CN111362419A - 一种矿山酸性废水的生化处理*** - Google Patents

一种矿山酸性废水的生化处理*** Download PDF

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Abstract

一种矿山酸性废水的生化处理***，包括微生物氧化除铁反应器、微生物硫酸盐还原反应器和培养基投加单元。本发明的目的是为了解决目前矿山酸性废水处理过程中，碱性化学药剂用量大、产生沉淀渣多、运行费用高的技术问题。本发明的技术方法主要利用微生物的氧化和还原作用，实现矿山酸性废水pH的抬升和重金属的去除，其优点为：(1)不使用石灰等碱性化学药剂，相应大幅减少沉淀渣的产生量，显著降低运行费用，处理过程更加绿色；(2)运行过程中劳动量显著降低，操作更加方便。

Description

一种矿山酸性废水的生化处理***
技术领域
本发明属于冶金领域，涉及一种矿山酸性废水的生化处理***。
背景技术
在有色金属矿山开采过程中，都会排放出酸性废水，其中含有铜、锌、铁等重金属离子，对周边生态环境造成恶劣影响。
国内外治理矿山酸性废水的方法都需要依靠投加碱性药剂来实现矿山酸性废水pH的抬升，并实现重金属的脱除，最常见的工艺是石灰中和法和石灰-硫化沉淀法。但在投加石灰的过程中，会产生大量含有重金属的石膏渣，该石膏渣属于危险废弃物，不仅处置废水高昂，而且会带来二次污染的环境风险。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种矿山酸性废水的生化处理***，该生化处理***可解决目前矿山酸性废水中存在的石膏渣渣量大的技术问题，在处理工程中避免了碱性化学药剂的使用，全程依靠微生物的氧化和还原作用实现pH的抬升和重金属的去除，并可以实现矿山酸性废水中有价金属的资源化回收。
为了实现上述目的，本发明的一种矿山酸性废水的生化处理***，包括：微生物氧化除铁反应器、微生物硫酸盐还原反应器、培养基投加单元；其中，该微生物氧化除铁反应器内部填充有陶粒填料，并在该微生物氧化除铁反应器底部设有曝气装置；该微生物硫酸盐还原反应器连通过第一连接管道接该微生物氧化除铁反应器，并且在该第一连接管道上设有提升泵；该微生物硫酸盐还原反应器内部填充陶粒填料，在该微生物硫酸盐还原反应器的底部入水口和顶部第一出水口之间设有循环管道，在该循环管道上设有内循环泵；该培养基投加单元为一搅拌水箱，该培养基投加单元通过第二连接管道连接于该微生物硫酸盐还原反应器，在该第二连接管道上设有机械隔膜计量泵。
优选地，所述曝气装置的曝气强度为3～6m3/m2·h。
优选地，所述微生物氧化除铁反应器中填充的陶粒颗粒的粒径为2～8mm，陶粒颗粒的填充深度微生物氧化除铁反应器深度的1/4-1/2。
优选地，所述微生物氧化除铁反应器的总铁容积负荷为0.9～1.8kg/m3·d，运行温度为25～30℃。
本发明中所述总铁容积负荷计算方式是指进水中总铁含量乘以日处理水量再除以反应器的容积计算得到，属于工艺设计重要参数，依据进水中的总铁离子浓度和设计处理量，可以计算出反应器的体积。
优选地，所述微生物硫酸盐还原反应器对重金属离子处理的容积负荷为0.36～0.72kg/m3·d，运行温度为25～30℃。
优选地，所述微生物硫酸盐还原反应器中填充的陶粒颗粒的粒径为2～8mm，陶粒颗粒的填充深度微生物氧化除铁反应器深度的1/4-1/2。
本发明还提供一种使用上述的矿山酸性废水的生化处理***进行废水处理的方法，包括如下步骤：
