酸性矿井废水,是高硫煤矿和金属矿山开采过程中,还原环境转变为氧化环境,黄铁矿发生氧化,在空气、水蒸气和细菌的作用下,形成pH低,腐蚀作用强、重金属含量及硫酸盐浓度高的废水。本课题采用可渗透反应墙固定化硫酸盐还原菌(原位治理酸性矿井水,以计算流体力学软件模拟PRB内部的水利条件分布,并以此为基础研究在PRB固定化硫酸盐还原菌降解酸性矿井废水的反应动力学模型。模型的建立与研究能够阐述与分析污染物降解途径和反应机理,并可以模拟反应器内部宏观反应动力学,是深入研究微生物法AMD处理原理,优化处理效果并能实现其技术的改良和创新的前提。本实验主要研究成果如下:1)利用RTD试验测得了 PRB反应墙内水力停留时间分布曲线,根据分布曲线和实验数据得出水力停留时间为两天,反应器存在死区,约占反应器体积的4%。对PRB反应墙填充介质特性进行研究,得到反应墙的相关基础数据,包括PRB反应墙系统的孔隙度n=0.38,水力传导系数K=1.4mm/s,渗透率α =0.14X 10-9。Fluent模拟PRB系统内部流态,结果表明流体流经PRB墙体时,流体受到PRB反应墙内多孔介质阻力,发生能量损失;流体穿过多孔介质时,多孔介质间流速相对于进口流速明显增大,最大流速比进水流速高4倍左右,且最高流速处于空隙中心,从空隙中心向载体表面速度递减,这就表明载体表面适合硫酸盐还原菌固载。由于空隙间流体处于受压状态,在反应墙设计过程中要使得反应墙宽度要大于污染物羽状区域,否则污染物在流经反应墙过程中得不到有效处理。2)生物膜反应器最核心的部分主要是吸附期和生长期,对这两个阶段的研究有助于更好的了解生物膜的特性,因此分别建立了硫酸盐还原菌的吸附动力学模型和生长动力学模型:依据陶粒固载SRB菌的吸附动力学试验所得的实验数据和理论推导,建立了SRB吸附动力学模型,得到模型方程mt = mte(1-e-at),其中mte=35.74g,a=0.19。而且拟合曲线和实际试验曲线的相关系数为R2=0.93137,可靠的为0.93,由此可见理论方程和实验值拟合很高。根据SRB生物膜生长动力学试验建立了 SRB生长动力学模型,得到模型方程为:m=0.9942t+9.6229相关系数R2为0.9981,理论曲线和实验数据契合度很高。3)PRB反应墙内碳源的缓释规律研究,以填料和玉米芯的不同比例作为碳源缓释规律的影响因素,然后分别考察温度和pH对最佳比例下玉米芯水解规律的影响,发现:当填料与玉米芯比例为3:1时,碳源缓释的还原糖能够满足生物生长需求且相对经济,比例过低时对玉米芯水解有着抑制作用;当pH等于4时,玉米芯水解速率最快,而且过低和过高的pH值均对玉米芯水解有着抑制作用;通过温度试验可以得出,玉米芯在中低温条件下易水解,能满足PRB原位治理地下水的条件。4)根据SRB对硫酸盐还原与COD的关系建立数学模型,得到模型方程Q(Si-Se)=2ηSe/αSe+β,or η=Q(Si-Se)(αSe+β)/2Se。并对方程进行了可靠性分析,结果表明该模型能很好的反应SRB利用COD还原硫酸根的关系。5)通过反应器内硫酸根的降解速率建立了硫酸根反应动力学方程,并测得最大反应能够速率常数Rmax0.5872(mg SO42-/mg SRB/h),半反应速率常数Kr=485.7 mg/L。建立了模型方程,并对方程准确性做出了检验,结果表明模型有很好的预测行且精准度较高。6)依据PRB反应墙处理重金属效率,出水pH和出水COD结果分析认为基于PRB的SRB生物膜处理系统能够很好的原位治理地下水,且运行稳定,节约成本。