矿山酸性废水生物处理技术

本书概述了矿山酸性废水的产生、污染特性及其处理技术，重点介绍了生物处理技术中的优势菌硫酸盐还原菌（sulfate reducing bacteria, SRB）及其处理矿山酸性废水（AMD）的研究进展；并针对矿山酸性废水污染严重、处理难等问题，基于SRB 固定化技术，采用聚乙烯醇-硼酸包埋法，以SRB 污泥、麦饭石、铁屑、玉米芯等为主要基质材料，制作了SRB 固定化颗粒，并开展了以SRB 固定化颗粒为填料处理AMD 机理的研究。通过研究SRB 固定化颗粒处理AMD 效能和抗污染负荷能力的生化反应过程及各指标时空变化规律，揭示了生物与非生物强化协同机理，完善了AMD 处理理论，为构建高效、经济、环保、稳定的矿区水污染防治提供了理论依据和技术参考。
本书具有较强的专业性与实用性，可供从事矿山废水处理、生物废水处理法开发的工程技术人员、科研人员和管理人员参考， 也可供高等学校环境科学与工程、生物工程、矿业工程及相关专业师生参阅。

狄军贞，博士，辽宁工程技术大学土木工程学院党委副书记，三级教授，博士生导师；国际水协IWA会员，辽宁省“百千万人才”工程人选，辽宁省优秀教师，辽宁省优秀硕士论文指导教师，阜新市杰出科技工作者，“辽宁工大五四青年奖章”获得者。主要从事水处理理论与技术、矿区水资源高效利用与保护等方面的研究工作。先后主持国家自然科学等基金20余项。参与国家科技支撑计划（企业重大技术创新）等项目6项。获辽宁省科技进步、辽宁省自然科学学术成果、煤炭工业协会科技进步、中绿盟绿色矿山科技进步、神华集团科技进步等奖8项。在国际及国内核心期刊上发表学术论文80余篇，其中被SCI、EI、ISTP收录20余篇。出版专著1部，主编煤炭高等教育“十四五”规划等教材3部，申请授权国家发明专利8项。

1.实用性强，符合国家处理矿山酸性废水的需求，作者梳理了开发的若干种SRB固定化颗粒及其用于处理矿山酸性废水的效果，结果表明材料的原料便宜易得，处理废水的效果较好，在实际应用中有较大潜力。 2.全面性，本书主体部分每章以一种SRB固定化颗粒为对象，介绍了材料的优化设计与制备，深入研究了材料的特性，并展示了其用于处理矿山废水的实际效果。 3.专业性，本书揭示了生物与非生物强化协同机理，完善了AMD修复理论，可为构建高效、经济、环保、稳定的矿区水污染防治技术提供理论依据和科学指导，进一步促进生物法在矿山酸性废水治理中的应用。

我国煤炭资源丰富，煤炭资源量和产量目前均居世界前列。在煤矿开采过程中，含硫化合物发生氧化、分解、浸溶等一系列物理化学及生化反应转化形成了有毒、有害的矿山酸性废水（AMD），造成了地下水资源的浪费，引发了极大的环境污染问题。2018年9月习近平总书记视察辽宁省抚顺市西露天矿时提出综合治理同产业发展相结合；2022年10月习近平总书记在中国共产党第二十次全国代表大会中提出“推动绿色发展，促进人与自然和谐共生。”“必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念”“深入推进环境污染防治”“加强污染物协同控制”“统筹水资源、水环境、水生态治理”“加强煤炭清洁高效利用”。可见，矿山酸性废水处理已成为我国煤矿企业发展绿色矿山的必经之路。目前，处理矿山酸性废水常用的方法有中和法、人工湿地法、吸附法和生物法等。生物法中的优势菌种固定化技术，特别是硫酸盐还原菌（SRB）固定化技术由于具有环境友好、生物活性强、污染小等优点已成为最具潜力的方法。SRB固定化颗粒技术提高了SRB对酸性和重金属的耐受性，同时为SRB生长提供了碳源。在SRB固定化颗粒制备过程中通过调节基质的成分来改善颗粒结构和特性，使其对矿山酸性废水处理具有普适性、高效性和长效性。
本书针对矿山酸性废水污染严重、处理难等问题，综述了以SRB为优势菌种的生物处理技术。特别是，重点介绍了SRB固定化颗粒制备技术及其处理矿山酸性废水的研究成果。首先，分析了SRB生物学特性及其处理矿山酸性废水有效性。其次，基于微生物固定化技术，采用聚乙烯醇硼酸包埋法，以SRB污泥、麦饭石、铁系材料、玉米芯、褐煤等为主要基质，通过单因素试验、响应曲面试验、正交试验和动态试验等试验方法探索了SRB固定化颗粒、铁屑协同SRB固定化颗粒、改性玉米芯协同SRB固定化颗粒、改性麦饭石协同SRB固定化颗粒、铁系材料强化SRB固定化颗粒和生物活化褐煤SRB固定化颗粒的制备方法，系统、全面地介绍了SRB固定化颗粒制备技术，并分析了上述多种SRB固定化颗粒对矿山酸性废水污染的处理效果，揭示了生物与非生物强化协同机理，完善了矿山酸性废水处理理论。
本书的撰写和出版得到了国家自然科学基金项目（41672247、41102157、52304188）、辽宁省教育厅重点项目（LJKZ0324）、辽宁省“兴辽英才”青年拔尖人才计划支持项目（XLYC1807159）、辽宁省科学技术基金项目（2023BS201）、辽宁工程技术大学学科创新团队资助项目（LNTU20TD21）的资助，在此一并表示衷心感谢！
限于著者撰写水平及时间，书中不足及疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正。

