氧化的生物接觸氧化池及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物冶金領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種用于堆浸過程中Fe2+氧化的生物接觸氧化池及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物堆浸過程中，堆浸系統(tǒng)內(nèi)嗜酸微生物的生長狀況直接影響到Fe2+氧化為Fe3+的能力。但是由于堆浸系統(tǒng)中環(huán)境惡劣，營養(yǎng)和氧氣不足，礦堆內(nèi)的微生物數(shù)量和活性有限，對(duì)Fe2+的氧化不足，影響了氧化劑Fe3+的再生，進(jìn)而對(duì)實(shí)際應(yīng)用效果產(chǎn)生極大影響。前期的研究證明，硫化礦的氧化速率主要受到礦堆中溶解氧、氧化還原電位以及微生物活性的影響。在無足夠微生物活性的情況下，體系中鐵元素主要以Fe2+的形式存在，這時(shí)電子從硫化物轉(zhuǎn)移到Fe3+并將其轉(zhuǎn)化為Fe2+，如果微生物活性充足，在鐵氧化細(xì)菌的參與下Fe2+能重新轉(zhuǎn)化為Fe3+，使浸出過程能持續(xù)下去，反之，F(xiàn)e3+的消耗將導(dǎo)致溶液中Fe2+占主導(dǎo)地位，從而使浸出中斷。黃鐵礦的溶解需要較高的氧化還原電位，如果Fe2+的氧化不足，在氧化還原電位小于800mV (vs SHE，下同)時(shí)，氧化速度較慢。
[0003]微生物活性取決于堆浸系統(tǒng)中pH、溫度、溶解氧以及營養(yǎng)物質(zhì)的含量。目前的生產(chǎn)實(shí)踐主要嘗試在礦堆內(nèi)提高嗜酸鐵硫氧化菌的活性來提高硫化礦的浸出效率，如專利CN1509341中嘗試在礦堆中通過底部通氣等方式提高微生物的活性。但是根據(jù)礦堆特征和嗜酸鐵氧化細(xì)菌的生長特性，在礦堆中比較難于調(diào)控微生物優(yōu)化的生長環(huán)境(溶解氧、營養(yǎng)物質(zhì)等)，而且微生物生長所需的條件與礦堆最優(yōu)浸出條件并不相同，難以實(shí)現(xiàn)微生物的大量繁殖生長以及Fe2+的高效氧化，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中高的氧化還原電位，而如果從堆外來解決微生物活性問題更具可行性。生物接觸氧化池可以很好的控制微生物生長所需的各項(xiàng)最優(yōu)環(huán)境條件，實(shí)現(xiàn)微生物迅速和大量生長繁殖，如在污水處理中，利用生物接觸氧化池中異養(yǎng)微生物的大量生長，降解有機(jī)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)水凈化(如專利CN101481173、CN101643272)。針對(duì)生物堆浸過程中自養(yǎng)微生物生長所需要的環(huán)境條件，設(shè)計(jì)合適的生物接觸氧化池，在礦堆外實(shí)現(xiàn)嗜酸鐵氧化細(xì)菌最優(yōu)化的生長條件，從而實(shí)現(xiàn)堆浸系統(tǒng)中微生物的活性提高和Fe2+連續(xù)性的高效氧化，對(duì)于提高堆浸中生物氧化效率具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于堆浸過程中Fe2+氧化的生物接觸氧化池及方法，通過在堆外生物接觸氧化池中提高堆浸系統(tǒng)中微生物的濃度和活性，促進(jìn)Fe2+的氧化，提高噴淋液的氧化還原電位，實(shí)現(xiàn)堆浸系統(tǒng)中較高的氧化還原電位和微生物量，實(shí)現(xiàn)堆浸礦物的高效氧化，節(jié)約生產(chǎn)成本。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0006]一種用于堆浸過程中Fe2+氧化的生物接觸氧化池，所述生物接觸氧化池包括亞鐵氧化池4，在亞鐵氧化池4中設(shè)置支架7，支架7上設(shè)置微生物載體6，池底設(shè)置曝氣管路5。
