氧化亚铁硫杆菌密度与营养供给对硫铁矿生物氧化的影响

探究硫铁矿生物氧化过程的影响因素有利于揭示酸性矿山废水形成规律.本研究采用摇瓶试验,探究了氧化亚铁硫杆菌Acidithiobacillus ferrooxidans LX5(A.ferrooxidans LX5)密度对硫铁矿生物氧化的影响.同时,在菌密度为1.40×107cells·m L-1的环境中,研究了微生物营养(无铁改进型9K液体培养基)供给对硫铁矿生物氧化的影响.结果表明,A.ferrooxidans LX5及其营养成分的引入显著加速了硫铁矿生物氧化体系H+的释放,0.70×107~2.10×107cells·m L-1A.ferrooxidans LX5的引入,可使得H+释放量较无菌对照提高1.51~3.31倍.半量浓度和全量浓度无铁改进型9K液体培养基的加入,可使菌密度为1.40×107cells·m L-1硫铁矿氧化体系的H+释放量提高3.24与2.75倍.相对于A.ferrooxidans LX5密度为0.70×107cells·m L-1的体系,1.40×107cells·m L-1或2.10×107cells·m L-1A.ferrooxidans LX5的引入明显提高硫铁矿氧化体系总Fe离子与SO2-4的释放效率,且71.9%~88.3%的总Fe离子主要以Fe2+存在.微生物营养供给使得总Fe离子与SO2-4的释放效率加速显著,而总Fe离子几乎全部以Fe3+存在.当菌密度大于1.40×107cells·m L-1时,体系生物氧化后所得硫铁矿表面存在明显的侵蚀坑.相对于半量浓度改进型9K培养基养分供给,全量改进型9K液体培养基的引入由于体系次生铁矿物覆盖硫铁矿明显而抑制了总Fe离子与SO2-4的释放.硫铁矿氧化所得酸性废水经Ca O中和至pH约为7.00,总Fe近乎全部去除,而SO2-4去除率相对较低(26.7%~73.9%).本研究所得结果对明晰酸性矿山废水形成规律具有一定的指导意义.     

氧化亚铁硫杆菌对黄铜矿的生物氧化研究

针对矿区硫化矿氧化产生的酸性矿山废水(AMD)对生态环境造成严重影响的问题,以矿区常见的黄铜矿(CuFeS2)为研究对象,采用已筛选的氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A.f菌)为实验菌株,探讨在A.f菌作用下黄铜矿的氧化过程。实验结果表明,A.f菌可显著促进黄铜矿的氧化,第18天有菌体系中的铜离子浓度是无菌体系中的5倍;同时细菌可促进溶液中Fe2+氧化为Fe3+,使氧化还原电位升高,从而对黄铜矿保持较高的氧化速率,并导致体系的pH值降低;还发现黄铜矿的氧化过程中可形成中间产物方黄铜矿(CuFe2S3),而细菌氧化还可产生硫磷化钴(CoPS),中间产物的形成并没有明显延缓黄铜矿的氧化速率;生物氧化可造成矿样表面侵蚀多坑,可能是细菌对黄铜矿的直接氧化作用造成的。由于黄铜矿的生物氧化明显控制其氧化进程,抑制黄铜矿的生物氧化对酸性矿山废水的源头治理具有十分重要的意义。     

