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。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(lái)源于礦山排水、廢石場(chǎng)淋浸水、選礦廠(chǎng)尾礦排水等。廢水中重金屬離子的種類(lèi)、含量及其存在形態(tài)隨生產(chǎn)種類(lèi)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(huì )污染地表水源，導致河流、湖泊中的魚(yú)蝦絕跡、水生植物藻類(lèi)等大量死亡，嚴重影響周?chē)鷳B(tài)環(huán)境。廢水的pH較低，還會(huì )導致排水管道腐蝕酸，危及下游橋梁安全。酸性礦山廢水還可能會(huì )發(fā)生脫硫酸作用，生成的硫化氫毒性強，這會(huì )給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)嚴重破壞。酸性礦山水中還含有大量重金屬，在生物細胞中，微量重金屬元素是各種酶的活性基組分，也是生物生長(cháng)的重要條件之一，當重金屬的濃度超過(guò)一定閾值后，就會(huì )對生物酶活性及其代謝活動(dòng)產(chǎn)生一定影響，甚至導致生物大量死亡。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合廢水中金屬離子形成沉淀，從而達到凈化水體的目的。這種方法運行成本低，無(wú)二次污染，可回收其中有用物質(zhì)，是目前國內外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。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，是具有較強生命力的一種厭氧異養細菌，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(lèi)達到40多種。硫酸鹽可以促進(jìn)SRB生長(cháng)，它以有機物作為生化代謝的能量來(lái)源和電子供體，通過(guò)異化SO42-為電子受體將其還原，SRB不易受外界環(huán)境影響，營(yíng)養多樣，它的生存能力很強，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的能力，利用SRB可以去除廢水中硫酸根和金屬離子，從而達到以廢治廢的目的。

2.2 SRB對硫酸鹽的代謝還原機理

國內外學(xué)者對硫酸鹽還原菌的代謝機理已經(jīng)有了相當深入的研究。在厭氧環(huán)境，SRB以硫酸鹽作為電子受體，分解廢水中的有機污染物，從而獲得自身所需要的能量。SRB還原硫酸鹽的過(guò)程主要包括分解階段、電子轉移傳遞階段和氧化3個(gè)階段。在分解階段，有機物在厭氧環(huán)境下被降解成CO2、H2O和乙酸，并通過(guò)基質(zhì)水平磷酸化產(chǎn)生少量的Adenosine triphosphate（ATP），釋放高能電子。電子轉移階段主要是分解階段產(chǎn)生的高能電子沿著(zhù)SRB特有的電子傳遞鏈進(jìn)行逐級的傳遞，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(shí)需要消耗大量ATP，并產(chǎn)生H2S。這一代謝過(guò)程中，可以去除廢水中的硫酸根和含碳有機物，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(lái)。代謝過(guò)程如圖1所示。

目前，有多種提高污泥資源化利用的污泥預處理技術(shù)，如超聲波、酸堿處理或熱水解等，其進(jìn)行細胞破壁釋放有機質(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，大規模應用較為困難。探尋一種低能耗、工藝簡(jiǎn)單的污泥破壁方法刻不容緩。利用電場(chǎng)進(jìn)行的污泥處理，如電滲透和高壓脈沖電場(chǎng)（PEF）技術(shù)，近年來(lái)有所發(fā)展。電滲透主要應用于污泥脫水，該技術(shù)不會(huì )破壞污泥細胞壁，使脫水后污泥有機質(zhì)損失較少；PEF技術(shù)是利用脈沖電場(chǎng)破壞或致死生物細胞或基本單元的技術(shù)，廣泛應用于食品行業(yè).。在污泥破壁預處理領(lǐng)域屬于新興技術(shù)，國外已有相關(guān)研究，而國內仍處于探索階段。Lee等的研究表明，PEF預處理污泥能夠強化厭氧水解速率；Ki等使用進(jìn)行預處理污泥，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預處理污泥技術(shù)的影響因素以及優(yōu)化參數提高處理效果方面進(jìn)行探究。

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

試驗時(shí)，通過(guò)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(guò)產(chǎn)生的電場(chǎng)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(guò)調節電場(chǎng)強度、頻率、占空比和波形這4個(gè)參數考察其對試驗的效果。試驗取泥0.1m3，連續運行2h，參數控制如下：電場(chǎng)強度為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(chǎng)反應器中的污泥，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。試驗使用離心機型號為飛鴿KA－1000，轉速為3400r／min，離心時(shí)間為20min。

1．3 分析方法

試驗中細胞的破壁程度以SCOD溶出的含量表征，SCOD使用0.45μm濾膜過(guò)濾后，使用連華COD測定儀分析；TN使用過(guò)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/結果與討論

2．1 電場(chǎng)強度對破壁效果的影響

相關(guān)研究中.提到，電場(chǎng)強度增強有利于處理效果的提升，本試驗在實(shí)際運行過(guò)程中通過(guò)調節電壓值對電場(chǎng)強度進(jìn)行控制，分別選取兩組電壓為8kV與30kV，驗證其對應電場(chǎng)強度為3.2kV／cm和12kV／cm的結果，并與不加電場(chǎng)（空

在自然水體中都存在含量有限的營(yíng)養物質(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(cháng)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(zhù)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(lèi)大量繁殖，且生存期長(cháng)、覆蓋面廣、暴發(fā)次數多。20世紀80年代初太湖以中營(yíng)養為主，80年代后期為中營(yíng)養-中富營(yíng)養，90年代中期大部分已為中富營(yíng)養-富營(yíng)養，目前中富營(yíng)養化面積占75%左右，夏季富營(yíng)養或重度富營(yíng)養占全湖面積10%左右。水體富營(yíng)養化指大量溶解性營(yíng)養鹽進(jìn)入水體，導致異養微生物旺盛代謝活動(dòng)，使得水體溶解氧含量急劇下降，水質(zhì)出現惡化的現象。加強對水體富營(yíng)養化及污水脫氮除磷技術(shù)分析與應用，對緩解水體富營(yíng)養化、促進(jìn)水資源可利用性具有重要的現實(shí)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?；瘜W(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(wèn)題。生物處理法流程復雜，脫氮除磷效果不穩定，產(chǎn)生大量難處理的污泥、易造成二次污染。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)是在特定的反應器內，利用外加電場(chǎng)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)一系列復雜的物理、化學(xué)過(guò)程，達到機污染物終礦化為CO2和H2O的目的。高壓脈沖放電技術(shù)具有開(kāi)發(fā)費用低，處理徹底，無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

1、實(shí)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(jiàn)分光光度計。

1.2 實(shí)驗方法

1.2.1 高壓脈沖處理方法

采用高壓電脈沖裝置，陽(yáng)極、陰極均選用石墨棒。取原水100mL于燒杯中，利用兩個(gè)石墨電極調節電極間距，開(kāi)啟高壓電脈沖發(fā)生器，設置脈沖時(shí)間、脈沖頻率以及脈沖電壓等實(shí)驗數據，處理一定時(shí)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(shí)驗試劑。

1.2.2 NH3-N的測定

在水樣中加入KI和HgI2的強堿溶液（納氏試劑），與氨反應生成淡紅棕色膠態(tài)化合物，此顏色在較寬的波長(cháng)范圍內具有強烈吸收。通常于410~425nm波長(cháng)范圍內測吸光度，利用標準曲線(xiàn)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，在700nm波長(cháng)下測定。