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矿产伴生的硫铁矿在开采、加工和堆放等过程中,容易与氧气、水和微生物接触发生自然浸出作用,进而产生pH值极低、含有大量SO42-、Fe2+、Fe3+和其他污染离子(如Cu2+、Ag+、As O33-等)的酸性矿山废水（简称AMD）。AMD未经处理直接排入水体,对周边环境及生物生存危害极高,如何实现AMD的有效处理成为国内外众多学者的研究热点。由嗜酸性氧化亚铁硫杆菌（A.ferrooxidans）催化氧化Fe2+水解形成的施氏矿物、黄铁矾等次生铁矿物被证实不仅可有效去除AMD中可溶性Fe和SO42-,且对重（类）金属有较大的吸附及共沉淀作用。然而,Fe和SO42-生物矿化效率偏低（约30%）成为目前处理AMD的瓶颈,大量Fe3+仍残留在溶液中。预试验拟通过电场作用还原Fe3+形成Fe2+来为A.ferrooxidans提供代谢所需的能源物质,借助其对Fe2+的反复生物氧化来为Fe3+水解矿化过程提供能量,从而促进溶解性Fe和SO42-的高效、快速矿化。结果表明,经过3次氧化+2次还原的循环矿化过程可使AMD中约93%的Fe和62%的SO42-通过形成次生矿物沉淀而去除。但该方法在影响因素条件优化、矿化效果及内在机制等方面还有待考察和探究。本文将电场还原耦联生物矿化循环模式分为一次还原/氧化阶段和二次还原/氧化阶段,设置相关实验进行研究。具体研究内容及结论如下:一次还原阶段,首先研究了影响Fe3+电场还原效率的诸多因素,以便于探究出最优反应条件为后续实验夯实基础。结果发现电解质浓度(Fe3+浓度)和极板间距对Fe3+还原率的影响均较小,Fe3+还原率始终在45%～50%;较低的电流密度或电压强度明显不利于Fe3+有效还原（＜35%）,而过高电流密度或电压强度对提高Fe3+还原效率的改善程度有限,还原率保持在40%～50%之间。考虑到节能和实验操作性等各方面因素,将电解反应条件优化为:极板间距35 mm;恒定电压值5 V。在此基础上,选取了典型金属阳离子(以Cu2+或Ag+为代表)和含氧阴离子(以As O33-为代表),考察Fe3+电解还原效率和典型金属离子的还原析出规律及电子竞争机制。结果表明:（1）相较于单独含Fe3+的溶液,Cu2+、Ag+、As O33-等离子的加入可显著提高Fe3+还原效率,且Fe3+还原效率提高的程度因离子种类不同而存在差异。（2）当溶液中同时含有Fe3+和Cu2+、Ag+等离子时,阴极反应存在电子竞争。具体表现为:在电解前1 h内,Ag+、Fe3+、Cu2+三种离子均在阴极发生反应,反应顺序为Ag+＞Fe3+＞Cu2+,且当Cu2+开始反应时,Ag+去除率已达100%。电解2～5 h内主要发生Fe3+和Cu2+的电子竞争。最终,Cu2+去除率可达85%以上,Fe3+还原率也能在60%～80%之间。此外,当溶液中还存在有As O33-时,Cu和As O33-的去除具有协同效应。一次氧化阶段,考察了pH值对次生矿物（施氏矿物/黄钾铁矾）形成特征及金属离子吸附或共沉淀效果的影响。结果表明:（1）在施氏矿物合成体系中,初始pH对体系中Fe2+氧化和TFe的水解成矿去除影响较大。当初始pH为3.0、2.5和2.0时,溶液中Fe2+在35 h内即可氧化完全,而当初始pH下降至1.5时,Fe2+氧化速率明显变慢了一倍。