微生物法液相氧化SO2

通过对酸性水溶液、含Fe³⁺水溶液、含Fe²⁺水溶液、细菌菌液和细菌培养基水溶液脱除二氧化硫的实验,探讨了微生物液相氧化二氧化硫的途径.以液相中SO₄^2-浓度考察了Fe³⁺浓度、Fe²⁺浓度、进口SO₂浓度以及温度对脱硫成酸的影响.微生物脱硫有2种机制:一是直接氧化作用,即氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)将S(IV)氧化成S(VI);二是间接催化氧化,氧化亚铁硫杆菌在酸性条件下具有快速氧化Fe²⁺成Fe³⁺,增强Fe³⁺对SO₂的液相催化氧化能力,研究表明微生物脱硫以间接催化氧化为主.在浓度0～1.2g/L之间,Fe³⁺和Fe²⁺浓度越高,脱硫效果越好,氧化亚铁硫杆菌表现出对Fe³⁺/Fe²⁺体系氧化SO₂的强化效果.入口SO₂浓度越高,细菌脱硫效率越低,但液相中SO₄^2-浓度随进口SO₂浓度增加变化不大.温度对微生物脱硫影响较大,最佳脱硫温度为30～40℃.     

淋洗模拟研究有机盐膜抑制黄铁矿的生物氧化效果

经有机难溶盐包膜后的黄铁矿矿石接菌下间歇循环淋洗一年后其循环收集液中SO4^2-含量点供试样品中总SO4^2量的0.16%，较对照的下降了97％，pH从初始6.82下降至5.48，但对照pH却从初始的7.57下降至2.35，矿石样品经扫描电子显微镜显示：包膜的矿石样品表面仍呈光洁状，而对照的表面布满细小洞穴，清楚指出：笔者首次提出的有机盐膜能有效地抑制T．F菌对黄铁矿的氧化作用。     

软锰矿与细菌催化氧化二氧化硫

研究了软锰矿与锰氧化细菌、氧化亚铁硫杆菌催化氧化二氧化硫的过程,探讨了细菌在软锰矿脱硫体系中所起的作用。结果表明:锰氧化细菌粘附于软锰矿上,氧化Mn(Ⅱ)为Mn(Ⅲ)、Mn(Ⅳ),强化软锰矿催化氧化二氧化硫效果;锰氧化细菌促进脱硫存在一个适应期,其后的强化作用随细菌浓度增加而增加;锰细菌与铁细菌存在协同效应,并与菌液组成的比例有关。     

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌对高砷尾矿生物氧化行为影响的研究

含砷尾矿在生物氧化作用下会产生大量含砷(As)酸性矿山废水,从而对周围生态环境造成严重危害,亟需系统性明晰含砷尾矿生物氧化过程中As的迁移转化规律.探究含砷尾矿生物氧化行为的影响因素有利于揭示As的迁移转化规律.以高砷尾矿(As含量>20%)为研究对象,考察了不同初始pH条件(1.2～2.8)和固体浓度(2.0～10.0 g·L^-1)对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)生物氧化行为的影响.结果表明：As的生物氧化受初始pH值和固体浓度的显著影响.As的生物氧化效率随着初始pH或固体浓度的升高呈先升高后下降的趋势;在初始pH值2.0时,观察到As的浸出率(高达92.94%)比其他初始pH条件高.在固体浓度8.0 g·L^-1时具有最优的As浸出率(高达93.24%).在所有初始pH和固体浓度条件下可以发现生物浸出前期As的浸出效率快速上升,而生物氧化中期维持相对稳定并在生物氧化后期出现下降趋势,这与微生物活性变化和黄钾铁矾的形成有关.XRD和SEM分析结果显示在生物氧化过程中微生物氧化释放的...     

氧化亚铁硫杆菌生物浸出污泥中的重金属离子

为研究氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,At. f)对污泥中重金属的浸出机制,进行了空白、直接浸出(At. f)、加亚铁浸出(At. f +Fe2+)、加亚铁和硫酸浸出(At. f+Fe2++H2SO4)4组生物淋滤实验,分析淋滤前后污泥的成分和物相变化.结果表明加亚铁和硫酸浸出淋滤后Cu、Zn、Ni、Pb和Cr的去除率可分别达到90.8%、100%、87.5%、51.6%和83.3%,高于其他3种体系;定量计算和动力学拟合结果表明,5种金属在直接-间接(加亚铁)浸出中的质量含量和速率常数(k)均高于直接浸出.EDS和XRD证实污泥浸出前后样品组分主要是C(26.2%~37.5%)、O(32.5%~45.7%)和一些无机化合物(如铝盐和SiO2),生物淋滤后会造成营养元素(P和Ca)的部分流失.此外,ICP-MS分析表明其他金属(如Cd、Fe、Mn)也能同时被溶出.基于结果分析,提出FeSO4·7H2O和H2SO4的加入有助于生物淋滤系统的启动,其中Cu、Pb、Cr和Ni主要以间接浸出为主,而Zn是直接和间接浸出共同作用.     

