一种利用微氧共生反应器回收酸性矿山废水中单质硫的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用微氧共生反应器回收酸性矿山废水中单质硫的方法，属于酸性矿山废水中硫回收技术领域。本发明专利技术将麦饭石和玉米芯添加至SRB污泥中，通过包埋的方式得到稳定的碳源，从而提升SRB在处理AMD时的适应性，通过包埋麦饭石、玉米芯的生物颗粒以及SOB污泥，将AMD进水中的硫酸盐氧化为硫化物，最终还原为单质硫，并通过本发明专利技术中的微氧共生反应器对单质硫进行高效回收，得到的AMD中硫酸根的去除率可达到90％，单质硫的平均回收量最高可达每天每立方厘米1.7kg。每天每立方厘米1.7kg。每天每立方厘米1.7kg。

【技术实现步骤摘要】
一种利用微氧共生反应器回收酸性矿山废水中单质硫的方法


[0001]本专利技术涉及酸性矿山废水中硫回收
，特别是涉及一种利用微氧共生反应器回收酸性矿山废水中单质硫的方法。

技术介绍

[0002]酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)的来源主要有矿山开采过程中产生的矿坑水、矿石进行浮选、提取、冶炼等过程中排出的废水，以及含硫化矿物废石和尾矿的堆积经过风化、淋溶产生的废水。AMD的主要成因是矿石中的金属硫化物暴露在空气中，在水和硫氧化细菌的氧化作用下发生一系列生化反应及物理化学反应后逐步形成。AMD的形成过程中，矿石中的金属硫化物在硫氧化细菌的作用下不断被氧化溶解，产生含有多种金属离子的酸性硫酸盐废水。AMD对环境的危害主要为酸污染和硫酸盐污染等。此类废水会导致土壤板结现象，影响植物的生长，且废水中含有的多种有毒性物质会被植物吸收，并通过食物链不断在动植物体内富集，从而危害生态环境和人体健康。AMD如不及时处理，直接排入矿山附近的河流、湖泊等水体，由于其酸性较强，会导致水体的pH值发生变化，同时，其中的重金属离子会对水体中的微生物产生毒效应，抑制微生物的生长，妨碍水体的自净。此外，AMD能够与水体中的矿物质相互作用生成某些盐类，对淡水生物和植物生长产生不良影响。
[0003]目前，国内外对AMD的处理方法主要有中和沉淀法、微生物法、人工湿地法和硫化沉淀法等。其中，微生物法和人工湿地法中的优势微生物是硫酸盐还原菌(Sulfate
‑
Reducing Bacteria,SRB)。在厌氧条件下，SRB将SO
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‑
还原为S2‑
，S2‑
与AMD中重金属离子生成硫化物沉淀从而被去除。微生物法处理AMD具有环境友好、适用性强、投资低、污染小、可回收重金属等优点，但SRB在处理AMD时，重金属离子对SRB会产生抑制和毒害作用,此外，SRB生长过程中还需要稳定的碳源，这些都是影响SRB处理AMD的重要因素。并且，SRB形成的金属硫化物沉淀需经过复杂的步骤回收单质硫，而硫化物氧化菌(Sulfide
‑
Oxidizing Bacteria,SOB)，能将S2‑
转化成单质硫，从而达到回收单质硫的目的，但自然条件下，SRB和SOB两种细菌对氧气的耐受性存在差异，使得SRB和SOB很难同时存在，导致无法针对AMD中的硫酸根实现高效去除，直接导致AMD中单质硫的回收率偏低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种微氧共生反应器回收酸性矿山废水中单质硫的方法，以解决上述现有技术存在的问题，使AMD中的硫酸根能够高效去除，实现单质硫的高回收率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种利用微氧共生反应器回收酸性矿山废水中单质硫的方法，所述微氧共生反应器包括还原反应区、氧化反应区、泥水分离室、微孔滤膜以及泥渣浓缩室；
[0007]所述还原反应区与氧化反应区相通；所述还原反应区与进水管相连，且氧化反应区与泥水分离室相通，泥水分离室的下部设置有微孔滤膜，所述微孔滤膜将泥水分离室和泥渣浓缩室分离；
[0008]回收方法包括以下步骤：
[0009]步骤1：将海藻酸钠与聚乙烯醇混合后，溶胀，在90℃恒温状态下加热至没有气泡出现，然后向其中加入麦饭石和玉米芯，得到混合物1；
[0010]步骤2：将含硫酸盐还原菌的污泥离心处理后，加入步骤1的混合物1，搅拌，得到混合物2，将混合物2加入含CaCl2的饱和硼酸溶液中，在室温下持续搅拌4h，清洗，得到混合物3；
[0011]步骤3：将步骤2得到的混合物3加入所述微氧共生反应器的还原反应区；
[0012]步骤4：将含硫化物氧化菌的污泥离心后，在无菌条件下接种到大肠杆菌培养基中，在30℃、100
‑
150r/min条件下培养1～2d；
[0013]步骤5：将步骤4处理后的含硫化物氧化菌污泥加入所述微氧共生反应器的氧化反应区；
[0014]步骤6：向所述微氧共生反应器的还原反应区通入酸性矿山废水；
