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模拟铜陵尾矿库内酸性矿山排水环境下的SRB原位修复研究

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第一章 绪论

1.1 矿山环境地球化学研究概述

1.1.1 固体废弃物

1.1.2 酸性矿山排水形成研究

1.2 酸性矿山排水的处理工艺

1.3 微生物法处理酸性矿山排水

1.3.1 硫酸盐还原菌

1.3.2 SRB工艺处理酸性矿山排水的研究现状

1.3.3 SRB处理酸性矿山排水的影响因素

1.3.4 原位生物修复原理及研究进展

1.4 尾矿砂来源概况

第二章 模拟尾矿库处理酸性矿山排水可行性研究

2.1 实验材料和方法

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验方法

2.1.3 实验仪器和测试项目

2.1.4 实验装置

2.2 实验结果与讨论

2.2.1 pH变化

2.2.2 硫酸根浓度及TOC变化

2.2.3 出水Cu2+、Zn2+浓度变化

2.3 小结

第三章 铜陵相思谷尾矿砂淋滤实验研究

3.1 研究背景及意义

3.2 实验材料、方法和结果

3.2.1 实验材料和方法

3.2.2 测试项目及方法

3.2.3 尾矿砂表征

3.2.3 实验结果与讨论

3.3 尾矿砂柱元素赋存状态

3.3.1 Tessier五步连续萃取法

3.3.2 实验分析结果

3.4 小结

第四章 以秸秆为碳源的尾矿微生物原位修复

4.1 实验材料设备和方法

4.1.1 实验仪器

4.1.2 测试项目和方法

4.1.3 实验思路

4.1.4 模拟酸性矿山废水的配置

4.2 实验结果和讨论

4.2.1 pH和氧化还原电位变化

4.2.2 硫酸根和COD浓度变化

4.2.3 渗透系数变化

4.2.4 重金属的变化

4.2.5 沉积物表面形貌、成分特征

4.3 小结

第五章 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

铜陵相思谷尾矿是夕卡岩型矿床尾矿的典型代表,以其高含量的碳酸盐为特征。为了对比研究生物和非生物条件下尾矿中重金属地球化学行为的差异,本研究以两个有机玻璃柱为动态实验反应柱(其中实验柱填充尾矿砂+污泥+秸秆,对照柱仅填充尾矿砂),研究开展了模拟雨水和酸性矿山排水(AMD)两阶段淋滤实验,以考察尾矿库内在雨水和AMD淋滤作用下重金属的迁移行为,并探讨将硫酸盐还原菌(SRB)用于处理AMD的可行性。
   结果表明:实验开始的20天内,实验柱中重金属(Cu、Zn、Cd、Fe)的浓度变化明显高于对照柱,推测此时体系中的微生物加速了矿物的分解和重金属的淋滤。20天后,与对照柱相比,实验柱发生了如下变化:出水硫酸根浓度逐渐下降,至45天左右稳定在200 mg/L左右;Cu2+、Cd2+、Zn2+、Fe2+离子浓度分别下降到0.1 mg/L、0.1 mg/L、0.4 mg/L和1 mg/L以下;出水COD浓度也呈逐渐下降的趋势。这些现象表明此时出现了微生物作用下的硫酸盐还原过程,其还原产物以硫化物的形式沉淀,而沉淀同时吸附了Cu、Cd、Zn等重金属元素。
   对照柱在140天的实验时间里,pH值始终维持在7.5以上,铜、锌离子仍然保持较低的出水浓度,而铁离子浓度在120天左右逐渐升高,尾矿砂的渗透系数逐渐降低。这表明铜陵夕卡岩尾矿具有较强的酸中和潜力,在中和过程中不仅不会产生重金属离子的淋滤迁移,反而会对其产生沉淀和吸附。因此,可以将该尾矿作为AMD处理的有用材料进行废物利用。对于实验柱,研究结果表明,以稻草为碳源、污泥为微生物接种源构建尾矿砂-微生物体系,能够有效还原硫酸盐并去除重金属,该方法可以用于矿山尾矿的原位修复。

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