申请日2014.02.28
公开(公告)日2014.07.09
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明涉及一种高效沉淀酸性矿山废水可溶性铁的方法，属于环境工程技术领域。首先采用低压电解富含铁离子酸性矿山废水，通过电子得失使大部分三价铁离子还原成二价铁离子，然后通过嗜酸性氧化亚铁硫杆菌Acidithiobacillus ferrooxidans对二价铁离子氧化生成沉降性能好、颗粒密实的羟基硫酸高铁矿物。经过二次还原和二次成矿后，总铁沉淀率提高到近80%。本发明不仅可以促进可溶性铁的去除，还不引入其它化学组分，且次生矿物沉降性能好。与同类技术相比更为优越，成本低廉，安全可靠，节能环保，次生矿物还可作为吸附材料进行资源化利用。
权利要求书
1.一种高效沉淀酸性矿山废水可溶性铁的方法，其特征在于电解还原Fe3+成Fe2+和A.f.菌氧 化Fe2+成矿联合促进可溶性Fe沉淀。
2.根据权利要求1所述，其特征在于所述的具体方法如下：
(1)电解还原Fe3+成Fe2+;用胶布将2支碳棒(长10cm，直径0.5cm)固定在500ml 烧杯内壁，并用铜导线将其分别与直流电源的正负极相连接，然后加入体积150～300mL、 浓度3000～6000mg/L的Fe3+[Fe2(SO4)3]溶液，用1～20V外加电压进行电解还原0～10h，电 解过程中用磁力搅拌器按150～200r/min速度搅拌溶液。
(2)A.f.菌氧化Fe2+成矿：将上述电解后溶液用5%NaOH调节pH值至2.0～2.5。接入 1～5mLA.f.浓缩菌液，于28℃、180r/min条件下振荡培养96～144h，然后用0.45μm滤纸 过滤收集次生矿物，滤液在相同条件下进行第二次还原和成矿。
3.根据权利要求2(1)所述的方法，其特征在于所述的Fe3+溶液体积优选200mL，浓度优 选6000mg/L，所述电解还原电压和时间分别优选5V和5h，所述的磁力搅拌器速度优选 180r/min。
4.根据权利要求2(2)所述的方法，其特征在于所述的NaOH调节溶液pH值优选2.3;所 述A.f.浓缩菌液接种优选1mL;所述振荡培养时间优选120h。
说明书
一种高效沉淀酸性矿山废水可溶性铁的方法
一、技术领域
本发明属于环境工程领域，涉及一种高效沉淀酸性矿山废水可溶性铁的方法。
二、技术背景
酸性矿山废水(Acid mine drainage，AMD)是指在开采过程和开采后废矿石和尾矿 中硫化矿物在氧气和水以及微生物的共同作用下，经风化淋溶等过程生成含有大量铁离子和 硫酸根的酸性废水[刘志勇等，2004;冯颖等，2005;周立祥，2008]。AMD pH值较低，一 般为4.5-6.5，某些硫铁矿pH可降到2.5-3.0[胡文客等，1994;董春娟，2000]。
针对AMD的上述特征，其治理方法有很多，如人工湿地法[Kalin et al.，2006]、常温 铁氧体法[Wei et al.，2007]、硫酸盐还原菌法[Foucher et al.，2001]等等。石灰中和法仍是世界上 最常用的方法[Murdock et al.，1994;Kuyucak，2001;Aubé et al.，2003]。但传统的石灰乳中和 法和石灰石-石灰乳二段中和法都因AMD中存在较多的可溶性Fe3+和Fe2+，易产生难以沉淀 的氢氧化铁、氢氧化亚铁絮状物包覆石灰颗粒表面，从而大大降低其中和效率[周立祥，2008]。 许多学者报道在酸性环境中嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans，简称A.f.) 能将Fe2+迅速氧化成Fe3+并生成包括施氏矿物、黄铁矾、针铁矿和水铁矿等羟基硫酸铁矿物 沉淀[Schwertmann et al.，1995;廖岳华等，2007;Xiong et al.，2008]，促进了AMD中部分可 溶性Fe的去除。然而，虽然Fe2+在A.f.菌的作用下短时间内能完全氧化，但即使在添加9K 培养基的前提下，培养72h后也只有40%左右的Fe3+形成次生矿物沉淀，仍有约60%的Fe3+滞留在酸性水中。可见，自然环境酸性矿山废水中可溶性铁的沉淀率更低。