阴离子对Acidithiobacillus ferrooxidans氧化活性及次生铁矿物形成影响

酸性矿山废水（AMD）具有酸度高并含有大量可溶性Fe、硫酸根及重（类）金属的特点,采用生物矿化方法促使AMD中Fe向羟基硫酸铁次生矿物转变,对AMD后期石灰中和减少氢氧化铁和废石膏的产生,提高中和效率具有实际意义.通过模拟酸性矿山废水,考察了Cl^-、NO₃^-、PO₄^3-3种阴离子对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌（A.ferrooxidans）体系中pH值、Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率、次生铁矿物矿相的影响.结果表明,高浓度阴离子对A.ferrooxidans氧化Fe²⁺能力具有抑制作用.A.ferrooxidans对阴离子的耐受性依次为PO₄^3- > NO₃^- > Cl^-.阴离子浓度在A.ferrooxidans耐受范围内时,其对Fe²⁺的生物氧化速率基本没有影响.但高浓度阴离子会通过抑制A.ferrooxidans的氧化活性,从而间接影响Fe³⁺的水解成矿过程,导致培养终点时总Fe沉淀率降低和次生铁矿物产量减少.受Fe³⁺供应速率降低的影响,次生铁矿物的合成途径易向施氏矿物转变.     

软锰矿微生物催化氧化烟气脱硫

利用软锰矿与微生物联合催化氧化烟气SO₂.分别选取氧化亚铁硫杆菌（T. ferrooxidans菌）和锰氧化细菌,研究微生物对SO^2-₃的氧化性能和恢复体系中Mn（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）的活性性能.采用紫外线诱变法,选育出了对SO^2-₃和Fe²⁺转化效率高T. ferrooxidans菌的优势菌株,对Fe²⁺的完全氧化时间缩短为约24 h.通过分析细菌与软锰矿联合催化氧化脱除SO₂的脱硫效率变化、液相中SO^2-₃离子的变化,以及二者的关系,探讨了细菌在软锰矿脱硫体系中所起的作用,并用透射电子显微镜观察了反应前后锰氧化细菌的形态变化.结果表明Fe²⁺与T. ferrooxidans菌共同存在时,T. ferrooxidans菌对SO₃^2-的转化速率可达到0.015?3　g/(L·min),优于化学氧化.T. ferrooxidans菌和锰氧化菌联合软锰矿脱硫实验结果表明,细菌对软锰矿脱硫存在强化作用;锰氧化细菌促进脱硫存在适应期,T. ferrooxidans菌和锰氧化菌存在协同效应,微生物可以完成铁锰催化剂的再生循环.     

