碳源对人工湿地治理酸性老窑水效果影响及其机制研究

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闭坑煤矿区的酸性老窑水是水环境的主要污染源之一。近年来,随着大量煤矿的关闭或停采,酸性老窑水水位逐渐上升,最终渗出地表,不仅严重影响了地表水体,而且还通过河道的渗漏段补给下伏含水层,致使地下水资源遭受污染,给水环境带来潜在风险。因此,对闭坑煤矿酸性老窑水的治理已是当务之急。本文利用从污水处理厂污泥中分离筛选出的硫酸盐还原菌,研究不同种类碳源(小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯)、不同碳硫比(C/S)对硫酸盐还原菌修复老窑水的效果影响以及硫酸盐还原菌修复老窑水机制;利用盆栽试验,根据前期硫酸盐还原菌修复实验结果,研究外加碳源对人工湿地除污机制的影响,初步验证了人工湿地外加碳源的生态效应,为人工湿地修复酸性老窑水提供理论依据。主要结论如下:(1)三种碳源对硫酸盐还原菌修复老窑水效果影响大小为:玉米秸秆>小麦秸秆>玉米芯。以玉米秸秆作为碳源,硫酸盐还原菌最终对SO42-、重金属(Fe、Mn、Cu、Zn)和COD的去除率分别为95.11%、98%、38.39%、99.54%、99.63%、43.11%。同时,溶液p H值升高,氧化还原电位(Eh)及电导率(Ec)值下降,生成黑色沉淀,说明硫酸盐还原菌通过自身的生长代谢活动将SO42-还原成低价态S(S2-,HS-,H2S),与重金属生成稳固的硫化物,从而使老窑水水质得到净化。(2)基于前期实验结果,以玉米秸秆为碳源,研究不同C/S对硫酸盐还原菌的影响。实验结果表明:硫酸盐还原菌对SO42-和重金属(Fe、Mn、Cu、Zn)的去除率随着C/S的增加而增加,但当C/S≥2.6时,其去除率相差不大。且当C/S=2.6时,硫酸盐还原菌对COD的去除率最大。(3)在得到最合适碳源种类及C/S的基础上,进行盆栽试验,研究外加碳源对人工湿地处理不同SO42-酸性老窑水的效果影响。研究表明,在添加碳源的情况下,人工湿地对SO42-浓度为1000mg/L,2000mg/L,4000mg/L的酸性老窑水中SO42-的处理效率分别提高了43.79%,60.59%,71.35%,对Mn去除率提高6.95%、6.5%、11.11%。同时人工湿地中无害稳定的重金属硫化物增加,减少了基质造成二次污染的风险以及重金属对植物的胁迫,促进了植物的生长。通过实验研究,提出了人工湿地外加碳源处理酸性老窑水的新思路,并取得了有一定价值的成果,对修复酸性老窑水,减少基质造成二次污染的风险具有一定的意义。
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