酸性礦山廢水的pH普遍較低，一般在2~4之間，通常以硫酸的形式存在，上述途徑產(chǎn)生的酸性礦山廢水中硫酸根離子的濃度很高，一般大于1000mg/L。而且酸性礦山廢水中重金屬的濃度也普遍較高，其中主要為鉛、錳、鐵、銅、鎳等，它們主要來源于礦山排水、廢石場淋浸水、選礦廠尾礦排水等。廢水中重金屬離子的種類、含量及其存在形態(tài)隨生產(chǎn)種類不同而有所差異。

1.3 酸性礦山廢水的危害

酸性礦山廢水排放量高，危害性大。由于酸性礦山廢水的pH較低，大量排放就會污染地表水源，導(dǎo)致河流、湖泊中的魚蝦絕跡、水生植物藻類等大量死亡，嚴(yán)重影響周圍生態(tài)環(huán)境。廢水的pH較低，還會導(dǎo)致排水管道腐蝕酸，危及下游橋梁安全。此外，酸性礦山廢水還可能會發(fā)生脫硫酸作用，生成的硫化氫毒性強(qiáng)，這會給人們生產(chǎn)生活帶來嚴(yán)重破壞。酸性礦山水中還含有大量重金屬，在生物細(xì)胞中，微量重金屬元素是各種酶的活性基組分，也是生物生長的重要條件之一，然而當(dāng)重金屬的濃度超過一定閾值后，就會對生物酶活性及其代謝活動產(chǎn)生一定影響，甚至導(dǎo)致生物大量死亡。而且重金屬不能被降解，只能改變其狀態(tài)

微生物法處理AMD潛力巨大，它利用自然界中廣泛存在的微生物吸納結(jié)合廢水中金屬離子形成沉淀，從而達(dá)到凈化水體的目的。這種方法運行成本低，無二次污染，可回收其中有用物質(zhì)，因此是目前國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。硫酸鹽還原菌（sulfate reduction bacteria，SRB）是處理酸性礦山廢水極具前景的微生物之一，AMD中的硫酸鹽可以被還原為S2-，后者易與溶液中的金屬離子生成難溶的金屬硫化物沉淀，從而可以回收有用金屬，使得AMD資源化。

2、SRB處理酸性礦山廢水的機(jī)理

2.1 SRB的介紹

硫酸鹽還原菌在自然界中分布廣泛，是具有較強(qiáng)生命力的一種厭氧異養(yǎng)細(xì)菌，其形態(tài)各異，革蘭氏染色成陰性。它廣泛分布在自然環(huán)境中，目前已知硫酸鹽還原菌種類達(dá)到40多種。硫酸鹽可以促進(jìn)SRB生長，它以有機(jī)物作為生化代謝的能量來源和電子供體，通過異化SO42-為電子受體將其還原，SRB不易受外界環(huán)境影響，而且營養(yǎng)多樣，所以它的生存能力很強(qiáng)，利用這些特性,它能把硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽、單硫還原為硫化物，它在處理富含硫酸鹽和金屬離子的廢水具有較強(qiáng)的能力，利用SRB可以同時去除廢水中硫酸根和金屬離子，從而達(dá)到以廢治廢的目的。

2.2 SRB對硫酸鹽的代謝還原機(jī)理

國內(nèi)外學(xué)者對硫酸鹽還原菌的代謝機(jī)理已經(jīng)有了相當(dāng)深入的研究。在厭氧環(huán)境，SRB以硫酸鹽作為電子受體，分解廢水中的有機(jī)污染物，從而獲得自身所需要的能量。SRB還原硫酸鹽的過程主要包括分解階段、電子轉(zhuǎn)移傳遞階段和氧化3個階段。首先在分解階段，有機(jī)物在厭氧環(huán)境下被降解成CO2、H2O和乙酸，并通過基質(zhì)水平磷酸化產(chǎn)生少量的Adenosine triphosphate（ATP），同時釋放高能電子。電子轉(zhuǎn)移階段主要是分解階段產(chǎn)生的高能電子沿著SRB特有的電子傳遞鏈進(jìn)行逐級的傳遞，與此同時產(chǎn)生大量ATP。在氧化階段中，電子被傳遞給氧化態(tài)的硫元素，并將其還原為S2-，此時需要消耗大量ATP，并產(chǎn)生H2S。這一代謝過程中，可以去除廢水中的硫酸根和含碳有機(jī)物，產(chǎn)生的H2S也能夠抑制甲烷的生成，并且能夠使污水中的重金屬離子不斷從體系中沉淀下來。代謝過程如圖1所示。

