一种基于微生物晶种的含重金属矿山废水的处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于微生物晶种的含重金属矿山废水的处理方法，包括：生物诱导钙沉淀细菌的富集培养：向水样和污泥的混合中加入营养液I培养后收集沉淀污泥。向沉淀污泥中加入营养液II进行培养，所得沉淀物再次培养获得驯化后的钙沉淀细菌；培养液加入营养液III中恒温培养，搅拌混合后即得到制备好的生物晶种。利用得到的生物晶种投加到待处理矿山废水中去除多种重金属，通过富集驯化获得钙沉淀细菌的生物菌剂，将菌剂进一步培养后获得生物晶种，可同步处理含多种重金属离子的矿山废水，具有处理效率高，效果稳定等优点，是一种低成本、高效率、更环保的处理方式。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微生物晶种的含重金属矿山废水的处理方法
本专利技术属于环境微生物领域，具体地说涉及一种矿山废水处理生物晶种及其制备方法，该晶种可以去除矿山废水中的重金属，实现用于矿山废水处理生物晶种的产业化、商品化。
技术介绍
随着国民经济的飞速发展，因重金属污染而造成粮食减产、土壤和地下水条件恶化的情况越来越多，日益严重的矿山废水污染问题引起了全世界很多国家的关注。在中国，矿产和金属冶炼行业所产生的废水主要是重金属-有机物复合污染废水，常含有铬、铅、镍、锌、镉、铁、汞、锰等重金属离子。由于其高毒性和长的生物半衰期，重金属的积累是一个严重的威胁。矿山废水中含有的镉、铅、镍等有毒重金属具有不可生物降解性，持久性和生物积累性等特点，严重影响人体健康和环境可持续性发展。通过食物链在生物体内富集的重金属元素，会造成恶性肿瘤、出生缺陷等疾病，从而产生致病性和致癌性。废水中的重金属不能被微生物降解，对生长在周围的植物和土壤造成不同程度的污染，并通过水体生物地球化学循环影响水生生态环境。因此，有必要找到一种具有成本效益的环保技术来去除这种污染物，阻止其进一步向植物及食物链中迁移，有效降低人类遭受重金属威胁的风险。常规的物理和化学处理技术如化学沉淀，离子交换，电化学处理，氧化还原反应和薄膜技术等已用于去除废水中的重金属，但它们有二次污染，高成本或高能量输入等缺点，而目前的一些生物处理技术不仅成本高昂，而且处理周期长，处理后又返还到环境中，重金属并未从根本上得到有效的去除。基于生物矿化基础上的微生物诱导钙沉淀为重金属的去除提供了一个颇具前景的方法。本专利技术利用微生物诱导钙沉淀技术，通过生物诱导碳酸钙沉淀技术在进行钙沉淀的同时，一些与Ca2+离子半径相接近的重金属离子(如Cd2+、Pb2+和Ni2+等)，通过在形成沉淀的过程中取代Ca2+的位置被包裹在晶体中形成晶格，或者进入晶体间隙被晶体包裹，进而将重金属离子以沉淀的形式固定下来。与以往利用细菌处理矿山废水中重金属不同的是，本专利技术通过微生物诱导钙沉淀技术将成核初期生物诱导的碳酸钙沉淀取出，制作为生物晶种后添加到含有重金属污染的矿山废水中，能够实现多种重金属离子污染物和硬度的同步高效去除。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种利用生物晶种来去除矿山废水中重金属离子的方法，利用得到的生物晶种投加到待处理矿山废水中去除多种重金属，通过富集驯化获得钙沉淀细菌的生物菌剂，将菌剂进一步培养后获得生物晶种，可同步处理含多种重金属离子的矿山废水，有效解决矿山废水中重金属污染物超标问题。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种基于微生物晶种的含重金属矿山废水的处理方法，包括如下步骤：步骤1，生物诱导钙沉淀细菌的富集培养：从矿山废水中获取泥水混合物，按照体积比为1：(2～4)将泥水混合物和营养液I混匀，恒温培养后收集沉淀污泥；步骤2，培养液制备：向所得沉淀污泥中按照体积比为1：(2～4)加入营养液II混匀，恒温下培养3-5天后，除去上清液，所得沉淀物再次进行培养，之后每隔一定周期更换一次营养液II，直至出现散状污泥，收集散状污泥；步骤3，生物晶种制备：将散状污泥在一定条件下离心后，按照质量比1：1向散状污泥中加入营养液III，并恒温培养；在一定的培养条件下反应，培养基底部逐渐生成生物沉淀小颗粒，搅拌混合均匀即为生物晶种；步骤4，运行方式：按照体积比为10％-15％将生物晶种投加到待处理矿山废水中，并人工添加氯化钙，使钙和重金属的质量比控制在50-100:1；搅拌反应，静置30～40分钟，排出上清液，收集反应溶液底部沉淀，作为下一个反应阶段晶种，此即为一个反应周期；每隔一段时间重新投放生物晶种；完成矿山废水中重金属的去除过程。