1)将矿山酸性废水从上部注入到所述微生物氧化除铁反应器中，开启曝气装置，观察反应器内氧化还原电位高于700mV时，开始连续通入矿山酸性废水，开始通入的矿山酸性废水的水量为设计值的25％，逐步提升至50％、75％和100％；矿山酸性废水自上而下流经所述微生物氧化除铁反应器，所述微生物氧化除铁反应器出水为第一过程废水；
2)将城市市政污水处理厂剩余污泥加入到微生物硫酸盐还原反应器中，添加量为微生物硫酸盐还原反应器容积的10％，然后用清水充满反应器，此时，从该培养基投加单元向微生物硫酸盐还原反应器投加培养基，投加培养基的用量通过机械隔膜计量泵进行控制，使投加的培养基用量与投加清水的重量比为0.038～0.045％，开启内循环泵，当微生物硫酸盐还原反应器内氧化还原电位低于-300mV时，开始通入第一过程废水，通入的第一过程废水为设计值的25％，逐步提升至50％、75％和100％；第一过程废水自下而上流经所述微生物硫酸盐还原反应器，将该微生物硫酸盐反应器上部液体通过循环管道重新送入微生物硫酸盐反应器下部，内循环比为100～300％。
本发明中内循环比为内循环泵输送回液体的流量与第一过程废水流量的比值，该参数主要用于内循环泵的选型，即由处理水量乘以内循环比可得内循环泵的流量。
虽然各地的市政污水处理厂剩余污泥中脱硫弧菌的含量会有轻微变化，但当剩余污泥的添加量达到反应器容积的10％时，就可以保证该段反应器的启动。
其中，所述的微生物氧化除铁反应器内从矿山酸性废水中富集培养的铁氧化菌为氧化亚铁硫杆菌。
其中，所述的微生物硫酸盐还原反应器内从城市市政污水处理厂剩余污泥中富集培养的硫酸盐还原菌为脱硫弧菌。
本发明中在微生物氧化除铁反应器中富集的为氧化亚铁硫杆菌，微生物硫酸盐还原反应器中富集的为脱硫弧菌。其中，氧化亚铁硫杆菌是矿山酸性废水中的一类常见菌种，属于自养菌，不需要投加碳源供其生长，只需提供二价铁离子作为电子的供体的，通过微生物氧化除铁反应器中填充的陶粒颗粒，将矿山酸性废水中的氧化亚铁硫杆菌拦截到陶粒颗粒表面，形成生物膜，不断富集，也实现了微生物氧化除铁反应器中氧化亚铁硫杆菌的接种；脱硫弧菌是市政污水处理厂剩余污泥中常见菌种，属于异养菌，在富集过程中需要提供培养基以补充碳源，同样通过微生物硫酸盐还原反应器中填充的陶粒颗粒，将脱硫弧菌截到陶粒颗粒表面，形成生物膜，不断富集，也实现了市政污水处理厂剩余污泥中的脱硫弧菌的接种。
在本发明所提供的矿山酸性废水的生化处理***中，矿山酸性废水中的氧化亚铁硫杆菌会被所述陶粒填料拦截富集，形成生物膜，在所述曝气装置的曝气条件下，拦截富集在所述陶粒填料上的氧化亚铁硫杆菌可以将矿山酸性废水中的Fe2+氧化成Fe3+，并形成黄铁矾和施氏矿物，使铁离子从矿山酸性废水中沉淀分离，沉积在所述颗粒填料表面。
所述微生物氧化除铁反应器利用氧化亚铁硫杆菌在对数生长期增殖的耗酸产碱行为，可以将矿山酸性废水的pH提升0.1～0.3。
所述微生物硫酸盐还原反应器内通过接种市政污水处理厂剩余污泥，富集培养出硫酸盐还原菌，通过硫酸盐还原菌将第一过程废水中的硫酸根还原成硫化氢，实现对第一过程废水中剩余重金属离子如Cu2+、Zn2+的硫化沉淀。
所述微生物硫酸盐还原反应器利用硫酸盐还原菌在将硫酸根还原为负二价硫离子的耗酸产碱行为，可以将第一过程废水的pH抬升至6以上。
本发明所提供的矿山酸性废水的生化处理***提出了一种新的技术原理：矿山酸性废水的特点为pH呈酸性，水中含有铁离子和铜、锌等有价重金属离子，现有技术都离不开通过投加石灰、氢氧化钠等碱性药剂通过提升pH，使重金属离子形成氢氧化沉淀，现有工艺碱性药剂用量大，产生渣量大，费用高。