一種酸性礦井廢水的治理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種酸性礦井廢水的治理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 酸性礦井水（Acid Mine Drainage,簡稱AMD)是指在煤層或者硫鐵礦等礦床開采 過程中，黃鐵礦與礦井水及空氣中的氧氣接觸，經(jīng)過一系列氧化、水解產(chǎn)生的礦山排水，其 PH值低于6、SO42濃度高、且含有重金屬離子。酸性礦井水會腐蝕礦山排水設(shè)備、鋼軌及其 他機電設(shè)備，使混凝土筑物結(jié)構(gòu)疏松，污染地下水，破壞環(huán)境。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)"201410081974. 7 -種酸性礦井廢水的治理裝置"中公開一種酸性礦井 廢水的治理裝置，該裝置包括基于微生物電池的可滲透反應(yīng)井，反應(yīng)井底部鋪設(shè)布水集水 層，中部為混合填料生化反應(yīng)與微生物燃料電池區(qū)，微生物燃料電池與反應(yīng)井以同心圓結(jié) 構(gòu)布置，微生物燃料電池陰極由金屬絲網(wǎng)支撐的碳布圍成的筒狀體構(gòu)成，筒狀體與反應(yīng)井 壁之間填充固載硫酸鹽還原菌的生物質(zhì)及大陶粒的混合填料，筒狀體內(nèi)部填充生活污水廠 活性污泥作為陽極區(qū)，碳棒作為陽極插入污泥中，反應(yīng)井上部鋪設(shè)泌水過濾層，陰陽兩極均 用導(dǎo)線導(dǎo)出，外接電阻構(gòu)成一個完整的電回路。該裝置可以有效調(diào)節(jié)酸性礦山廢水PH，去除 重金屬離子。
[0004] 但基于硫酸鹽還原菌還原法的生化反應(yīng)處理裝置、或基于上述硫酸鹽還原菌生物 陰極微生物電池的可滲透反應(yīng)井原位治理酸性礦井廢水時，需補加碳源COD量不易控制， 處理后的廢水在SO42以及重金屬離子達標(biāo)排放時，部分碳源不能完全氧化，產(chǎn)生出水COD 易超標(biāo)的問題。急需新技術(shù)解決這一矛盾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種酸性礦井廢水的治理裝置。本發(fā)明治理裝 置采用空氣陰極微生物燃料電池與固載硫酸鹽還原菌活性介質(zhì)法結(jié)合的可滲透反應(yīng)井，能 保證硫酸鹽還原菌生長的碳源供給和保持適宜的pH環(huán)境，消除硫酸鹽還原產(chǎn)物H2S和重金 屬離子對其的抑制，提高硫酸鹽還原菌活性，使硫酸鹽還原菌（SRB)處理硫酸根和重金屬 效果得到進一步強化，并有效降低可滲透反應(yīng)井出水COD濃度。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種酸性礦井廢水的治理裝置，包括基于空氣陰極微生物燃料電池的可滲透反應(yīng) 井，反應(yīng)井中下部填充活性介質(zhì)，上部為空氣陰極微生物燃料電池區(qū)，空氣陰極微生物燃料 電池以同心圓結(jié)構(gòu)布置，微生物燃料電池區(qū)結(jié)構(gòu)由中心向外依次為：空氣陰極區(qū)、質(zhì)子交換 膜、陽極區(qū)、活性介質(zhì)區(qū)；空氣陰極區(qū)下口由密封管套密封，用于阻隔陽極區(qū)水?dāng)U散進入陰 極區(qū)和陰極區(qū)空氣擴散進入陽極區(qū)；
[0008] 所述空氣陰極區(qū)由多孔圓筒狀通氣管、陰極組成，所述多孔圓筒狀通氣管由耐腐 蝕材料制成，孔徑4-6mm，開孔率70 % -80 %，通氣管上口通大氣，所述陰極為負(fù)載Pt/C催化 劑的碳布，陰極包裹在多孔圓筒狀通氣管的外表面，質(zhì)子交換膜包裹在陰極的外表面；
[0009] 所述陽極區(qū)由陽極、陽極內(nèi)外側(cè)的活性污泥以及位于陽極外側(cè)的活性污泥與活性 介質(zhì)之間的格柵管組成，陽極由碳布圍成的筒狀體構(gòu)成，陰極外表面與陽極內(nèi)表面極間距 3_±1_，陽極與質(zhì)子交換膜之間的間隙以及陽極與格柵管之間的間隙填充活性污泥；格 柵管用于支撐活性介質(zhì)區(qū)，保證陽極區(qū)不受其擠壓。
[0010] 所述活性污泥為城市生活污水廠厭氧區(qū)活性污泥；
[0011] 所述格柵管與可滲透反應(yīng)井井壁之間為活性介質(zhì)區(qū)，活性介質(zhì)區(qū)填充有活性介 質(zhì)；
[0012] 所述活性介質(zhì)由小陶粒、大陶粒和固載硫酸鹽還原菌的玉米芯以質(zhì)量比為 3:3:1~4:4:1混合組成，所述小陶粒粒徑為l_2mm，大陶粒粒徑為3_5mm，玉米芯粒徑 3-5mm ；
[0013] 多孔圓筒狀通氣管中間通大氣層，多孔圓筒狀通氣管與反應(yīng)井井壁頂端之間的部 分進行密封，保持陽極區(qū)和活性介質(zhì)區(qū)溶解氧< 〇. 2mg/L ;密封方式可采用端蓋或者覆蓋 土壤進行密封。