TFe去除效率呈现为pH 3.0（50%～60%）＞pH 2.5（约30%）＞pH 2.0（约15%）＞pH 1.5（0%）,SO42-去除率也呈类似的规律:pH 3.0（30%-50%）＞pH 2.5（约10%）＞pH 2.0（约2%）＞pH 1.5（0%）。初始pH 3.0和2.5两组中,As O33-的存在促进了Fe3+的水解反应。当初始pH值在1.5～3.0范围内时,As O33-去除规律和最终收集到的矿物形貌结构略有区别,主要表现为As O33-去除率关系为:pH 2.5（约90%）＞pH 3.0（约40%）＞pH 2.0（约35%）＞pH 1.5（0%）,形貌特征和比表面积结构特征优劣关系也为:pH2.5＞pH 3.0＞pH 2.0。综合考虑各方面因素,可推出施氏矿物合成体系最优初始pH值为2.5（优）～3.0。（2）在黄钾铁矾合成体系中,初始pH对体系中Fe2+氧化和TFe的水解成矿去除影响也较大。当初始pH为3.0、2.5和2.0时,溶液中Fe2+在35 h氧化完全。当初始pH下降至1.5时,83 h反应内氧化率不足30%。TFe去除程度为:pH 3.0（60%-70%）＞pH 2.5（约50%）＞pH 2.0（约35%）＞pH 1.5（0%）。SO42-去除率也呈类似的规律:pH 3.0（约45%）＞pH 2.5（约30%）＞pH 2.0（约20%）＞pH 1.5（约3%）。与施氏矿物合成体系类似的是,在pH 3.0条件下As O33-的存在能够促进了Fe3+的水解反应形成黄钾铁矾。As O33-去除规律和最终收集到的矿物形貌结构规律与此类似,即为pH 3.0＞pH 2.5＞pH 2.0＞pH 1.5。综合考虑各方面因素,可推出黄钾铁矾合成体系最优初始pH值为2.5～3.0（优）。二次还原阶段,选取一次氧化后的次生铁矿物（pH 2.5处理组收集到的矿物）作为研究对象,考察电场作用下施氏矿物或黄钾铁矾的稳定性。结果表明:电解对施氏矿物稳定性的影响要大于黄钾铁矾。相较于黄钾铁矾体系,施氏矿物体系溶液pH值反应前后差别更大。施氏矿物体系中TFe浓度从0 mg/L上升到200 mg/L（纯净矿物）和480mg/L（吸附As的矿物）,SO42-浓度从0 mg/L上升到1500 mg/L（纯净或吸附As的矿物）;而黄钾铁矾体系溶液中离子浓度几乎不发生改变,施氏矿物相比黄钾铁矾表现出明显的不稳定性。电镜照片也证明电解后施氏矿物结晶程度相比之前要稍逊色,而黄钾铁矾形貌特征几乎无异。二次氧化阶段,考察了矿物晶种的种类、添加量及添加方式对后续Fe2+氧化和水解成矿阶段的影响。结果表明:矿物种类以及添加方式对Fe3+水解成矿阶段影响较大。添加晶种可以消除矿物形成前的诱导期,加快初始矿物的沉淀速率。在氧化完全后添加不同矿物又可弥补与氧化启动前添加矿物组的差距。晶种在体系反应全过程诱导效应似乎大体接近,且黄钾铁矾作为晶种对次生铁矿物形成的诱导效应要比施氏矿物更强、持续时间更久。如添加施氏矿物处理组的TFe去除率由未添加矿物组的25.6%提升至28.6%,添加黄钾铁矾处理组的TFe去除率由未添加矿物组的55.1%提升至64.7%。添加施氏矿物组的SO42-去除率未有所提升,而黄钾铁矾处理组的SO42-去除率由未添加矿物组的29.2%提升至40.9%。本研究对AMD治理提出了新的思路,通过探讨电场还原耦合生物矿化法的影响因素及其作用机理可为该方法的优化和调控提供必要的数据支撑,也为实际AMD处理工艺革新提供必要的理论依据。