一种硫酸盐还原菌固定化颗粒及其制备和使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水污染控制工程技术领域，具体涉及一种处理煤矿酸性废水的硫酸盐还原菌固定化颗粒及其制备和使用方法。
【背景技术】
[0002]煤炭作为最重要的能源品种在我国一次能源消费结构中一直占据约70%的比重，煤炭企业为我国改革开放30年来宏观经济的持续高增长做出了重要贡献，但是煤炭资源也在开发、加工、运输和利用过程中产生了大量煤矿废水。现阶段由于我国粗放型经济发展模式的制约，每年可产生酸性废水约为30亿m3，而利用率却不足30%，远低于欧美等发达国家80%以上的标准。大量未经处理的酸性矿井水直接排放，不仅严重污染收纳水体，进一步恶化矿区本已脆弱的生态环境，同时也造成水资源的巨大浪费，无疑加剧了我国严峻缺水的现状，更与我国清洁生产、循环经济的发展理念相悖。因此，对煤矿酸性废水进行处理，实现无害化达标排放以及资源化再利用，对于保护矿区生态环境、缓解矿区能源开发与水资源紧张的矛盾、促进煤矿企业可持续发展具有重要战略意义。
[0003]当前，以硫酸盐还原菌为核心的新工艺已在有机废水、酸性废水和电镀废水等研宄领域取得了较大进展，应用硫酸盐还原菌技术处理煤矿酸性废水业已成为该领域发展的新趋势。虽然硫酸盐还原菌在酸性废水处理中具有巨大潜力，但是也暴露出许多不足，如低PH、高浓度重金属离子抑制以及需要持续的碳源投加为菌提供营养等问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对硫酸盐还原菌在酸性废水处理中存在的不足，提供了一种硫酸盐还原菌固定化颗粒及其制备和使用方法。该颗粒基于微生物固定化技术，采用聚乙烯醇一硼酸包埋法，避免了硫酸盐还原菌与酸性废水的直接接触，从而解决强酸和高浓度重金属对硫酸盐还原菌的抑制；该颗粒可对煤矿酸性废水进行井下原位处理并可重复使用，有效克服传统技术的缺点、改善矿区生态质量，是一种不占用地面空间且无需外加动力的被动处理系统。
[0005]本发明的技术方案之一为，一种硫酸盐还原菌固定化颗粒，由硫酸盐还原菌污泥、钢渣粉、麦饭石、聚乙烯醇、海藻酸钠、生物质材料和水组成；
[0006]其中，各组分的重量百分含量为:20%?45%的硫酸盐还原菌污泥、2%?8%的钢渣粉、3%?10%的麦饭石、5%?9%的聚乙烯醇、0.2%?1.5%的海藻酸钠、4%?15%的生物质材料、11.5%?65.8%的水；
[0007]所述的硫酸盐还原菌污泥为硫酸盐还原菌污泥原液，经离心浓缩至MLVSS浓度为10mg/L ?15mg/L ；
[0008]所述钢渣粉为粒径80目?100目的钢渣粉；
[0009]所述麦饭石为粒径50目?80目的普通麦饭石或改性麦饭石；
[0010]所述生物质材料作为内聚缓释碳源，可采用廉价农业废弃物，如玉米芯、花生壳、稻壳等，制成粒径< 100目的粉末；
[0011]本发明的技术方案之二为，上述硫酸盐还原菌固定化颗粒的制备方法，包括如下步骤:
[0012](I)按照硫酸盐还原菌固定化颗粒中各组分的配比，将聚乙烯醇与海藻酸钠加入到蒸馏水中，密封后在室温下充分溶胀20?30h，再置于90±5°C的恒温水浴锅内加热，并不断搅拌，直至凝胶中无气泡；
[0013](2)将生物质材料、钢渣粉和麦饭石缓缓加入到凝胶中，搅拌均匀后将混合物冷却至 37±1°C ；
[0014]其中，生物质材料的制备方法为:将廉价农业废弃物，如玉米芯、花生壳、稻壳等，干燥后经机械破碎，制成粒径< 100目的粉末；
[0015]钢渣粉的制备方法为，取粒径为80目?100目的钢渣粉，酸洗2?3遍后，干燥；
[0016]麦饭石为普通麦饭石或改性麦饭石；麦饭石的制备方法为:选取粒径为50目?80目的普通麦饭石粉，用水冲洗后，风干；改性麦饭石的制备方法为:将粒径为50目?80目的麦饭石粉与2mol/L的NaOH溶液按照质量与体积之比为1:5?1:10kg/L混合，浸泡I?3h，再以150?200r/min速率振荡2?3h，然后取出麦饭石，用去离子水浸洗2?3遍，最后在300?500 °C温度下烘烤60?90min后，自然冷却；
