公布日：2023.08.01
申请日：2023.03.13
分类号：C02F3/34(2023.01)I;C02F3/00(2023.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种钒污染水体的生物除钒方法。将农作物秸秆颗粒与污水厂的剩余污泥的离心沉淀混合搅拌后进行驯化培养，并检测通入钒污染水后出水的水质情况，水质稳定后生物材料的制备完成；将生物材料与麦饭石颗粒混合后完成填料的制备；将待处理的钒污染水通入制备的填料中处理，定期检测水质，出水水质稳定则实现了处理目标。本发明将农作物秸秆作为底物，供微生物附着，使用污水处理厂的剩余污泥离心沉淀作为接种体，与秸秆进行共同培养无害化处理，获得秸秆生物材料，并辅以麦饭石，将水环境中的钒污染有效去除。成本低，效果好，且可持续性强。
权利要求书
1.一种钒污染水体的生物除钒方法，其特征在于：包括以下步骤：1）固相碳源的制备：将农作物秸秆收割后粉碎、过筛、清洗，获得农作物秸秆颗粒；2）接种体的制备：将污水处理厂的剩余污泥离心，去除上清液，将沉淀部分作为接种体，所述污水处理厂的剩余污泥中包含钒还原菌；3）矿石填料的制备：将麦饭石过筛、清洗获得麦饭石颗粒；4）生物材料的制备：将步骤1）获得的所述农作物秸秆颗粒与步骤2）制备的接种体混合搅拌后进行驯化培养，并检测通入10~75mg/L钒污染水后出水的水质情况，水质稳定后生物材料的制备完成；所述水质稳定为总有机碳浓度下降并保持在10mg/L以下且V5+浓度下降并保持在0.01mg/L以下；农作物秸秆颗粒与离心前剩余污泥的质量比为1：4~1：6；5）填料的制备：将步骤4）制备的生物材料与步骤3）制备的麦饭石颗粒按质量比1：3~1：4的比例混合后完成填料的制备；6）将待处理的钒污染水通入步骤5）所制备的填料中处理，定期检测水质，出水水质稳定则实现了处理目标。
2.根据权利要求1所述的钒污染水体的生物除钒方法，其特征在于：步骤1）中所述的农作物秸秆颗粒的粒径为1~3mm；步骤3）所述的麦饭石颗粒的粒径为3~5mm。
3.根据权利要求1所述的钒污染水体的生物除钒方法，其特征在于：步骤4）中农作物秸秆颗粒与离心前剩余污泥的质量比为1：5。
4.根据权利要求1所述的钒污染水体的生物除钒方法，其特征在于：步骤4）中所述的驯化培养条件为：通入10~75mg/L钒污染水体进行一周的培养，其中静置培养3天，24小时水力停留时间循环培养4天，步骤5）中生物材料与麦饭石颗粒的质量比为1：3。
5.根据权利要求1所述的钒污染水体的生物除钒方法，其特征在于：所述生物秸秆为水稻秸秆。
6.根据权利要求1所述的钒污染水体的生物除钒方法，其特征在于：所述麦饭石为金色麦饭石。
7.根据权利要求1所述的钒污染水体的生物除钒方法，其特征在于：所述钒还原菌包括Firmicutes、Actinobacteriota、Chloroflexi中至少一种。
8.根据权利要求1所述的钒污染水体的生物除钒方法，其特征在于：步骤6）中所述待处理的钒污染水浓度低于75mg/L。
发明内容
针对上述现有技术中物理化学法成本高昂和材料不可持续的缺点，本发明的目的在于提供一种钒污染水体的生物除钒方法，采用生物还原手段进行钒去除。
本发明的目的是通过以下方案实现的：本发明将农作物秸秆作为底物，供微生物附着，使用污水处理厂的剩余污泥离心处理后作为接种体，与秸秆进行共同培养无害化处理，获得秸秆生物材料，并辅以麦饭石，将水环境中的钒污染有效去除。具体步骤如下：一种钒污染水体的生物除钒方法，包括以下步骤：1）固相碳源的制备：将农作物秸秆收割后粉碎、过筛、清洗，获得农作物秸秆颗粒；2）接种体的制备：将污水处理厂的剩余污泥离心，去除上清液，将沉淀部分作为接种体，所述污水处理厂的剩余污泥中包含钒还原菌；3）矿石填料的制备：将麦饭石过筛、清洗获得麦饭石颗粒；4）生物材料的制备：将步骤1）获得的所述农作物秸秆颗粒与步骤2）制备的接种体混合搅拌后进行驯化培养，并检测通入10~75mg/L钒污染水后出水的水质情况，水质稳定后生物材料的制备完成；所述水质稳定为总有机碳浓度（TOC）下降并保持在10mg/L以下且V5+浓度下降并保持在0.01mg/L以下；农作物秸秆颗粒与离心前剩余污泥的质量比为1：4~1：6；5）填料的制备：将步骤4）制备的生物材料与步骤3）制备的麦饭石颗粒按质量比1：3~1：4的比例混合后完成填料的制备；6）将待处理的钒污染水通入步骤5）所制备的填料中处理，定期检测水质，出水水质稳定则实现了处理目标。
进一步的优化，步骤1）中所述的农作物秸秆颗粒的粒径为1~3mm；步骤3）所述的麦饭石颗粒的粒径为3~5mm。
进一步的优化，步骤4）中农作物秸秆颗粒与离心前剩余污泥的质量比为1：5。
进一步的优化，步骤4）中所述的驯化培养条件为：通入10~75mg/L钒污染水体进行一周的培养，其中静置培养3天，24小时水力停留时间循环培养4天，步骤5）中生物材料与麦饭石颗粒的质量比为1：3。
进一步的，所述生物秸秆为水稻秸秆。所述麦饭石为金色麦饭石。所述钒还原菌包括Firmicutes、Actinobacteriota、Chloroflexi中至少一种。
发明原理：本发明的主要原理为利用钒还原菌的氧化还原特性，通过投加碳源将V5+还原稳定于沉积物中。首先利用农作物秸秆疏松多孔的物理特性和可以长期浸出有机底物的化学特性，对剩余污泥中的微生物进行第一步的附着处理。剩余污泥内部微生物种类丰富，适合分解农作物秸秆这类复杂固相碳源，且相比纯种工程菌更为适应复杂的自然水环境。为保证秸秆和剩余污泥不对自然环境产生二次污染，在本发明优选技术方案中，生物附着处理后通入受钒污染的水体，出水水质稳定后即说明填充材料已无害化且剩余污泥中的钒还原菌已富集完成。之后混入麦饭石材料，该材料可提供一定微量元素成本优势非常明显，并且起到增大秸秆生物材料的接触面积、避免秸秆纤维堵塞和作支撑结构的作用。
本发明的有益效果是：（1）本发明投加秸秆生物材料，避免了工程菌种高昂的成本和较长的研发周期，快速且持续的固定自然水体中的钒污染。避免大量使用价格较为昂贵的物理吸附材料；避免在自然水环境中因化学药剂的大量使用，而造成环境的二次污染；且为剩余污泥的无害化处理处置和秸秆处理提供新的手段，可以达到以废治废的最终效果。
（2）本发明将植物秸秆、污泥、麦饭石结合进行钒污染水体的处理，几种材料的配合是本发明的一个创新点。其中几种材料的配合比例是一个难点，现有技术中没有技术启示。植物秸秆与污泥的比例及污泥与麦饭石的比例是与驯化方法以及工程水流质地特点相匹配的。本发明提供了优选的驯化方法和相应的材料配比，形成了完整的优选的技术方案。
（发明人：王邦彦;潘政伟;侯连刚）