A.f.菌是一种嗜酸的依靠代谢Fe2+和S2-等元素化能自养的细菌。A.f.菌可以从Fe2+氧 化成Fe3+的过程中获得电子，利用电子流动的能量来维持新陈代谢[吕明等，2008]，而在电解 的条件下，Fe3+可以得到电子而被还原成Fe2+。因此，为了促进可溶性Fe的沉淀，本方法从 电解还原Fe3+和A.f.菌氧化Fe2+两个方面入手，在适当外加电压条件下，Fe3+不断被还原成 Fe2+，然后在A.f.菌的作用下不断氧化Fe2+成Fe3+并成矿，剩余的Fe3+进行二次还原和氧化成 矿，反复循环，就能使AMD中可溶性Fe转变成次生羟基硫酸铁矿物沉淀下来，这有利于克 服在AMD中直接加石灰中和所引起的种种弊端，同时次生羟基硫酸铁矿物可以通过共沉淀 或者吸附的方式去除AMD中有害(类)金属。
三、发明内容
技术问题本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种促进酸性矿山废水可溶 性铁沉淀的方法。
技术方案本发明所述的一种高效沉淀酸性矿山废水可溶性铁的方法，主要有如下 内容：
(1)电解还原Fe3+
用胶布将2支碳棒(长10cm，直径0.5cm)固定在500ml烧杯的内壁。用铜导线 将2碳棒分别与直流电源的正负极相连接。取体积150～300mL、浓度3000～6000mg/L的 Fe3+[Fe2(SO4)3]置于烧杯中，用1～20V外加电压进行电解还原0～10h，电解过程中用磁力搅拌 器按150～200r/min速度搅拌溶液，通过称重法补加电解损失的水分。
(2)A.f.菌氧化Fe2+
电解后用5%NaOH调节溶液pH值至2.0～2.5。接入1～5mLA.f.浓缩菌液，于28℃、 180r/min条件下振荡培养96～144h，然后用0.45μm滤纸过滤收集次生矿物，滤液在相同条 件下进行第二次还原和成矿。
所述的电解还原阶段Fe3+溶液体积优选200mL，浓度优选6000mg/L;所述外加电解 还原电压优选5V;所述电解还原时间优选5h;所述的磁力搅拌器速度优选180r/min。
所述的A.f.菌氧化Fe2+阶段NaOH调节溶液pH值优选2.3;所述A.f.浓缩菌液接种 优选1mL;所述振荡培养时间优选120h。
有益效果
本发明针对传统石灰乳中和法和石灰石-石灰乳二段中和法去除AMD中可溶性Fe 所产生难以沉淀的氢氧化铁、氢氧化亚铁絮状物包覆石灰颗粒表面，从而大大降低其中和效 率的现状。提供了一种节能环保、安全可靠、成本低廉的可溶性Fe去除方法。
本发明虽然分两步进行，但操作简单，节能环保，且不引入其它化学组分。例如， 针对不同高浓度Fe3+溶液(3000mg/L或6000mg/L)，均只需5V直流电压电解5h就能达到稳 定状态，且Fe3+还原率可达60～70%。无需外源添加培养基，通过A.f.菌对Fe2+氧化和Fe3+水 解作用就能使47%可溶性Fe形成羟基硫酸铁矿物沉淀，二次还原氧化后可溶性Fe累计沉淀 率达到近80%。同时，次生羟基硫酸铁矿物相对石灰法形成的氢氧化亚铁、氢氧化铁絮状物 具有更好的沉降性和密实性，过滤脱水性能较好;次生矿物特有的高比表面积、羟基、硫酸 根等对砷、铬等重(类)金属具有很强的吸持能力，在实际工程运用上将起到共沉淀的作用， 同时也可应用于地下污染水体、工业废水等的处理。