[0017](3)将硫酸盐还原菌污泥原液放入离心机中在2000rpm?4000rpm离心6min?15min，浓缩至MLVSS浓度为10mg/L_15mg/L后，加入到步骤(2)得到的混合物中，再充分搅拌均匀；
[0018](4)将步骤(3)制得的混合物匀速滴入含2%?5% CaCl2, pH值为5.0?7.0的饱和硼酸溶液中，在室温下以10rpm?150rpm的搅拌速率交联反应4h?8h，得到硫酸盐还原菌固定化颗粒；
[0019]上述硫酸盐还原菌污泥原液为:取含有硫酸盐还原菌和水解微生物的市政活性污泥、垃圾渗滤液污泥、煤矸石山污染土壤等硫酸盐还原菌原料，稀释10-20倍后，取出25mL-50mL加到500mL-1000mL改进型Starkey式培养基中，37 ± I °C恒温厌氧培养数周，以形成硫酸盐还原菌为污泥中的优势菌种、并包括水解微生物在内的多种微生物菌种共存的混合硫酸盐还原菌污泥菌团；当培养至打开瓶盖能闻到浓烈臭鸡蛋气味、将污泥悬浮液滴入含有Fe2+的溶液能立即使溶液变成墨汁色时，即得到硫酸盐还原菌污泥原液。
[0020]本发明的技术方案之三为，上述硫酸盐还原菌固定化颗粒的使用方法，包括如下步骤:
[0021](I)在所述硫酸盐还原菌固定化颗粒使用前，将其在厌氧条件下用去掉有机物的改进型Starkey式培养基溶液浸泡激活1h?15h，以使颗粒富集足够的无机生长因子；
[0022](2)将激活后的硫酸盐还原菌固定化颗粒置于在煤矿酸性废水井中建造的升流式厌氧填充床(UAPB)或可渗透反应墙(PRB)反应器中，对酸性废水进行处理。
[0023]本发明的技术方案之四为，上述硫酸盐还原菌固定化颗粒的再生方法，当所述硫酸盐还原菌固定化颗粒使用中去除率下降后，采用COD为5000mg/L?10000mg/L的生物质发酵液浸泡24h?48h，即可将硫酸盐还原菌固定化颗粒再生，重新用于处理煤矿酸性废水。
[0024]本发明中改进型Starkey式培养基的成分为: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乳酸钠、100mL蒸馏水，在121°C高压蒸汽中灭菌30min，冷却至室温后再用lmol/L的NaOH溶液调节培养基PH值为7.0。
[0025]本发明相对现有技术具有如下优点及效果:
[0026]I)本发明制备的硫酸盐还原菌固定化颗粒，基于微生物固定化技术，采用聚乙烯醇一硼酸包埋法，避免了硫酸盐还原菌与酸性废水的直接接触，从而解决强酸和高浓度重金属对硫酸盐还原菌的抑制。
[0027]2)本发明的硫酸盐还原菌固定化颗粒中的硫酸盐还原菌，为含有硫酸盐还原菌和水解微生物的市政活性污泥、垃圾渗滤液污泥、煤矸石山污染土壤等硫酸盐还原菌原料经定向驯化后得到以硫酸盐还原菌为优势菌种的污泥菌团，其中，污泥菌团中包括水解微生物，该水解微生物能够分解农业废弃物为硫酸盐还原菌提供碳源；本发明可对廉价农业废弃物再利用，是一种绿色环保节能的方式。
[0028]3)本发明的硫酸盐还原菌固定化颗粒，所采用的碳源是基于碳源缓释原理的，从而提高碳源利用率，降低出水COD值。
[0029]4)本发明的硫酸盐还原菌固定化颗粒，在固定化凝胶中加入钢渣粉和麦饭石或改性麦饭石，不仅为固定化污泥颗粒提供固体骨架，有助于提高颗粒强度并增加界面反应速率，而且为硫酸盐还原菌营造适宜的微环境，有利于固定化颗粒提高处理能力。
[0030]5)本发明以硫酸盐还原菌固定化颗粒为介质构建原位修复装置，体现了该固定化硫酸盐还原菌固定化颗粒应用于煤矿酸性废水原位修复领域的可行性和有效性。
[0031]6)本发明将硫酸盐还原菌固定化颗粒应用在处理煤矿酸性废水等领域中，基于升流式厌氧填充床(UAPB)和可渗透反应墙(PRB)技术进行煤矿酸性废水井下原位处理复用，有效克服传统技术的缺点，改善矿区生态质量，是一种不占用地面空间且无需外加动力的被动处理系统。
【附图说明】
[0032]图1、本发明实施例1制备的硫酸盐还原菌颗粒外观图。<