公布日：2023.08.01
申請日：2023.03.13
分類號：C02F3/34(2023.01)I;C02F3/00(2023.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本發明公開了一種釩污染水體的生物除釩方法。將農作物秸稈顆粒與污水廠的剩余污泥的離心沉淀混合攪拌后進行馴化培養，并檢測通入釩污染水后出水的水質情況，水質穩定后生物材料的制備完成；將生物材料與麥飯石顆粒混合后完成填料的制備；將待處理的釩污染水通入制備的填料中處理，定期檢測水質，出水水質穩定則實現了處理目標。本發明將農作物秸稈作為底物，供微生物附著，使用污水處理廠的剩余污泥離心沉淀作為接種體，與秸稈進行共同培養無害化處理，獲得秸稈生物材料，并輔以麥飯石，將水環境中的釩污染有效去除。成本低，效果好，且可持續性強。
權利要求書
1.一種釩污染水體的生物除釩方法，其特征在于：包括以下步驟：1）固相碳源的制備：將農作物秸稈收割后粉碎、過篩、清洗，獲得農作物秸稈顆粒；2）接種體的制備：將污水處理廠的剩余污泥離心，去除上清液，將沉淀部分作為接種體，所述污水處理廠的剩余污泥中包含釩還原菌；3）礦石填料的制備：將麥飯石過篩、清洗獲得麥飯石顆粒；4）生物材料的制備：將步驟1）獲得的所述農作物秸稈顆粒與步驟2）制備的接種體混合攪拌后進行馴化培養，并檢測通入10~75mg/L釩污染水后出水的水質情況，水質穩定后生物材料的制備完成；所述水質穩定為總有機碳濃度下降并保持在10mg/L以下且V5+濃度下降并保持在0.01mg/L以下；農作物秸稈顆粒與離心前剩余污泥的質量比為1：4~1：6；5）填料的制備：將步驟4）制備的生物材料與步驟3）制備的麥飯石顆粒按質量比1：3~1：4的比例混合后完成填料的制備；6）將待處理的釩污染水通入步驟5）所制備的填料中處理，定期檢測水質，出水水質穩定則實現了處理目標。
2.根據權利要求1所述的釩污染水體的生物除釩方法，其特征在于：步驟1）中所述的農作物秸稈顆粒的粒徑為1~3mm；步驟3）所述的麥飯石顆粒的粒徑為3~5mm。
3.根據權利要求1所述的釩污染水體的生物除釩方法，其特征在于：步驟4）中農作物秸稈顆粒與離心前剩余污泥的質量比為1：5。
4.根據權利要求1所述的釩污染水體的生物除釩方法，其特征在于：步驟4）中所述的馴化培養條件為：通入10~75mg/L釩污染水體進行一周的培養，其中靜置培養3天，24小時水力停留時間循環培養4天，步驟5）中生物材料與麥飯石顆粒的質量比為1：3。
5.根據權利要求1所述的釩污染水體的生物除釩方法，其特征在于：所述生物秸稈為水稻秸稈。
6.根據權利要求1所述的釩污染水體的生物除釩方法，其特征在于：所述麥飯石為金色麥飯石。
7.根據權利要求1所述的釩污染水體的生物除釩方法，其特征在于：所述釩還原菌包括Firmicutes、Actinobacteriota、Chloroflexi中至少一種。
8.根據權利要求1所述的釩污染水體的生物除釩方法，其特征在于：步驟6）中所述待處理的釩污染水濃度低于75mg/L。
發明內容
針對上述現有技術中物理化學法成本高昂和材料不可持續的缺點，本發明的目的在于提供一種釩污染水體的生物除釩方法，采用生物還原手段進行釩去除。