目前，有多種提高污泥資源化利用的污泥預(yù)處理技術(shù)，如超聲波、酸堿處理或熱水解等，其進(jìn)行細(xì)胞破壁釋放有機(jī)質(zhì)，并作為碳源利用或提高厭氧消化效率.，但受到高能耗、高化學(xué)品用量、腐蝕性的限制，大規(guī)模應(yīng)用較為困難。因此，探尋一種低能耗、工藝簡單的污泥破壁方法刻不容緩。利用電場進(jìn)行的污泥處理，如電滲透和高壓脈沖電場（PEF）技術(shù)，近年來有所發(fā)展。電滲透主要應(yīng)用于污泥脫水，該技術(shù)不會破壞污泥細(xì)胞壁，使脫水后污泥有機(jī)質(zhì)損失較少；PEF技術(shù)是利用脈沖電場破壞或致死生物細(xì)胞或基本單元的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于食品行業(yè).。在污泥破壁預(yù)處理領(lǐng)域?qū)儆谛屡d技術(shù)，國外已有相關(guān)研究，而國內(nèi)仍處于探索階段。Lee等的研究表明，PEF預(yù)處理污泥能夠強(qiáng)化厭氧水解速率；Ki等使用進(jìn)行預(yù)處理污泥，發(fā)酵后揮發(fā)性脂肪酸的積累提高了2.6倍；國內(nèi)研究者主要對碳源利用和厭氧消化方面作了效果驗證，未對PEF預(yù)處理污泥技術(shù)的影響因素以及優(yōu)化參數(shù)提高處理效果方面進(jìn)行探究。

PEF技術(shù)的運行參數(shù)是控制污泥破壁效果的關(guān)鍵。本研究為進(jìn)一步提升PEF技術(shù)在污泥破壁領(lǐng)域的處理效果，并釋放更多有機(jī)物供后期的資源化利用，對不同控制參數(shù)的影響及試驗效果提升進(jìn)行深入探究，為實際應(yīng)用提供科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)。

試驗時，通過污泥泵將儲泥槽的污泥打入同軸電極裝置中，高壓脈沖電源作用于電極，通過產(chǎn)生的電場將污泥進(jìn)行破壁處理，處理后的污泥由出口排至儲泥槽。本試驗主要通過調(diào)節(jié)電場強(qiáng)度、頻率、占空比和波形這4個參數(shù)考察其對試驗的效果。試驗取泥0.1m3，連續(xù)運行2h，參數(shù)控制如下：電場強(qiáng)度為0～30kV，頻率為50～500Hz，占空比為10％～50％，輸出波形為方波、正弦波、三角波。高壓脈沖電場反應(yīng)器中的污泥，每隔15～30min取出50mL的水樣，每次取3組，離心后進(jìn)行SCOD（溶解性COD）的分析。試驗使用離心機(jī)型號為飛鴿KA－1000，轉(zhuǎn)速為3400r／min，離心時間為20min。

1．3 分析方法

試驗中細(xì)胞的破壁程度以SCOD溶出的含量表征，SCOD使用0.45μm濾膜過濾后，使用連華COD測定儀分析；TN使用過硫酸鉀氧化－紫外分光光度法分析；TP使用鉬銻抗分光光度法分析；pH使用METTLERpH計分析。

2/結(jié)果與討論

2．1 電場強(qiáng)度對破壁效果的影響

相關(guān)研究中.提到，電場強(qiáng)度增強(qiáng)有利于處理效果的提升，本試驗在實際運行過程中通過調(diào)節(jié)電壓值對電場強(qiáng)度進(jìn)行控制，分別選取兩組電壓為8kV與30kV，驗證其對應(yīng)電場強(qiáng)度為3.2kV／cm和12kV／cm的結(jié)果，并與不加電場（空

