一種硫酸鹽還原菌固定化顆粒及其制備和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水污染控制工程技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種處理煤礦酸性廢水的硫酸鹽還原菌固定化顆粒及其制備和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭作為最重要的能源品種在我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中一直占據(jù)約70%的比重,煤炭企業(yè)為我國改革開放30年來宏觀經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高增長做出了重要貢獻(xiàn),但是煤炭資源也在開發(fā)、加工、運(yùn)輸和利用過程中產(chǎn)生了大量煤礦廢水?,F(xiàn)階段由于我國粗放型經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的制約,每年可產(chǎn)生酸性廢水約為30億m3,而利用率卻不足30%,遠(yuǎn)低于歐美等發(fā)達(dá)國家80%以上的標(biāo)準(zhǔn)。大量未經(jīng)處理的酸性礦井水直接排放,不僅嚴(yán)重污染收納水體,進(jìn)一步惡化礦區(qū)本已脆弱的生態(tài)環(huán)境,同時(shí)也造成水資源的巨大浪費(fèi),無疑加劇了我國嚴(yán)峻缺水的現(xiàn)狀,更與我國清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念相悖。因此,對煤礦酸性廢水進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)無害化達(dá)標(biāo)排放以及資源化再利用,對于保護(hù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境、緩解礦區(qū)能源開發(fā)與水資源緊張的矛盾、促進(jìn)煤礦企業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。
[0003]當(dāng)前,以硫酸鹽還原菌為核心的新工藝已在有機(jī)廢水、酸性廢水和電鍍廢水等研宄領(lǐng)域取得了較大進(jìn)展,應(yīng)用硫酸鹽還原菌技術(shù)處理煤礦酸性廢水業(yè)已成為該領(lǐng)域發(fā)展的新趨勢。雖然硫酸鹽還原菌在酸性廢水處理中具有巨大潛力,但是也暴露出許多不足,如低PH、高濃度重金屬離子抑制以及需要持續(xù)的碳源投加為菌提供營養(yǎng)等問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是針對硫酸鹽還原菌在酸性廢水處理中存在的不足,提供了一種硫酸鹽還原菌固定化顆粒及其制備和使用方法。該顆粒基于微生物固定化技術(shù),采用聚乙烯醇一硼酸包埋法,避免了硫酸鹽還原菌與酸性廢水的直接接觸,從而解決強(qiáng)酸和高濃度重金屬對硫酸鹽還原菌的抑制;該顆??蓪γ旱V酸性廢水進(jìn)行井下原位處理并可重復(fù)使用,有效克服傳統(tǒng)技術(shù)的缺點(diǎn)、改善礦區(qū)生態(tài)質(zhì)量,是一種不占用地面空間且無需外加動(dòng)力的被動(dòng)處理系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案之一為,一種硫酸鹽還原菌固定化顆粒,由硫酸鹽還原菌污泥、鋼渣粉、麥飯石、聚乙烯醇、海藻酸鈉、生物質(zhì)材料和水組成;
[0006]其中,各組分的重量百分含量為:20%?45%的硫酸鹽還原菌污泥、2%?8%的鋼渣粉、3%?10%的麥飯石、5%?9%的聚乙烯醇、0.2%?1.5%的海藻酸鈉、4%?15%的生物質(zhì)材料、11.5%?65.8%的水;
[0007]所述的硫酸鹽還原菌污泥為硫酸鹽還原菌污泥原液,經(jīng)離心濃縮至MLVSS濃度為10mg/L ?15mg/L ;
[0008]所述鋼渣粉為粒徑80目?100目的鋼渣粉;
[0009]所述麥飯石為粒徑50目?80目的普通麥飯石或改性麥飯石;
[0010]所述生物質(zhì)材料作為內(nèi)聚緩釋碳源,可采用廉價(jià)農(nóng)業(yè)廢棄物,如玉米芯、花生殼、稻殼等,制成粒徑< 100目的粉末;
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案之二為,上述硫酸鹽還原菌固定化顆粒的制備方法,包括如下步驟:
[0012](I)按照硫酸鹽還原菌固定化顆粒中各組分的配比,將聚乙烯醇與海藻酸鈉加入到蒸餾水中,密封后在室溫下充分溶脹20?30h,再置于90±5°C的恒溫水浴鍋內(nèi)加熱,并不斷攪拌,直至凝膠中無氣泡;
[0013](2)將生物質(zhì)材料、鋼渣粉和麥飯石緩緩加入到凝膠中,攪拌均勻后將混合物冷卻至 37±1°C ;
[0014]其中,生物質(zhì)材料的制備方法為:將廉價(jià)農(nóng)業(yè)廢棄物,如玉米芯、花生殼、稻殼等,干燥后經(jīng)機(jī)械破碎,制成粒徑< 100目的粉末;
[0015]鋼渣粉的制備方法為,取粒徑為80目?100目的鋼渣粉,酸洗2?3遍后,干燥;