该专利申请工艺不再使用任何化学碱性药剂，而是通过两个微生物过程，微生物氧化除铁和微生物硫酸盐还原可以达到去除水中铁和铜、锌等重金属离子，其中，微生物铁氧化除铁反应器的原理主要是，矿山酸性废水中铁离子主要为二价铁，不易沉淀，由氧化亚铁硫杆菌氧化成三价铁后，就可以实现铁的沉淀去除，在微生物硫酸盐反应器中，主要利用硫酸盐还原菌将水中的硫酸根还原成硫化氢，这样可以使剩余的重金属离子如铜和锌等，形成硫化沉淀，实现脱除。在这个过程中，不再使用任何化学药剂，处理过程也更加绿色环保。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种矿山酸性废水的生化处理***和方法，该生化处理***在矿山酸性废水的处理过程中，不使用石灰等碱性化学药剂，全程依靠微生物的氧化和还原反应实现矿山酸性废水的pH的抬升和重金属的去除，相应大幅减少沉淀渣的产生量，处理费用显著降低，处理过程更加绿色，同时，由于不再投加大量碱性化学药剂，运行过程中劳动量显著降低，操作更加方便。
附图说明
图1为本发明提供的矿山酸性废水的生化处理***的示意图。
图2为本发明提供的矿山酸性废水的生化处理***的流程图。
附图标记
1：微生物氧化除铁反应器；2：微生物硫酸盐还原反应器；3：培养基投加单元；4：曝气装置；5：提升泵；6：内循环泵；7：机械隔膜计量泵；8：陶粒填料；9：陶粒填料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
如图1所示，矿山酸性废水的生化处理***，包括微生物氧化除铁反应器1、微生物硫酸盐还原反应器2和培养基投加单元3。
其中，微生物氧化除铁反应器1内部填充有陶粒填料8，并设置有曝气装置4，微生物氧化除铁反应器1为钢混池壁，高度4.5～5.5米，陶粒填料1.5-2米，本实施例微生物氧化除铁反应器1高度5米，陶粒填料填充深度1.5米，陶粒填料的粒径为5mm，曝气装置的曝气强度为4m3/m2·h，运行温度为28℃，总铁容积负荷为1.8kg/m3·d。
该微生物硫酸盐还原反应器2通过第一连接管道11连接该微生物氧化除铁反应器1，并且在该第一连接管道11上设有提升泵5；该微生物硫酸盐还原反应器2内部填充陶粒填料9，该微生物硫酸盐还原反应器2为钢混池壁，高度4.5～5.5米，陶粒填料填充深度1.5-2米，在本实施例中微生物硫酸盐还原反应器2高度5米，陶粒填料填充深度2米。在该微生物硫酸盐还原反应器2的底部入水口22和顶部第一出水口23之间设有循环管道21，在该循环管道上设有内循环泵6，内循环比150％，在该微生物硫酸盐还原反应器3顶部还设有第二出水口24，用于处理完毕的水的排出；重金属处理容积负荷为0.72kg/m3·d。
该培养基投加单元3为一搅拌水箱，该培养基投加单元3通过第二连接管道31连接于该微生物硫酸盐还原反应器2，在该第二连接管道31上设有机械隔膜计量泵7。
培养基投加量与处理废水的重量比为0.038％，培养基成分重量比：95份甘油，4份硫酸氨，1份磷酸二氢钾。
如图2所示，在运行过程中，启动微生物氧化除铁反应器，将矿山酸性废水加入微生物氧化除铁反应器中，开启曝气装置，通入压缩空气，经过7天的培养，氧化还原电位上升至620mV，此时，反应器内的优势菌种为氧化亚铁硫杆菌，开始连续通入矿上酸性废水，水量为设计值的25％，形成第一过程废水，并在之后每隔7天逐步提升进水水量至50％、75％和100％。
启动微生物硫酸盐还原反应器，将城市市政污水处理厂的剩余污泥作为接种污泥，投加量和微生物硫酸盐还原反应器容积比例按照10％进行投加，然后用清水充满反应器，投加培养基，培养基投加量和反应器所有液体的重量比为0.045％，开启内循环泵，经过7天的运行，反应器内氧化还原电位下降至-310mV，此时反应器内的优势菌种岗位脱硫弧菌，开始连续通入第一过程废水，开始通入的第一过程废水为设计值的25％，投加培养基和处理废水的重量比为0.045％，并在之后每隔7天逐步提升进水水量至50％、75％和100％。