[0014] 所述空氣陰極微生物燃料電池區(qū)與可滲透反應(yīng)井為同心圓結(jié)構(gòu)布置時，設(shè)置一個 空氣陰極微生物燃料電池區(qū)；空氣陰極微生物燃料電池區(qū)與可滲透反應(yīng)井為非同心圓結(jié)構(gòu) 布置時，設(shè)置若干個空氣陰極微生物燃料電池區(qū)。
[0015] 可滲透反應(yīng)井主體為固載SRB (硫酸鹽還原菌）的活性介質(zhì)層，在反應(yīng)井上部布置 空氣陰極微生物燃料電池于反應(yīng)井活性介質(zhì)層中。在陽極和質(zhì)子膜之間以及陽極外圍添 加活性污泥作為微生物燃料電池的碳源，陽極與陰極分別用導(dǎo)線引出，外接電阻，形成電回 路，電池工作時，以活性污泥和酸性礦井水為陽極區(qū)介質(zhì)。
[0016] 本發(fā)明利用固載硫酸鹽還原菌的活性介質(zhì)的生化反應(yīng)與空氣陰極微生物燃料電 池共同作用強化處理酸性重金屬礦井廢水。有效解決處理后的酸性礦井廢水中重金屬離 子、硫酸根離子、COD不能同時達標(biāo)排放的問題：
[0017] (1)解決碳源不足以及出水COD排放超標(biāo)的問題，酸性礦井廢水C/S比普遍低， 空氣陰極微生物燃料電池以活性污泥為碳源，現(xiàn)有技術(shù)治理裝置中水解酸化釋放的有機物 很少，本發(fā)明治理裝置中電池陽極能強化污泥的有機物厭氧酸化，使難水解大分子有機物 降解為小分子有機酸（R-COOH)，小分子有機酸由陽極區(qū)向下、向外擴散到活性介質(zhì)區(qū)為硫 酸鹽還原菌提供充足碳源；同時本發(fā)明治理裝置中的空氣陰極微生物燃料電池有比現(xiàn)有技 術(shù)的微生物燃料電池具有更強的電化學(xué)反應(yīng)速度，厭氧酸化的小分子有機酸在陽極區(qū)被充 分、快速氧化，使得處理后的酸性廢水中COD大幅度降低，達到排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0018] (2)解決乙酸積聚抑制，乙酸鹽是SRB對某些有機化合物如乳酸鹽、丙酸鹽、丁酸 鹽等進行不完全氧化的最終產(chǎn)物?，F(xiàn)有硫酸鹽還原法技術(shù)污泥厭氧發(fā)酵液為碳源時，發(fā)現(xiàn) 發(fā)酵液會產(chǎn)生乙酸積聚，而乙酸積聚會抑制SRB細(xì)胞的生長；氫和乙酸是甲烷形成的前體， 乙酸積聚會使系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷菌成為優(yōu)勢菌。通過對本發(fā)明微生物燃料電池陽極區(qū)發(fā)酵液分 析發(fā)現(xiàn)未產(chǎn)生乙酸積聚現(xiàn)象，說明微生物燃料電池陽極乙酸得到進一步氧化。
[0019] (3)解決進水pH低不利SRB存活問題。空氣陰極微生物燃料電池以氧氣為電子受 體，設(shè)置在可滲透反應(yīng)井淺層反應(yīng)區(qū)，無需曝氣，陽極產(chǎn)電菌厭氧消解污泥產(chǎn)生的電子通過 外電路傳遞到陰極上，在Pt/c催化劑作用下，空氣中的氧和廢水中透過質(zhì)子膜的H+結(jié)合生 成H2O,消耗H+，提高pH值，實現(xiàn)酸性礦井水pH值調(diào)節(jié)，為硫酸鹽還原菌提供適宜的生存環(huán) 境。
[0020] (4)解決重金屬離子和生化還原產(chǎn)物H2S抑制問題。活性介質(zhì)區(qū)和陽極區(qū)的硫酸 鹽還原菌經(jīng)過一系列反應(yīng)將將酸性礦井水中富含的SO42還原為H2S，在低pH值條件下H 2S 氣體的濃度高于50mg/L時，會使SRB受到完全抑制?？諝怅帢OMFC能增加反應(yīng)器中的pH 值，在堿性pH值時，大部分硫化物以HS、S2游離形式存在，這樣可以減小H 2S濃度，使其對 SRB生物活性影響不大；同時游離的S2與進水重金屬離子，可以生成難溶金屬硫化物沉淀， 從而去除重金屬離子，降低系統(tǒng)溶解態(tài)S2的濃度。
[0021] 硫酸鹽還原菌的生化反應(yīng)：
[0022]
[0023] 電池陽極產(chǎn)電微生物反應(yīng)：
[0024] 有機物 +4H20 - R-COOH -......- C02+8H++8e
[0025] 可能存在副反應(yīng)：S 2- +狃20 4 SOf +
[0026] 電池空氣陰極反應(yīng)：
[0027] 202+8H++8e - 4H 20
[0028] 因此采用空氣陰極微生物燃料電池與固載硫酸鹽還原菌活性介質(zhì)法結(jié)合的可滲 透反應(yīng)井，能保證硫酸鹽還原菌生長的碳源供給和保持適宜的PH環(huán)境，消除H2S濃度和重 金屬離子對其的抑制，提高硫酸鹽還原菌活性，使SRB處理硫酸根和重金屬效果得到進一 步強化，并有效降低可滲透反應(yīng)井出水COD濃度。
[0029] 本發(fā)明酸性礦井廢水的治理裝置用于治理酸性礦井廢水，可處理的重金屬離子總 濃度達200mmol/L，硫酸根離子3000mg/L的酸性礦井廢水。
【附圖說明】
[0030] 圖1為酸性礦井廢水的治理裝置示意圖，
[