[0016]麥飯石為普通麥飯石或改性麥飯石;麥飯石的制備方法為:選取粒徑為50目?80目的普通麥飯石粉,用水沖洗后,風(fēng)干;改性麥飯石的制備方法為:將粒徑為50目?80目的麥飯石粉與2mol/L的NaOH溶液按照質(zhì)量與體積之比為1:5?1:10kg/L混合,浸泡I?3h,再以150?200r/min速率振蕩2?3h,然后取出麥飯石,用去離子水浸洗2?3遍,最后在300?500 °C溫度下烘烤60?90min后,自然冷卻;
[0017](3)將硫酸鹽還原菌污泥原液放入離心機(jī)中在2000rpm?4000rpm離心6min?15min,濃縮至MLVSS濃度為10mg/L_15mg/L后,加入到步驟(2)得到的混合物中,再充分?jǐn)嚢杈鶆颍?br>[0018](4)將步驟(3)制得的混合物勻速滴入含2%?5% CaCl2, pH值為5.0?7.0的飽和硼酸溶液中,在室溫下以10rpm?150rpm的攪拌速率交聯(lián)反應(yīng)4h?8h,得到硫酸鹽還原菌固定化顆粒;
[0019]上述硫酸鹽還原菌污泥原液為:取含有硫酸鹽還原菌和水解微生物的市政活性污泥、垃圾滲濾液污泥、煤矸石山污染土壤等硫酸鹽還原菌原料,稀釋10-20倍后,取出25mL-50mL加到500mL-1000mL改進(jìn)型Starkey式培養(yǎng)基中,37 ± I °C恒溫厭氧培養(yǎng)數(shù)周,以形成硫酸鹽還原菌為污泥中的優(yōu)勢菌種、并包括水解微生物在內(nèi)的多種微生物菌種共存的混合硫酸鹽還原菌污泥菌團(tuán);當(dāng)培養(yǎng)至打開瓶蓋能聞到濃烈臭雞蛋氣味、將污泥懸浮液滴入含有Fe2+的溶液能立即使溶液變成墨汁色時(shí),即得到硫酸鹽還原菌污泥原液。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)方案之三為,上述硫酸鹽還原菌固定化顆粒的使用方法,包括如下步驟:
[0021](I)在所述硫酸鹽還原菌固定化顆粒使用前,將其在厭氧條件下用去掉有機(jī)物的改進(jìn)型Starkey式培養(yǎng)基溶液浸泡激活1h?15h,以使顆粒富集足夠的無機(jī)生長因子;
[0022](2)將激活后的硫酸鹽還原菌固定化顆粒置于在煤礦酸性廢水井中建造的升流式厭氧填充床(UAPB)或可滲透反應(yīng)墻(PRB)反應(yīng)器中,對酸性廢水進(jìn)行處理。
[0023]本發(fā)明的技術(shù)方案之四為,上述硫酸鹽還原菌固定化顆粒的再生方法,當(dāng)所述硫酸鹽還原菌固定化顆粒使用中去除率下降后,采用COD為5000mg/L?10000mg/L的生物質(zhì)發(fā)酵液浸泡24h?48h,即可將硫酸鹽還原菌固定化顆粒再生,重新用于處理煤礦酸性廢水。
[0024]本發(fā)明中改進(jìn)型Starkey式培養(yǎng)基的成分為:0.5gK2HP04、l.0gNH4Cl,2.0gMgSO4.7Η20、0.5gNa2S04、0.1gCaCl2.H2OU.2g (NH4) 2Fe (SO4) 2.6H20、1.0g 酵母膏、4.0g乳酸鈉、100mL蒸餾水,在121°C高壓蒸汽中滅菌30min,冷卻至室溫后再用lmol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)培養(yǎng)基PH值為7.0。
[0025]本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0026]I)本發(fā)明制備的硫酸鹽還原菌固定化顆粒,基于微生物固定化技術(shù),采用聚乙烯醇一硼酸包埋法,避免了硫酸鹽還原菌與酸性廢水的直接接觸,從而解決強(qiáng)酸和高濃度重金屬對硫酸鹽還原菌的抑制。
[0027]2)本發(fā)明的硫酸鹽還原菌固定化顆粒中的硫酸鹽還原菌,為含有硫酸鹽還原菌和水解微生物的市政活性污泥、垃圾滲濾液污泥、煤矸石山污染土壤等硫酸鹽還原菌原料經(jīng)定向馴化后得到以硫酸鹽還原菌為優(yōu)勢菌種的污泥菌團(tuán),其中,污泥菌團(tuán)中包括水解微生物,該水解微生物能夠分解農(nóng)業(yè)廢棄物為硫酸鹽還原菌提供碳源;本發(fā)明可對廉價(jià)農(nóng)業(yè)廢棄物再利用,是一種綠色環(huán)保節(jié)能的方式。
[0028]3)本發(fā)明的硫酸鹽還原菌固定化顆粒,所采用的碳源是基于碳源緩釋原理的,從而提高碳源利用率,降低出水COD值。
[0029]4)本發(fā)明的硫酸鹽還原菌固定化顆粒,在固定化凝膠中加入鋼渣粉和麥飯石或改性麥飯石,不僅為固定化污泥顆粒提供固體骨架,有助于提高顆粒強(qiáng)度并增加界面反應(yīng)速率,而且為硫酸鹽還原菌營造適宜的微環(huán)境,有利于固定化顆粒提高處理能力。
[0030]5)本發(fā)明以硫酸鹽還原菌固定化顆粒為介質(zhì)構(gòu)建原位修復(fù)裝置,體現(xiàn)了該固定化硫酸鹽還原菌固定化顆粒應(yīng)用于煤礦酸性廢水原位修復(fù)領(lǐng)域的可行性和有效性。
[0031]6)本發(fā)明將硫酸鹽還原菌固定化顆粒應(yīng)用在處理煤礦酸性廢水等領(lǐng)域中,基于升流式厭氧填充床(UAPB)和可滲透反應(yīng)墻(PRB)技術(shù)進(jìn)行煤礦酸性廢水井下原位處理復(fù)用,有效克服傳統(tǒng)技術(shù)的缺點(diǎn),改善礦區(qū)生態(tài)質(zhì)量,是一種不占用地面空間且無需外加動(dòng)力的被動(dòng)處理系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0032]圖1、本發(fā)明實(shí)施例1制備的硫酸鹽還原菌顆粒外觀圖。<