著者
2023年8月

第1章 矿山酸性废水污染特性及其处理方法概述　1
1.1 矿山酸性废水的产生及危害 2
1.2 矿山酸性废水的处理技术及研究现状 3

第2章 硫酸盐还原菌及其处理矿山酸性废水研究进展　8
2.1 硫酸盐还原菌代谢原理 8
2.2 硫酸盐还原菌在污废水治理中的应用 10
2.3 硫酸盐还原菌的主要影响因子 10
2.4 微生物的固定化技术 13

第3章 硫酸盐还原菌生物学特性及其处理矿山酸性废水有效性研究　18
3.1 硫酸盐还原菌的分离鉴定 18
3.2 不同生物质碳源缓释规律研究 25
3.3 SRB (菌株dzl17)对不同生物质碳源有效利用性研究 39
3.4 SRB (菌株dzl17)以甘蔗渣为碳源条件下的特性试验 51
3.5 SRB (菌株dzl17)以不同生物质为碳源处理AMD动态试验 59

第4章 SRB 固定化颗粒制备技术及其处理矿山酸性废水研究　66
4.1 SRB固定化颗粒制备技术优化 66
4.2 SRB固定化颗粒代谢特性研究 74
4.3 SRB固定化颗粒协同PRB系统处理矿山酸性废水 87

第5章 铁屑协同SRB 固定化颗粒制备技术及其处理矿山酸性废水研究　94
5.1 铁屑协同SRB固定化颗粒中铁屑配比优化试验 94
5.2 铁屑协同SRB固定化颗粒的特性研究 111
5.3 铁屑协同SRB固定化颗粒去除污染物特性试验 119
5.4 铁屑协同SRB固定化颗粒处理AMD动态柱试验研究 127

第6章 改性玉米芯协同SRB 固定化颗粒制备技术及其协同PRB 系统处理矿山酸性废水研究　131
6.1 玉米芯的改性方法试验研究 132
6.2 玉米芯改性条件的正交试验 134
6.3 改性玉米芯协同SRB固定化颗粒特性试验 139
6.4 改性玉米芯SRB固定化颗粒协同动态PRB系统处理矿山酸性废水 145

第7章 改性麦饭石协同SRB 固定化颗粒制备技术及其处理矿山酸性废水研究　155
7.1 改性麦饭石协同SRB固定化颗粒制备技术及其特性分析 156
7.2 改性麦饭石协同SRB固定化颗粒对不同污染离子的响应分析 178
7.3 改性麦饭石协同SRB固定化颗粒协同PRB系统处理矿山酸性废水研究 191

第8章 铁系材料强化SRB 固定化颗粒制备技术及其处理矿山酸性废水研究　196
8.1 铁系颗粒成分配比单因素试验 196
8.2 铁系颗粒成分配比正交试验 220
8.3 铁系颗粒特性试验研究 239
8.4 铁系颗粒动态试验研究 255
8.5 铁系颗粒处理AMD机理分析 266

第9章 生物活化褐煤-SRB 固定化颗粒制备技术及其处理矿山酸性废水研究　269
9.1 生物活化褐煤-SRB固定化颗粒配比单因素试验 269
9.2 生物活化褐煤-SRB固定化颗粒配比正交试验 283
9.3 生物活化褐煤-SRB固定化颗粒的特性试验研究 289
9.4 生物活化褐煤-SRB固定化颗粒处理AMD动态试验 297

参考文献 307