[发明专利]一种处理酸性矿山废水的固定化颗粒及其制备和使用方法

说明书

一种处理酸性矿山废水的固定化颗粒，包括组分及重量百分含量为：20～40％硫酸盐还原菌污泥，5～10％纳米铁复合颗粒材料，5～15％水滑石/水滑石焙烧产物，5～9％聚乙烯醇，0.2～1.5％海藻酸钠，5～20％生物质材料和4.5～59.8％蒸馏水。制备方法为：将聚乙烯醇和海藻酸钠加入蒸馏水中，溶胀搅拌形成无气泡凝胶；将生物质材料，纳米铁复合颗粒材料和水滑石/水滑石焙烧产物加入凝胶，搅拌冷却形成冷却凝胶；向其中加入硫酸盐还原菌污泥，搅拌滴入饱和硼酸溶液，交联得到固定化颗粒。使用时，将固定化颗粒激活后，置于可渗透性反应墙中，处理酸性矿山废水。本发明在降低成本的同时，实现对酸性矿山废水中重金属及阴离子污染物有效去除，处理效率显著提升。

技术领域：

本发明属于水污染控制工程技术领域，具体涉及一种处理酸性矿山废水的固定化颗粒及其制备和使用方法。

背景技术：

矿产储量对经济建设和社会发展具有重要的作用，是我国可持续发展战略实施的资源保证。但由于长期的矿产资源的开发，极大地破坏了矿区的水文地质环境与生态系统，导致矿区严重缺水，加剧缺水地区的供水紧张，以致影响当地经济建设和居民生活。酸性矿山废水pH值低，其中往往还含铜、锌、镍、铅、铬、铁、汞、锰等多种毒性很强的重金属离子，且含有很多毒性极强且难去除的阴离子，如As^3-、CrO₄^2-、CN^-等。这样的水如果直接排放不仅会浪费宝贵的地下水资源，而且还会对环境造成严重污染，对人体健康造成严重伤害，严重可导致人体死亡。这对于本来就缺水的资源型城市无疑是雪上加霜。因此，对矿山开采所产生的酸性废水进行修复已迫在眉睫。

吸附法在酸性矿山废水处理中占有重要的地位，也是近几年来的研究热点。吸附法是利用多孔性的固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面从而使其去除的方法。吸附法用于处理含重金属离子及有毒阴离子含量高的废水具有操作简单，应用广泛，价格低廉等优点，已成为水处理中常用的处理技术。利用一种厌氧的微生物硫酸盐还原菌(SRB)处理的生物法是利用某些能够以废水中污染物为基质的特殊菌群，通过生物有机体或其代谢产物与金属离子间的相互作用达到净化废水中重金属离子的目的，由于硫酸盐还原菌具有处理重金属种类多、处理彻底、成本低、处理潜力大、环境友好等优点，已在酸性矿山废水、电镀废水等治理方面得到了广泛应用。一般来说，硫酸盐还原菌能将废水的pH值从2.5～3.5提高到7.5～8.5，pH指标达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)，处理后出水重金属离子浓度降低至0.1mg/L。

铁化学性质活泼，较低的电极电位(E⁰(Fe²⁺/Fe)＝-0.440V；E⁰(Fe³⁺/Fe²⁺)＝0.771V)，因此使其具有较高的还原能力，可以将氧化性较强的离子、化合物以及部分有机物还原。零价铁具有廉价易得、还原速度较快等优点，此外应用范围广，适用于多种污染物如重金属、硝酸盐、亚硝酸盐、染料以及含氯有机物的还原处理，现在水处理行业已具有广泛的应用。但由于常规粒径的零价铁比表面积较小，不仅在一定程度上抑制了去除效果，并且较大的零价铁颗粒也不适用于浅层松散地下水体的污染处理。因此，研究人员在该领域开展了大量的研究。相关研究表明当常态物质被加工到纳米尺度时会出现奇异的表面效应、体积效应和量子效应，其很多理化性质都会发生显著变化而具备许多特殊性能。为此，在零价铁的应用基础上制备了纳米级零价铁，显著提高了零价铁的去除能力。所谓纳米级Fe⁰，是指颗粒直径数量级约在1-100nm之间的超细铁粉，与常规的零价铁颗粒相比，纳米级零价铁具有更大的比表面积，可以为污染物提供更多的活性位点，从而提高处理效率；表面活性增强，能处理更多种类的污染物；同时渗透性提高，可以被直接注射到需要处理的地下水体系中，更加适于作为可渗透反应墙(PRB)技术的反应填充介质。