畜禽粪便重金属污染是亟待解决的环境问题之一。本文以利用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans LX5,A.f)的生物成矿和生物沥浸技术为基础,在探究NaBH₄和稳定pH对生物合成施氏矿物及矿物除砷性能的影响的同时,揭示了生物沥浸对猪粪中重金属去除及其养分含量和脱水性能的变化规律,对施氏矿物吸附去除猪粪生物沥浸后沥浸液中重金属的效果进行了分析与解释,并阐明了化学沉淀法去除沥浸液中重金属的效果及应用前景。研究结果表明:(1)在生物合成施氏矿物后的滤液中分3个批次加入NaBH₄,探究了NaBH₄对生物成矿及矿物除砷的影响。发现,在连续分3个批次各加入1.25 g·L^-1和1.67 g·L^-1 NaBH₄后,2个处理的总Fe沉淀率分别达到47.0%和62.7%,矿物生成量为8.92 g·L^-1和10.34 g·L^-1。生成的矿物分别是施氏矿物(第1批次)、施氏矿物与黄钠铁矾混合物(第2批次)、黄钠铁矾(第3批次),比表面积分别为14.17和20.02 m~2·g^-1(第1批次)、32.95和42.74 m~2·g^-1(第2批次)、0.84和13.68 m~2·g^-1(第3批次)。在除砷试验中,基本符合比表面积越大吸附效果越好的规律。(2)通过在施氏矿物生物合成过程中每3 h调节体系pH到分别2.50、2.70、2.90、3.10和3.30,探究稳定pH对施氏矿物合成及其除砷性能的影响。结果发现:对照处理体系有26.5%的总Fe沉淀,矿物生成量为5.21 g·L^-1,比表面积为3.18 m~2·g^-1,调节pH后的5种处理总Fe沉淀量增加到88.4%、95.2%、95.7%、97.8%和95.8%;矿物生成量分别增加到17.45、18.62、18.32、18.02 g·L^-1和17.10 g·L^-1;比表面积分别增加到3.61、29.20、31.22、68.03 m~2·g^-1和90.67 m~2·g^-1,孔径在2-20 nm的中孔对比表面积的贡献大。调节pH到2.90,3.10和3.30的3个处理中只有少量施氏矿物转变为针铁矿。在实际含砷废水(27.4μg·L^-1)和模拟含砷废水(1000μg·L^-1)的试验中,均表现为比表面积越大吸附效果越好的规律。(3)以氧化亚铁硫杆菌作为生物沥浸微生物,探究了多批次生物沥浸对猪粪重金属去除效果及其脱水性能的影响。研究表明,即使A.f菌液与原始猪粪(含固率为3.50%)体积比达到1:1时,生物沥浸进程仍然较为缓慢。将猪粪3次离心,用去离子水稀释到相同的浓度后,猪粪生物沥浸过程能够顺利进行,Cu、Zn与Mn的去除率分别可达到100%,97.3%与96.2%,猪粪比阻从1.95×10¹³ m·Kg^-1下降到0.17×10¹² m·Kg^-1。有机质、全N、全P和全K含量分别损失了53.0%,31.8%,72.3%和74.9%。当A.f菌液、沥浸过滤液、离心猪粪体积比为1:1:2时,离心猪粪可顺利地完成3个批次生物沥浸过程,猪粪中Cu的去除率可达100%,Zn和Mn的去除率分别在99%和95%以上。生物沥浸后各处理的比阻在0.11×10¹²-0.27×10¹² m·Kg^-1,均属于易脱水水平。生物沥浸后猪粪中有机质、全N、全P和全K含量分别降低23.3%-30.8%,32.3%-38.3%,67.9%-71.4%,76.3%-79.4%。(4)添加1 g·L^-1稳定pH体系合成的6种施氏矿物对沥浸液(pH=2.20)中Cu、Zn和Mn的去除率分别为10.9%-15.7%,9.8%-12.2%,6.8%-8.6%,用Ca(OH)₂将沥浸液的pH调至8时,沥浸液中Cu和Zn完全沉淀,再次使用施氏矿物吸附去除Mn的效果增强,去除率在11.4%-21.4%。本研究结果揭示了NaBH₄和稳定pH对施氏矿物生物合成的调控机制,明晰了猪粪生物沥浸多批次进行的参数,同时,本文也在一定程度上揭示了化学沉淀对生物沥浸后沥浸液中重金属去除的效果。相关研究成果可为施氏矿物合成及其应用提供数据参考,为猪粪无害化处理和资源化利用提供理论支撑。