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矿山酸性排水(acid mine drainage,AMD)因其低pH值、富含重金属和硫酸盐的特征,业已成为污染生态环境的重要源头。应用硫酸盐还原菌(sulphate-reducing bacteria,SRB)处理矿山酸性排水(AMD)已成为矿山环境修复的重要方法。实验选择油菜秸秆作为SRB的缓释碳源,研究了秸秆对模拟AMD废水中重金属吸附性、重金属对SRB活性的影响及SRB与重金属反应机理。
通过静态吸附实验研究了油菜秸秆对水溶液中铜离子的吸附行为,分别从溶液pH、秸秆用量、反应温度等几个方面考察秸秆对Cu2+的吸附性,选择了适当的条件进行了吸附动力学和热力学实验,并探讨了吸附机理。结果表明:当pH在5.0左右,秸秆和Cu2+溶液(1 mmol/L)的固液比为1:133时,秸秆对Cu2+的吸附量达到7.75 mg/g。秸秆对Cu2+的吸附动力学符合准二级速率方程,吸附等温曲线符合Langmuir等温方程,表明秸秆对Cu2+的吸附属于表面均匀的单分子层吸附。
通过厌氧批实验的方法,探讨了在硫酸盐还原菌(SRB)法处理模拟酸性矿山排水(AMD)的过程中,以油菜秸秆为碳源时,Zn2+浓度对SRB活性的影响。结果表明:在60d实验中,以油菜秸秆为碳源时,当Zn2+初始浓度在73.7～196.8 mg/L范围时,SRB具有良好活性,实验结束时,pH从初始的5.0上升至中性范围,硫酸根还原率达到96％以上,同时Zn2+浓度降至0.05 mg/L以下。Tessier固体形态分类、场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析发现Zn以有机物及硫化物的形态被固定,其中硫化物主要为闪锌矿(ZnS)。当Zn2+初始浓度为262.97 mg/L时,SRB的活性受到强烈的抑制,实验结束时,pH从初始的5.0降至4.0左右,硫酸根还原率只有27％,Zn2+维持在较高浓度范围(25 mg/L)。油菜秸秆可以作为SRB法长期处理AMD的缓释碳源,能为微生物生长繁殖提供物质和能量;秸秆吸附性可降低Zn2+的生物毒性,使得SRB可以适应高浓度的Zn2+;SRB可以通过形成硫化物矿物的形式固定元素Zn。
通过厌氧批实验,探讨了使用油菜秸秆为SRB碳源和微生物的载体时,不同重金属Cu、Zn和Cd对SRB活性影响。结果表明:重金属离子对SRB的毒害抑制作用顺序是Cu2+＞Cd2+＞Zn2+。同时探索利用SRB在AMD中去除重金属的主要机理是生物吸附和生物沉淀。对反应产物固体沉淀物的分析发现,Cu、Zn和Cd以有机物及硫化物的形态被固定,其中硫化物主要为CuS、ZnS和CdS。