碳酸盐岩对Fe2+生物氧化及铁矿物合成的影响

利用从高硫煤矸石堆场浸出液中培养驯化获得的氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f）,通过静态实验,探讨添加不同量的碳酸盐岩对酸性硫酸盐体系中Fe²⁺生物氧化速率及次生铁矿物合成的影响.结果表明：添加10 g和30 g碳酸盐岩不会对体系中pH、氧化还原电位（ORP）和Fe²⁺生物氧化速率产生明显影响,但总铁（TFe）的去除率可从37%分别提高到55%和62%,矿物生成量也从8.17 g·L^-1分别增加到12.03 g·L^-1和13.69 g·L^-1;同时,体系中合成的次生铁矿物相与不加碳酸盐岩时无明显变化,主要为黄铁矾和施氏矿物的混合物.随着碳酸盐岩添加量增至50、70和90 g时,体系pH快速上升,Fe²⁺生物氧化速率受到抑制,并产生大量结晶程度较好的硫酸钙,形成的铁矿物主要为纤铁矿或针铁矿.而适量的碳酸盐岩添加可使体系中产生Ca²⁺和Mg²⁺,从而影响次生铁矿物的合成.因此,在以碳酸盐岩为反应介质的酸性矿山废水处理工艺设计中,可通过添加A.f菌并控制碳酸盐岩投加量,强化系统中Fe²⁺生物氧化及次生矿物的合成,从而进一步提高反应系统对TFe的去除效果.     

利用硝化细菌对煤矿固体废物生态毒性的检测

主要研究了在水或不同酸性条件下，徐州某矿矸石和煤泥可提取成份对硝化细菌硝化作用强度的影响。结果表明，矸石和煤泥在不同酸性条件下的可提取成份对硝化作用强度均产生不同程度的抑制作用，提示本方法在反映煤矿固体废物生态毒性方面有一定检测作用。     

煤矸石复合型添加剂对城市生活垃圾热解的影响

利用热重分析和动力学分析全面探究了煤矸石复合型添加剂对城市生活垃圾热解的影响,分析结果表明:添加煤矸石复合型添加剂可以在一定程度上提高城市生活垃圾热解的效率。更进一步地,研究了煤矸石复合型添加剂的添加对热解产物,特别是气体组分产量的影响,发现添加煤矸石复合型添加剂可以提高气体组分的产量。煤矸石复合型添加剂对H2、CO以及CH4产气速率的影响十分显著,添加800℃活化煤矸石复合型添加剂,热解气中的H2产气速率提高最快;添加500℃活化过的煤矸石复合型添加剂,热解气中的CO产气速率提高最快;添加1 000℃活化过的煤矸石复合型添加剂,热解气中的CH4产气速率提高最快。     

高速钢固体废物的再生研究

采用电热法回收高速钢固体磨屑废物中的合金并生产再生合金并对冶炼再生合金产品的工艺及影响产品质量的因素进行了研究。首先对高速钢磨屑进行预处理 ,去除杂质 ,得到精磨屑。冶炼采用的多元碱性渣系解决了炉渣的流动性问题 ;复合还原剂为理论配入量的 99%～ 10 0 %。研究结果表明 ,W和Mo回收率大于 96 % ,Cr及V回收率不低于 91%。冶炼回收的再生合金产品满足了炼钢的要求 ,并做到了二次资源的再生利用 ,减少了环境污染 ,符合国家产业政策 ,社会效益明显。     

生活垃圾焚烧炉余热回收的研究与应用

通过传热试验,分析研究了低温烟气中翅片管与光管的传热特性,在此基础上优化设计余热回收系统,并以某垃圾焚烧厂为例,利用烟气余热加热焚烧炉一次风。通过控制流经换热器的烟气流速,可以有效避免流动阻力、低温腐蚀对焚烧炉系统造成的不利影响。焚烧炉经过余热回收改造可以减少蒸汽耗量,增加电厂发电量,提高经济效益。     

矿山固体废物的环境影响与综合利用

环境保护和自然资源的合理利用是人类社会可持续发展的基础。矿山固体废物对环境的影响可归纳为污染环境、破坏生态及诱发地质和工程灾害等三个方面。矿山固体废物也是一种可利用的自然资源,目前的利用途径主要有回收利用有用元素,工业原料、回填材料、能源发电、农用肥料和土壤改良剂等。     