在自然水體中都存在含量有限的營養(yǎng)物質(zhì)如氮、磷等物質(zhì)，這些物質(zhì)含量的高低，決定了植物生長和環(huán)境控制的主要因素。在一些正常的淡水中，氮、磷等物質(zhì)的含量是比較有限的，隨著我國產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，湖泊和水庫中的氮磷污染均有加重趨勢，水體中藻類大量繁殖，且生存期長、覆蓋面廣、暴發(fā)次數(shù)多。20世紀(jì)80年代初太湖以中營養(yǎng)為主，80年代后期為中營養(yǎng)-中富營養(yǎng)，90年代中期大部分已為中富營養(yǎng)-富營養(yǎng)，目前中富營養(yǎng)化面積占75%左右，夏季富營養(yǎng)或重度富營養(yǎng)占全湖面積10%左右。水體富營養(yǎng)化指大量溶解性營養(yǎng)鹽進(jìn)入水體，導(dǎo)致異養(yǎng)微生物旺盛代謝活動，使得水體溶解氧含量急劇下降，水質(zhì)出現(xiàn)惡化的現(xiàn)象。因此，加強(qiáng)對水體富營養(yǎng)化及污水脫氮除磷技術(shù)分析與應(yīng)用，對緩解水體富營養(yǎng)化、促進(jìn)水資源可利用性具有重要的現(xiàn)實意義。污水脫氮除磷的技術(shù)可分為物理法、化學(xué)法和生物法。化學(xué)處理法費用較高，產(chǎn)生的污泥量多而難于處理。物理處理法存在運行費用高，沉淀劑費用昂貴的問題。生物處理法流程復(fù)雜，脫氮除磷效果不穩(wěn)定，產(chǎn)生大量難處理的污泥、易造成二次污染。因此，探索其他方法對污水進(jìn)行處理極為必要。高壓脈沖放電技術(shù)是集各種氧化技術(shù)于一身的新型水處理技術(shù)。高壓脈沖放電技術(shù)是在特定的反應(yīng)器內(nèi)，利用外加電場向水中或水面之上的空間注入能量，產(chǎn)生非平衡等離子體，引發(fā)一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)過程，達(dá)到機(jī)污染物終礦化為CO2和H2O的目的。高壓脈沖放電技術(shù)具有開發(fā)費用低，處理徹底，無二次污染等優(yōu)點。

1、實驗部分

1.1 試劑與儀器

ZnSO4（AR）、NaOH（AR）、HCl（98%）、酒石酸鉀鈉（AR）、K2S2O8（AR）、抗壞血酸（AR）、酒石酸銻氧鉀（AR）、KH2PO4（AR）、鉬酸銨（AR）。

EPM-A高壓電脈沖發(fā)生器；SHZ-D循環(huán)水式真空泵；UV-1800PC紫外可見分光光度計。

1.2 實驗方法

1.2.1 高壓脈沖處理方法

采用高壓電脈沖裝置，陽極、陰極均選用石墨棒。取原水100mL于燒杯中，利用兩個石墨電極調(diào)節(jié)電極間距，開啟高壓電脈沖發(fā)生器，設(shè)置脈沖時間、脈沖頻率以及脈沖電壓等實驗數(shù)據(jù)，處理一定時間后，關(guān)閉脈沖發(fā)生器。取處理后水樣10mL于50mL比色管中，加入相關(guān)實驗試劑。

1.2.2 NH3-N的測定

在水樣中加入KI和HgI2的強(qiáng)堿溶液（納氏試劑），與氨反應(yīng)生成淡紅棕色膠態(tài)化合物，此顏色在較寬的波長范圍內(nèi)具有強(qiáng)烈吸收。通常于410~425nm波長范圍內(nèi)測吸光度，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線法求出水樣中NH3-N的含量。

1.2.3 正磷酸鹽的測定

用鉬銻抗分光光度法測定磷。在一定酸度和銻離子存在的情況下，磷酸根與鉬酸銨形成銻磷鉬混合雜多酸，它在常溫下可迅速被抗壞血酸還原為鉬藍(lán)，在700nm波長下測定。