当进水量达到100％时，取***进出水对水中铜、锌、铁、pH进行检测，其水质指标如表1所示。
表1(单位mg/L)
Cu Zn Fe pH
原水 334.2 10.2 1756 2.5
第一过程废水 320.1 9.4 87.1 2.7
<0.1 <0.1 <0.1 6.4
实施例2：
如图1所示，矿山酸性废水的生化处理***，包括微生物氧化除铁反应器1、微生物硫酸盐还原反应器2和培养基投加单元3。
其中，微生物氧化除铁反应器1内部填充有陶粒填料8，并设置有曝气装置4，微生物氧化除铁反应器1为钢混池壁，高度4.5～5.5米，陶粒填料1.5-2米，本实施例微生物氧化除铁反应器1高度5米，陶粒填料填充深度2米，陶粒填料的粒径为8mm，曝气装置的曝气强度为5m3/m2·h，运行温度为26℃，总铁容积负荷为1.8kg/m3·d。
该微生物硫酸盐还原反应器2通过第一连接管道11连接该微生物氧化除铁反应器1，并且在该第一连接管道11上设有提升泵5；该微生物硫酸盐还原反应器2内部填充陶粒填料9，该微生物硫酸盐还原反应器2为钢混池壁，高度4.5～5.5米，陶粒填料填充深度1.5-2米，在本实施例中微生物硫酸盐还原反应器2高度5米，陶粒填料填充深度2.5米，陶粒填料的粒径为8mm。在该微生物硫酸盐还原反应器2的底部入水口22和顶部第一出水口23之间设有循环管道21，在该循环管道上设有内循环泵6，内循环比300％，在该微生物硫酸盐还原反应器3顶部还设有第二出水口24，用于处理完毕的水的排出；重金属处理容积负荷为0.4kg/m3·d。
该培养基投加单元3为一搅拌水箱，该培养基投加单元3通过第二连接管道31连接于该微生物硫酸盐还原反应器2，在该第二连接管道31上设有机械隔膜计量泵7。
培养基投加量与处理废水的重量比为0.04％，培养基成分重量比：95份甘油，4份硫酸氨，1份磷酸二氢钾。
如图2所示，在运行过程中，启动微生物氧化除铁反应器，将矿山酸性废水加入微生物氧化除铁反应器中，开启曝气装置，通入压缩空气，经过7天的培养，氧化还原电位上升至660mV，开始连续通入矿上酸性废水，水量为设计值的25％，形成第一过程废水，并在之后每隔7天逐步提升进水水量至50％、75％和100％。
启动微生物氧化除铁反应器，将城市市政污水处理厂的剩余污泥作为接种污泥，投加量和反应器容积比例按照10％进行投加，然后用清水充满反应器，投加培养基，培养基投加量和反应器所有液体的重量比为0.04％，开启内循环泵，经过7天的运行，反应器内氧化还原电位下降至-310mV，开始连续通入第一过程废水，开始通入的第一过程废水为设计值的25％，投加培养基和处理废水的重量比为0.04％，并在之后每隔7天逐步提升进水水量至50％、75％和100％。
当进水量达到100％时，取***进出水对水中铜、锌、铁、pH进行检测，其水质指标如表2所示。
表2(单位mg/L)
Cu Zn Fe pH
原水 110.2 2.1 766 2.8
第一过程废水 108.4 1.7 45.5 3.1
去除率 <0.1 <0.1 <0.1 6.7
从上述实施例可以看出，本发明提供一种快速启动微生物硫酸盐还原的***和方法，该***和方法不使用石灰等碱性化学药剂，相应大幅减少沉淀渣的产生量，显著降低运行费用，处理过程更加绿色；运行过程中劳动量显著降低，操作更加方便。

Claims (10)

1.一种矿山酸性废水的生化处理***，其特征在于，包括：微生物氧化除铁反应器、微生物硫酸盐还原反应器、培养基投加单元；
其中，该微生物氧化除铁反应器内部填充有陶粒填料，并在该微生物氧化除铁反应器底部设有曝气装置；