[0015]步骤7：待所述微氧共生反应器还原反应区中的废水流经氧化反应区时，向所述微氧共生反应器中曝入氧气，曝气时间为3～6h，反应得到单质硫。
[0016]进一步地，步骤1中所述海藻酸钠、聚乙烯醇以及麦饭石和玉米芯构成的混合物的质量分别占混合物2质量的0.2
‑
1.5％、5
‑
9％和(3～6)％；
[0017]所述麦饭石和玉米芯的质量比为3:1。
[0018]进一步地，步骤2中所述含硫酸盐还原菌的污泥添加量为混合物1质量的20～30％。
[0019]进一步地，所述饱和硼酸溶液中CaCl2的质量分数为2％，所述饱和硼酸溶液的pH值为6.0。
[0020]进一步地，所述大肠杆菌培养基为：1L去离子水中含有2％胰蛋白胨、0.5％酵母提取物、0.05％NaCl、2.5mM KCl、10mM MgCl2和10mM MgSO4；所述大肠杆菌培养基的pH为7.5。
[0021]进一步地，步骤2和4中离心转速为12000r/min，离心时间为10～20min。
[0022]进一步地，步骤6中通入的酸性矿山废水的硫酸盐负荷量为1.0～7.0kgSO
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‑
/m3·
d，温度为20℃～37℃，pH值为3.0～7.0，微氧共生反应器还原反应区中上升流速为3.5～7.0m/h，水力停留时间为0.3～0.9d。
[0023]进一步地，步骤7中曝气量为0.8～1.2L/min。
[0024]进一步地，步骤7之后还包括：步骤8：反应结束后，还原反应区和氧化反应区两部分的废水及污泥进入泥水分离室，自然沉淀；
[0025]步骤9：步骤8沉淀后的污泥下沉至微孔滤膜，反应得到的单质硫通过微孔滤膜后富集回收。
[0026]进一步地，步骤8中所述自然沉淀的时间为0.3～0.5d；步骤9中所述微孔滤膜的孔径为0.22～1μm，倾斜角为30
°
～50
°
。
[0027]进一步地，所述含硫酸盐还原菌的污泥中硫酸盐还原菌的质量含量为40％～60％。
[0028]进一步地，所述含硫化物氧化菌的污泥中硫化物氧化菌的质量含量为30％～45％。
[0029]本专利技术利用海藻酸钠和聚乙烯醇在菌的表面形成了保护层，在高浓度重金属的环
境中，重金属离子不能直接接触菌，此外，在pH较高的条件下，麦饭石也能吸附重金属离子并调节pH值，在这种条件下，菌种还会不断被驯化并提高适应这种环境的能力。
[0030]本专利技术公开了以下技术效果：
[0031]本专利技术将麦饭石和玉米芯添加至SRB污泥中，通过包埋的方式得到稳定的碳源，从而提升SRB在处理AMD时的适应性。本专利技术通过包埋麦饭石、玉米芯的生物颗粒以及SOB污泥，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用微氧共生反应器回收酸性矿山废水中单质硫的方法，其特征在于，所述微氧共生反应器包括还原反应区、氧化反应区、泥水分离室、微孔滤膜以及泥渣浓缩室；所述还原反应区与氧化反应区相通；所述还原反应区与进水管相连，且氧化反应区与泥水分离室相通，泥水分离室的下部设置有微孔滤膜，所述微孔滤膜将泥水分离室和泥渣浓缩室分离；回收方法包括以下步骤：步骤1：将海藻酸钠与聚乙烯醇混合后，溶胀，在90℃恒温状态下加热至没有气泡出现，然后向其中加入麦饭石和玉米芯，得到混合物1；步骤2：将含硫酸盐还原菌的污泥离心处理后，加入步骤1的混合物1，搅拌，得到混合物2，将混合物2加入含CaCl2的饱和硼酸溶液中，在室温下持续搅拌4h，清洗，得到混合物3；步骤3：将步骤2得到的混合物3加入所述微氧共生反应器的还原反应区；步骤4：将含硫化物氧化菌的污泥离心后，在无菌条件下接种到大肠杆菌培养基中，在30℃、100
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150r/min条件下培养1～2d；步骤5：将步骤4处理后的含硫化物氧化菌污泥加入所述微氧共生反应器的氧化反应区；步骤6：向所述微氧共生反应器的还原反应区通入酸性矿山废水；步骤7：待所述微氧共生反应器还原反应区中的废水流经氧化反应区时，向所述微氧共生反应器中曝入氧气，曝气时间为3～6h，反应得到单质硫。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述海藻酸钠、聚乙烯醇以及麦饭石和玉米芯构成的混合物的质量分别占混合物2质量的0.2
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1.5％、5
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9％和(3～6)％；所述麦饭石和玉米芯的质量比为3:1。3.根据权利要求1所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄军贞，鲍斯航，王显军，董艳荣，李明伟，付赛欧，张健，姜国亮，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：