创新背景

环境问题一直是人们关心的问题，尤其是废物对当地自然环境的影响。酸性矿井废水，包括重金属，可能会继续从停矿和停止开采的矿场流出，今后必须继续处理。然而，废水的中和处理需要专用设备和化学品，降低成本和环境影响已成为一个重大挑战。

在此背景下，研究人员致力于开发低成本、低环境负荷的矿山废水处理技术（被动处理），利用微生物活性，分别将农业废弃物粘米麸作为载体和营养来源，生产矿山废水处理设备。

在研究人员研发的装置中，有两种不同类型的微生物主要活动。 一种是有机物的降解细菌，将设备上部的米麸衍生的聚合物有机物分解成低分子有机物，其他微生物容易成为营养来源。另一种是硫酸还原细菌，它负责硫酸还原反应，将硫酸转化为硫化物离子，使有机物成为营养来源。硫化物离子与重金属反应成为金属硫化物，从而通过沉淀装置内部去除重金属。此外，由于这些微生物通过固定粘菌而增加，因此它们充当载体，将粘菌微生物保持在装置中。

然而，装置中存在数千种或多种微生物，特别是由于不清楚多种硫酸还原细菌中的哪些微生物起着重要作用，如何保持装置的稳定尚不清楚。此外，在硫酸还原反应的管理中，厌氧度（氧化还原电位值）是一个指标，即使厌氧度相同，设备的处理性能也可能不恒定，原因尚不清楚。

创新过程

研究人员为了识别设备中的关键微生物，优化设备的运行条件，在7种不同条件下运行矿山废水处理装置200天以上，比较了装置的处理性能和菌群。

作为优化的运行条件，研究人员专注于设备运行前准备期的需要。由于硫酸还原细菌在厌氧条件下是活跃的，在使用硫酸还原细菌的水处理方法中，在开始处理之前，将设备站立数周，通常使内部处于厌氧环境中。然而，这一筹备期存在无法进行水处理的缺点，也没有考虑是否需要进行准备。

首先，研究人员比较了从一开始就执行矿山废水处理的条件，而不提供常规准备期的条件和准备期。因此，在任何条件下，硫酸还原细菌在装置中都有所增加，发现能够去除重金属超过200天。因此，至少在尝试的条件下，操作前的准备期是可选的，发现处理可以提前数周开始。

然后，研究人员专注于流入设备的矿山废水的速度。由于流入速度越慢，废水处理所需的时间越长，设备的性能就越稳定。另一方面，流入速度越快，可以在一定时间内处理大量的废水。因此，当比较多个条件的流入速率不同时，在流入速度最快的条件下，重金属的去除性能在操作周期200天左右降低。

为了查明其原因，研究人员检查了菌群，发现在废水流速最快的条件下，与其他条件不同，硫酸还原菌A（Desulforegula sp.）增加。通过检查硫酸还原细菌A，发现它具有独特的特性，仅将未降解的有机物作为营养来源。当流速过快时，装置中有机物的降解细菌没有足够的时间分解米麸，由于分解不足的有机物积聚在装置中，硫酸还原细菌A被认为增加。此外，许多其他硫酸还原细菌更喜欢分解先进的低分子有机物，这种环境被认为不适合生长。

另一方面，在其他条件下存在量大的是硫酸还原细菌B（硫磺酸）。一般来说，硫酸还原细菌喜欢厌氧环境，在有氧条件下，氧气的活性显著降低，或无法生长。硫酸还原细菌B不仅厌氧度高，而且在厌氧度低的条件下生长，废水处理性能在硫酸还原细菌B存在的装置中得到维持。 因此，只有强硫酸还原细菌B对环境变化是矿山废水处理装置的关键微生物，为了保持稳定的处理性能，发现保持大量的微生物非常重要。

相反，在流速快的条件下，虽然硫酸还原细菌A由于有机物不分解而增加，但由于该细菌在厌氧度低的环境中较弱，在操作200天左右厌氧度降低时，重金属的去除性能无法维持。

此外，研究人员还比较和检查了添加到装置中的营养源的米麸量，并优化了操作条件。具体来说，比较了添加到装置中的米麸量不同的三种条件，并澄清了运行200天以上所需的米麸量。

在矿山废水处理设备中，如果能控制装置中硫酸还原菌的类型，可以预期长期稳定运行。

此外，在这项研究中，研究人员处理了矿山废水的重金属处理，但重金属也包含在工业废水中，如各种制造业的工厂废水中。

创新价值

这项矿山废水处理设备是一种低成本、低环境影响的技术，用于用粘稠的米麸和微生物处理重金属，有望在工业废水处理方面得到发展。

创新关键点

研究人员利用以米麸为营养来源的硫酸还原菌净化含有重金属的矿山废水。