[0007]所述亞鐵氧化池4的體積為1000-50000立方米，深度1_10米。
[0008]所述微生物載體6裝于尼龍網(wǎng)袋中，懸掛于支架7上，放置于亞鐵氧化池4中水位三分之一以下。這樣保證每次可以抽取池中2/3體積的溶液，同時(shí)保證載體不暴露于溶液之外。
[0009]所述微生物載體6的體積占到亞鐵氧化池體積的2%_20%。
[0010]所述微生物載體6為活性炭、多孔陶粒、廢棄礦石、沸石中的一種或多種，也可以根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際環(huán)境和材料成本選擇適宜的生物吸附材料。
[0011]本發(fā)明中，在亞鐵氧化池池底鋪設(shè)曝氣管路5，進(jìn)行曝氣，所述曝氣管路5上設(shè)置曝氣頭9。
[0012]本發(fā)明還提供了一種基于上述用于堆浸過程中Fe2+氧化的生物接觸氧化池的堆浸方法，所述方法包括以下步驟:
[0013]I)來源于當(dāng)?shù)亓蚧V堆浸出液或礦山酸性廢水的嗜酸鐵氧化細(xì)菌在亞鐵氧化池中擴(kuò)大培養(yǎng)，與微生物載體接觸24-72小時(shí)，嗜酸鐵氧化細(xì)菌吸附固定于微生物載體上；
[0014]2)在亞鐵氧化池底通過曝氣管路曝入空氣，使亞鐵氧化池中溶解氧濃度達(dá)到4-7mg/L，為嗜酸鐵氧化細(xì)菌生長提供氧氣；
[0015]3)礦堆浸出液或者礦山酸性廢水通入亞鐵氧化池中，并在亞鐵氧化池中氧化24-72小時(shí)，當(dāng)池中溶液的氧化還原電位大于或等于850mV后，抽取池中的溶液用作礦堆噴淋液；
[0016]4)再用礦堆浸出液或者礦山酸性廢水補(bǔ)充亞鐵氧化池中損失的溶液，繼續(xù)氧化Fe2+，再用于礦堆噴淋液，循環(huán)往復(fù)至礦堆氧化完成。
[0017]本發(fā)明接種于微生物載體上的嗜酸鐵氧化微生物一般為氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵鉤端螺旋菌等混合菌。起始階段，混合菌種從堆浸浸出液、當(dāng)?shù)氐牡V山酸性廢水中富集培養(yǎng)，在生物接觸氧化池中擴(kuò)大培養(yǎng)。一般選取用于富集微生物的堆浸浸出液或酸性廢水中鐵濃度為I?10g/L，pH值1.5?2.5，含有嗜酸鐵氧化微生物。菌種的富集培養(yǎng)基為9K培養(yǎng)基((NH4) 2S043g/L，K2HPO40.5g/L，KC10.lg/L，MgSO40.5g/L，Ca(NO3)20.01g/L)，添加 1g/L FeSO4, pHl.0-2.5。
[0018]本發(fā)明中，在生物接觸氧化池中添加微生物生長所需的營養(yǎng)，在整個(gè)過程中，使池中(NH4)2SO4 濃度達(dá)到 l_3g/L，K2HPO4 濃度達(dá)到 0.2-0.5g/L，KCl 濃度達(dá)到 0.02-0.lg/L,MgSO4濃度達(dá)到0.2-0.5g/L，Ca(NO3)2濃度達(dá)到0.005-0.01g/L，菌液中微生物濃度最終達(dá)到 17-1O8 個(gè) /mL。
[0019]本發(fā)明中，生物接觸氧化池溫度控制在30°C?40°C，在冬天溫度低時(shí)注意生物接觸氧化池的保溫，夏天注意散熱。
[0020]本發(fā)明中，當(dāng)?shù)V堆浸出液pH值小于1.5，或Fe3+濃度大于25g/L時(shí)，用石灰中和使其pH值至1.5?2.0, Fe3+濃度小于20g/L，然后進(jìn)入生物接觸氧化池。