该微生物硫酸盐还原反应器通过第一连接管道连接该微生物氧化除铁反应器，并且在该第一连接管道上设有提升泵；该微生物硫酸盐还原反应器内部填充陶粒填料，在该微生物硫酸盐还原反应器的底部入水口和顶部第一出水口之间设有循环管道，在该循环管道上设有内循环泵，在该微生物硫酸盐还原反应器顶部还设有第二出水口，用于处理完毕的水的排出；
该培养基投加单元为一搅拌水箱，该培养基投加单元通过第二连接管道连接于该微生物硫酸盐还原反应器，在该第二连接管道上设有机械隔膜计量泵。
2.如权利要求1所述的矿山酸性废水的生化处理***，其特征在于，所述曝气装置的曝气强度为3～6m3/m2·h。
3.如权利要求1所述的矿山酸性废水的生化处理***，其特征在于，所述微生物氧化除铁反应器中填充的陶粒颗粒的粒径为2～8mm，陶粒颗粒的填充深度微生物氧化除铁反应器深度的1/4-1/2。
4.如权利要求1所述的矿山酸性废水的生化处理***，其特征在于，所述微生物氧化除铁反应器的总铁容积负荷为0.9～1.8kg/m3·d，运行温度为25～30℃。
5.如权利要求1所述的矿山酸性废水的生化处理***，其特征在于，所述微生物硫酸盐还原反应器对重金属离子处理的容积负荷为0.36～0.72kg/m3·d，运行温度为25～30℃。
6.如权利要求1所述的矿山酸性废水的生化处理***，其特征在于，所述微生物硫酸盐还原反应器中填充的陶粒颗粒的粒径为2～8mm，陶粒颗粒的填充深度微生物氧化除铁反应器深度的1/4-1/2。
7.如权利要求1所述的矿山酸性废水的生化处理***，其特征在于，所述培养基的成分为：甘油95重量份，硫酸氨4重量份，磷酸二氢钾1重量份，培养基投加量与处理废水的重量比为0.038～0.045％。
8.一种使用如权利要求1-7任一项所述的矿山酸性废水的生化处理***进行废水处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将矿山酸性废水从上部注入到所述微生物氧化除铁反应器中，开启曝气装置，观察反应器内氧化还原电位高于700mV时，开始连续通入矿山酸性废水，开始通入的矿山酸性废水的水量为设计值的25％，逐步提升至50％、75％和100％，达到100％后持续运行；矿山酸性废水自上而下流经所述微生物氧化除铁反应器，所述微生物氧化除铁反应器出水为第一过程废水；
2)将城市市政污水处理厂剩余污泥加入到微生物硫酸盐还原反应器中，添加量为微生物硫酸盐还原反应器容积的10％，然后用清水充满反应器，此时，从该培养基投加单元向微生物硫酸盐还原反应器投加培养基，投加培养基的用量通过机械隔膜计量泵进行控制，使投加的培养基用量与投加清水的重量比为0.038～0.045％，开启内循环泵，当微生物硫酸盐还原反应器内氧化还原电位低于-300mV时，开始通入第一过程废水，通入的第一过程废水为设计值的25％，逐步提升至50％、75％和100％，达到100％后持续运行；第一过程废水自下而上流经所述微生物硫酸盐还原反应器，将该微生物硫酸盐反应器上部液体通过循环管道重新送入微生物硫酸盐反应器下部，内循环比为100～300％；
步骤1)和步骤2)在通水达100％前同步运行。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述的微生物氧化除铁反应器内从矿山酸性废水中富集培养的铁氧化菌为氧化亚铁硫杆菌。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的微生物硫酸盐还原反应器内从城市市政污水处理厂剩余污泥中富集培养的硫酸盐还原菌为脱硫弧菌属的菌。
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