本發明的目的是通過以下方案實現的：本發明將農作物秸稈作為底物，供微生物附著，使用污水處理廠的剩余污泥離心處理后作為接種體，與秸稈進行共同培養無害化處理，獲得秸稈生物材料，并輔以麥飯石，將水環境中的釩污染有效去除。具體步驟如下：一種釩污染水體的生物除釩方法，包括以下步驟：1）固相碳源的制備：將農作物秸稈收割后粉碎、過篩、清洗，獲得農作物秸稈顆粒；2）接種體的制備：將污水處理廠的剩余污泥離心，去除上清液，將沉淀部分作為接種體，所述污水處理廠的剩余污泥中包含釩還原菌；3）礦石填料的制備：將麥飯石過篩、清洗獲得麥飯石顆粒；4）生物材料的制備：將步驟1）獲得的所述農作物秸稈顆粒與步驟2）制備的接種體混合攪拌后進行馴化培養，并檢測通入10~75mg/L釩污染水后出水的水質情況，水質穩定后生物材料的制備完成；所述水質穩定為總有機碳濃度（TOC）下降并保持在10mg/L以下且V5+濃度下降并保持在0.01mg/L以下；農作物秸稈顆粒與離心前剩余污泥的質量比為1：4~1：6；5）填料的制備：將步驟4）制備的生物材料與步驟3）制備的麥飯石顆粒按質量比1：3~1：4的比例混合后完成填料的制備；6）將待處理的釩污染水通入步驟5）所制備的填料中處理，定期檢測水質，出水水質穩定則實現了處理目標。
進一步的優化，步驟1）中所述的農作物秸稈顆粒的粒徑為1~3mm；步驟3）所述的麥飯石顆粒的粒徑為3~5mm。
進一步的優化，步驟4）中農作物秸稈顆粒與離心前剩余污泥的質量比為1：5。
進一步的優化，步驟4）中所述的馴化培養條件為：通入10~75mg/L釩污染水體進行一周的培養，其中靜置培養3天，24小時水力停留時間循環培養4天，步驟5）中生物材料與麥飯石顆粒的質量比為1：3。
進一步的，所述生物秸稈為水稻秸稈。所述麥飯石為金色麥飯石。所述釩還原菌包括Firmicutes、Actinobacteriota、Chloroflexi中至少一種。
發明原理：本發明的主要原理為利用釩還原菌的氧化還原特性，通過投加碳源將V5+還原穩定于沉積物中。首先利用農作物秸稈疏松多孔的物理特性和可以長期浸出有機底物的化學特性，對剩余污泥中的微生物進行第一步的附著處理。剩余污泥內部微生物種類豐富，適合分解農作物秸稈這類復雜固相碳源，且相比純種工程菌更為適應復雜的自然水環境。為保證秸稈和剩余污泥不對自然環境產生二次污染，在本發明優選技術方案中，生物附著處理后通入受釩污染的水體，出水水質穩定后即說明填充材料已無害化且剩余污泥中的釩還原菌已富集完成。之后混入麥飯石材料，該材料可提供一定微量元素成本優勢非常明顯，并且起到增大秸稈生物材料的接觸面積、避免秸稈纖維堵塞和作支撐結構的作用。
本發明的有益效果是：（1）本發明投加秸稈生物材料，避免了工程菌種高昂的成本和較長的研發周期，快速且持續的固定自然水體中的釩污染。避免大量使用價格較為昂貴的物理吸附材料；避免在自然水環境中因化學藥劑的大量使用，而造成環境的二次污染；且為剩余污泥的無害化處理處置和秸稈處理提供新的手段，可以達到以廢治廢的最終效果。
（2）本發明將植物秸稈、污泥、麥飯石結合進行釩污染水體的處理，幾種材料的配合是本發明的一個創新點。其中幾種材料的配合比例是一個難點，現有技術中沒有技術啟示。植物秸稈與污泥的比例及污泥與麥飯石的比例是與馴化方法以及工程水流質地特點相匹配的。本發明提供了優選的馴化方法和相應的材料配比，形成了完整的優選的技術方案。
（發明人：王邦彥;潘政偉;侯連剛）