对于上述技术方案，本专利技术还有进一步优选的方案：优选的，所述营养液I包括以下质量比的原料：C4H4Na2O4·6H2O0.4-0.6g，NaHCO30.8-1.2g，NaNO30.08-0.12g，KH2PO40.04-0.06g，MgCl20.04-0.06g，CaCl20.04-0.06g，微量元素溶液I2mL，蒸馏水1000mL；所述微量元素溶液Ⅰ包括：以质量浓度计，0.8-1.2g/LEDTA、0.4-0.6g/LMgSO4·7H2O、0.1-0.3g/LZnSO4、0.08-0.12g/LMnCl2·4H2O、0.4-0.6g/LFeSO4·7H2O、0.4-0.6g/LCuSO4·5H2O、0.1-0.3g/LCoCl2·6H2O，pH值＝7.0的水溶液。优选的，所述营养液II包括以下质量比的原料：C4H4Na2O4·6H2O0.8-1.2g，NaHCO30.4-0.6g，NaNO30.1-0.3g，KH2PO40.1-0.3g，MgCl20.02-0.04g，CaCl20.1-0.3g，微量元素溶液II3mL，蒸馏水1000mL，pH值＝7.0；所述微量元素溶液II为：以质量浓度计，0.8-1.2g/LEDTA、0.4-0.6g/LMgSO4·7H2O、0.1-0.3g/LCdCl2、0.1-0.3g/LPdCl2、0.1-0.3g/LNiCl2，0.08-0.12g/LZnSO4、0.08-0.12g/LMnCl2·4H2O、0.8-1.2g/LFeSO4·7H2O、0.08-0.12g/LCuSO4·5H2O、0.18-0.22g/LCoCl2·6H2O，pH值＝7.0的水溶液。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的营养液III包括以下质量比的原料：C4H4Na2O4·6H2O0.4-0.6g，NaNO30.08-0.12g，KH2PO40.08-0.12g，MgCl2·7H2O0.04-0.06g，NaCl0.4-0.6g，CaCl20.4-0.6g，蒸馏水1000mL。优选的，所述步骤1中培养包括：以7天为一个培养周期，更换一半营养液，采用转速为140-160rpm的摇床，富集1-2周后，当钙离子的去除率在50％以上时，富集培养结束，收集沉淀污泥。优选的，所述步骤2中，每隔一定周期更换一次营养液II，更换次序为：第一阶段，向沉淀物中按体积比为1:1加入营养液II和含有Cd2+、Pb2+、Ni2+的5mg/L重金属混合溶液进行培养；第二阶段，倒掉第一阶段的上清液，向沉淀物中按体积比为1:2加入营养液II和含有Cd2+、Pb2+、Ni2+的10mg/L重金属混合溶液进行培养；第三阶段，倒掉第二阶段的上清液，向沉淀物中按体积比为1:3加入营养液II和含有Cd2+、Pb2+、Ni2+的20mg/L重金属混合溶液进行培养；第四阶段，倒掉第三阶段的上清液，加入含有Cd2+、Pb2+、Ni2+的30mg/L重金属混合溶液进行培养直至出现散状污泥，钙离子去除率在50％以上，Cd2+、Pb2+、Ni2+去除率均在70％以上时，收集散状污泥。