[0021]本發(fā)明為了解決硫化礦堆浸過程中堆內(nèi)微生物Fe2+氧化效率低的問題，采取了生物接觸氧化池的方式。通過在亞鐵氧化池中設(shè)置微生物載體，池底進(jìn)行曝氣，控制合適的微生物生長條件(包括溫度、PH以及營養(yǎng)物質(zhì)等)，實(shí)現(xiàn)堆浸過程中生物接觸氧化池中Fe2+的快速氧化，特別適用于促進(jìn)黃鐵礦的堆浸預(yù)氧化，比如含金黃鐵礦的生物預(yù)氧化以及利用廢棄礦堆產(chǎn)酸用于堆浸噴淋液等。
[0022]本發(fā)明的有益效果如下:
[0023]I)在礦堆內(nèi)通常難以調(diào)控微生物的Fe2+氧化，但通過本方法可以在堆外更簡單有效的調(diào)節(jié)微生物最優(yōu)化生長條件，實(shí)現(xiàn)Fe2+的高效氧化，促進(jìn)氧化劑Fe3+的再生；
[0024]2)在堆浸系統(tǒng)中，采用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)高電位(>850mV)的噴淋液，提高整個(gè)系統(tǒng)中的氧化還原電位，有利于硫化礦的溶解；
[0025]3)生物接觸氧化池中大量的微生物、營養(yǎng)物質(zhì)、溶解氧可以通過噴淋進(jìn)入到礦堆中去，同時(shí)也提高了礦堆中微生物活性和礦物氧化速率；
[0026]4)生物接觸氧化池中微生物載體所吸附的大量的微生物，可以持續(xù)保證對(duì)新進(jìn)溶液高效的氧化能力；
[0027]5)本發(fā)明工藝簡單，節(jié)約成本，過程參數(shù)容易控制。不需要對(duì)堆浸系統(tǒng)進(jìn)行大的調(diào)整，利用堆浸系統(tǒng)已有的溶液池稍加改造即可完成。
【附圖說明】
[0028]圖1為采用本發(fā)明生物接觸氧化池的堆浸工藝流程示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明支架上設(shè)置微生物載體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明曝氣管路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1具體工藝流程圖；
[0032]圖5為本發(fā)明對(duì)比例I具體工藝流程圖；
[0033]圖6為本發(fā)明實(shí)施例2具體工藝流程圖；
[0034]附圖標(biāo)記:1、礦堆；2、浸出液池；3、泵；4、亞鐵氧化池；5、曝氣管路；6、微生物載體；7、支架；8、合格液池；9、曝氣頭。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面以附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0036]如圖1所示，將本發(fā)明的生物接觸氧化池使用于堆浸系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以包括礦堆
1、浸出液池2、泵3、亞鐵氧化池4、曝氣管路5、微生物載體6、支架7、合格液池8。其具體工作流程可以為浸出液池2中的礦堆浸液由泵3抽取到亞鐵氧化池4中，被生物接觸氧化池中的嗜酸鐵氧化細(xì)菌氧化Fe2+，當(dāng)生物接觸氧化池中溶液氧化還原電位(Eh)大于850mV時(shí)，抽取池中溶液的2/3進(jìn)入合格液池8中，再將其作為礦堆I的噴淋液。
[0037]實(shí)施例1
[0038]難處理金礦中有很大一部是黃鐵礦包裹金，但由于黃鐵礦的生物氧化速率不夠快，這部分金難以得到有效的暴露，造成堆浸效率不高，生產(chǎn)周期長，所以提高黃鐵礦的氧化效率對(duì)于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本意義重大。
[0039]某低品位難處理金礦的生物堆浸