[发明专利]一种生物处理酸性矿山废水同时回收铁离子的方法及系统

说明书

本发明提供了一种生物处理酸性矿山废水同时回收铁离子的方法及系统。该方法包含：(1)将酸性矿山废水经嗜酸性铁氧化菌进行生物矿化，然后经嗜酸性铁还原菌进行循环生物还原处理后进入碱调节池循环调节pH后出水循环至生物矿化处理单元进行循环处理；(2)一段时间反应后，将废水从集水池末端引出，后续可连接石灰中和处理系统，在生物矿化单元可回收黄钾铁矾矿物或施氏矿物。本发明筛选得到的菌为实际矿山环境存在的土著菌株，能完全适用于矿山废水的处理。本发明采用循环处理提高酸性废水废水中铁的沉淀量，后续连接石灰中和处理，能实现矿山废水的完全达标。

技术领域

本发明属于废水处理领域，涉及一种生物处理酸性矿山废水同时回收铁离子的方法及系统。

背景技术

酸性矿山废水(AMD)是目前全球采矿业面临的具有挑战性的环境问题。它是矿山在开采或废弃矿渣堆积过程中发生生物和化学反应后产生的一类低pH、高铁离子的排水。极端酸性(pH：2.0-3.5)、丰富的硫酸根(SO₄^2-：2000-6000mg/L)、高铁含量(Fe²⁺或Fe³⁺：500-4500mg/L)、有毒金属(As,Cd,Cu,Pb,Ni等)存在是AMD的典型特征。AMD的直接排放严重威胁矿区周边水土环境安全和生态系统，给人们的生产和生活造成巨大损失。

中和沉淀法是处理AMD废水比较成熟的方法，主要采用投加石灰或石灰石等碱性试剂来中和酸性，并利用酸碱中和反应沉淀AMD的金属离子和硫酸根，达到净化污水、提升废水pH值的目的。但该方法在使用中仍存在许多问题：(1)AMD中存在的大量铁离子和硫酸在中和过程中易形成沉淀包裹在石灰表面，降低中和效率，从而造成碱中和试剂用量的提高；(2)AMD中大量的铁与硫酸根离子直接沉淀下来，难以回收利用，造成资源的浪费；(3)处理后中和废渣量大，含有的有毒金属含量低，无法回收利用，造成污泥安全处置的难度大。AMD中存在的大量铁与硫酸根是限制该方法有效运行的根本原因。在原位AMD环境通过预处理去除其中的铁离子和硫酸根，再进入石灰中和处理系统，可从根本上解决传统石灰中和处理存在的弊端。

以生成矿物的形式沉淀AMD中的金属离子和硫酸根可达到同步回收有用离子和修复AMD的双重目的。以硫酸盐还原为主的AMD处理技术在近些年受到广泛的研究，硫酸盐还原菌可利用氢气或有机物作为电子供体，还原硫酸根为硫离子，提升溶液pH，同时生成的生物成因硫离子可与AMD中的金属离子(Fe,Zn,Cu等)形成相应的硫化物沉淀，达到回收AMD中有价值离子的目的。中国发明专利200910038782.7公开了一种利用柠檬酸杆菌还原AMD中硫酸盐并沉淀金属的方法，使金属离子全部转化为硫化物形态，利于回收利用；中国发明专利200810054487.6公开了以硫酸盐还原菌为主体的生物处理酸性矿山废水工艺，达到回收单质硫和处理废水的双重功效。通过SO₄^2-还原后的S^2-沉淀金属离子，可使AMD处理过程达到资源化和无害化的目的。但是，以硫酸盐还原为主的生物处理系统的稳定性不易控制，硫酸盐还原菌多为异养型、专性厌氧微生物，对体系中氧气含量、pH值、碳源种类和金属离子极度敏感。文献报道AMD中大量存在的铁离子可抑制硫酸盐还原菌活性，降低硫酸盐还原能力39-100％。一些强化方法虽可以提高生物反应器的耐性，如利用混合细菌进行生物强化，但无法彻底解决需要碳源添加、绝对厌氧条件和中性pH需求(pH 5-7)的弊端。此外，中国发明专利201610153310.6公开了一种基于生物成矿的酸性矿山废水处理系统，将酸性矿山废水通过生物氧化成矿单元以形成铁次生矿物的形式去除酸性矿山废水中的部分铁离子与硫酸根，以降低后续灰中中和处理负担。这种方法利用了嗜酸性氧化亚铁硫杆菌，可在原位条件下实现矿化过程，但存在的弊端是生物成矿处理效率较低，且微生物直接应用于废水处理，存在微生物易流失的问题，难以完全应用到实际矿山废水处理过程。因此，开发新型的处理工艺实现AMD的资源化与无害化仍是目前环境领域亟需解决的难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种生物处理酸性矿山废水同时回收铁离子的系统。