优选的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微生物晶种的含重金属矿山废水的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，生物诱导钙沉淀细菌的富集培养：/n从矿山废水中获取泥水混合物，按照体积比为1：(2～4)将泥水混合物和营养液I混匀，恒温培养后收集沉淀污泥；/n步骤2，培养液制备：/n向所得沉淀污泥中按照体积比为1：(2～4)加入营养液II混匀，恒温下培养3-5天后，除去上清液，所得沉淀物再次进行培养，之后每隔一定周期更换一次营养液II，直至出现散状污泥，收集散状污泥；/n步骤3，生物晶种制备：/n将散状污泥在一定条件下离心后，按照质量比1：1向散状污泥中加入营养液III，并恒温培养；在一定的培养条件下反应，培养基底部逐渐生成生物沉淀小颗粒，搅拌混合均匀即为生物晶种；/n步骤4，运行方式：/n按照体积比为10％-15％将生物晶种投加到待处理矿山废水中，并人工添加氯化钙，使钙和重金属的质量比控制在50-100:1；搅拌反应，静置30～40分钟，排出上清液，收集反应溶液底部沉淀，作为下一个反应阶段晶种，此即为一个反应周期；每隔一段时间重新投放生物晶种；完成矿山废水中重金属的去除过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于微生物晶种的含重金属矿山废水的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，生物诱导钙沉淀细菌的富集培养：
从矿山废水中获取泥水混合物，按照体积比为1：(2～4)将泥水混合物和营养液I混匀，恒温培养后收集沉淀污泥；
步骤2，培养液制备：
向所得沉淀污泥中按照体积比为1：(2～4)加入营养液II混匀，恒温下培养3-5天后，除去上清液，所得沉淀物再次进行培养，之后每隔一定周期更换一次营养液II，直至出现散状污泥，收集散状污泥；
步骤3，生物晶种制备：
将散状污泥在一定条件下离心后，按照质量比1：1向散状污泥中加入营养液III，并恒温培养；在一定的培养条件下反应，培养基底部逐渐生成生物沉淀小颗粒，搅拌混合均匀即为生物晶种；
步骤4，运行方式：
按照体积比为10％-15％将生物晶种投加到待处理矿山废水中，并人工添加氯化钙，使钙和重金属的质量比控制在50-100:1；搅拌反应，静置30～40分钟，排出上清液，收集反应溶液底部沉淀，作为下一个反应阶段晶种，此即为一个反应周期；每隔一段时间重新投放生物晶种；完成矿山废水中重金属的去除过程。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述营养液I包括以下质量比的原料：
C4H4Na2O4·6H2O0.4-0.6g，NaHCO30.8-1.2g，NaNO30.08-0.12g，KH2PO40.04-0.06g，MgCl20.04-0.06g，CaCl20.04-0.06g，微量元素溶液I2mL，蒸馏水1000mL；
所述微量元素溶液Ⅰ包括：以质量浓度计，0.8-1.2g/LEDTA、0.4-0.6g/LMgSO4·7H2O、0.1-0.3g/LZnSO4、0.08-0.12g/LMnCl2·4H2O、0.4-0.6g/LFeSO4·7H2O、0.4-0.6g/LCuSO4·5H2O、0.1-0.3g/LCoCl2·6H2O，pH值＝7.0的水溶液。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述营养液II包括以下质量比的原料：
C4H4Na2O4·6H2O0.8-1.2g，NaHCO30.4-0.6g，NaNO30.1-0.3g，KH2PO40.1-0.3g，MgCl20.02-0.04g，CaCl20.1-0.3g，微量元素溶液II3mL，蒸馏水1000mL，pH值＝7.0；
所述微量元素溶液II为：以质量浓度计，0.8-1.2g/LEDTA、0.4-0.6g/LMgSO4·7H2O、0.1-0.3g/LCdCl2、0.1-0.3g/LPdCl2、0.1-0.3g/LNiCl2，0.08-0.12g/LZnSO4、0.08-0.12g/LMnCl2·4H2O、0.8-1.2g/LFeS...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏俊峰，杨玉珠，黄廷林，高志宏，杨文烁，翟振宇，史鋆，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61