城市生活垃圾热水解产物对土壤酶活性及菠菜生长的影响研究

通过两种预处理工艺生产营养土(城市生活垃圾经过热水解+高温好氧堆肥的营养土A和城市生活垃圾经过热水解的营养土B),采用盆栽对比试验法,研究利用营养土种植菠菜过程中土壤酶活性和菠菜生物量的变化及其对土壤理化性质和作物生长的影响。结果表明:营养土A和营养土B均能有效提高菠菜种植过程中土壤的脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性,并且其随着营养土施用量的增加而增加趋势;在菠菜生长的同一阶段,施用营养土A的土壤酶活性高于营养土B的处理组和对照组,其中脲酶最高值为9.10 mg/g,出现在土壤与营养土的质量配比为5:1的处理组(30 d)。两种营养土的施加均对中性磷酸酶活性有一定的抑制作用。施用营养土A和营养土B均可以显著提高菠菜的生物量,特别是施用营养土A时,土壤与营养土的质量配比为5:1实验组的菠菜鲜重为64.19 g,与未施用营养土的对照组相比,增加132.32%。施用营养土A和营养土B能够影响土壤酶活性,增加菠菜生物量,营养土A的增产效果更为明显。     

城市生活垃圾与园林废物的热解实验

以城市生活垃圾与园林废弃的松木和柏木作为实验原料,采用实验室固定床反应器进行共热解实验研究,考察了松木、柏木添加对生活垃圾热解失重率、热解产物产率的影响,利用GC-MS、FT-IR分析热解油成分。实验结果表明:生活垃圾和松木(4∶1)、柏木(3∶2)共热解时热解油产率分别增加了6. 6,4. 7百分点,热解油的热值分别提高10. 31,8. 01 MJ/kg;混合物在热解过程中出现明显的协同作用,共热解最大失重率比生活垃圾单独热解分别增加了11,8百分点;热解动力学分析表明,共热解反应的表观活化能较单独热解时分别降低了3. 85,6. 10 k J/mol;热解油的GC-MS及FT-IR分析表明,共热解降低了醇类、羧酸类、脂肪烃类等含氧有机物含量,提高了热解油的热值,使热解油品质得到有效改善。     

城市生活垃圾填埋场渗滤液粘度研究

采用旋转粘度计测试了CODCr浓度为 10 0 0～ 75 0 0 0mg L、温度在 5～ 70℃范围内的渗滤液粘度。实验结果表明 ,相同温度下渗滤液的粘度值与CODCr浓度呈线性关系 ;不同浓度渗滤液中溶质性质的差异是造成渗滤液比浓粘度差异的原因 ;研究填埋场水分运移时 ,可以不考虑粘度对渗滤液流动的影响。     

CaCO_3对生活垃圾热解气体组成的影响

利用固定床反应器,选用CaCO_3和SiO_2为添加剂,进行了生活垃圾催化热解实验研究,结果表明,CaCO_3在生活垃圾热解中的催化作用比SiO_2更加明显。为此,研究了不同CaCO_3添加量对热解可燃气产量的影响,探讨了CaCO_3在生活垃圾热解过程中的催化作用机理,重点分析了CaCO_3对生活垃圾热解气中CH_4和CO的影响机理。通过对比分析生活垃圾中添加不同量CaO的热解实验结果,得出CaCO3的催化作用主要在于其分解产物CaO促进了垃圾的二次热解,以及CO_2与C的还原反应。     

含锌钢铁冶金固体废弃物提取金属元素的试验研究

根据含锌钢铁冶金固体废弃物的基本特性,提出了火法冶金-湿法冶金联合提取钢铁冶金固体废弃物中Fe、Zn等金属元素的工艺流程,并通过实验对该工艺流程的回收效率进行了验证。实验结果表明:该工艺能够实现冶金固体废弃物中Fe、Zn等金属元素的分离提取,而且能够合理地利用C元素。获得的金属铁中全铁含量能够达到95.52%,金属铁含量为94.81%,铁回收率为91.53%;锌纯度高达99.41%,回收率为93.82%。