液二同时滴入去离子水中，形成混合溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄军贞，王明昕，鲍娟，郭旭颖，李拓达，杜志超，赵微，薛淋丹，王婷婷，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21