一種硫酸鹽還原菌的複合有機碳源的製備方法與流程
2023-06-14 15:27:11
本發明屬於環境保護和酸法地浸採鈾地下水修復技術領域，具體涉及一種酸法地浸採鈾地下水生物化學修復工藝中適合硫酸鹽還原菌的混合有機碳源的製備方法。
背景技術：
酸法地浸採鈾是我國採鈾的主要技術之一，其採用的溶浸劑硫酸具有較強的化學活性，在浸出鈾的同時，也將含礦層中其他有毒有害元素浸出，使得地浸採場終採後的地下水組分相對複雜。通過對已停產的酸法地浸鈾礦山採場地下水的調查，其地下水除了含有各種重金屬離子外，還殘留較高的硫酸根，因此需要在酸法地浸採場終採後進行地下水修復。
如採用石灰法、硫化法、萃取電積法等方法處理酸法地浸採鈾地下水，會產生大量固體廢棄物，易造成二次汙染。而利用微生物法處理該酸性地下水時，費用低，實用性強，無二次汙染，是目前最前沿技術。它利用硫酸鹽還原菌(srb)的代謝作用將so42-還原為s2-，從而達到去除硫酸鹽和重金屬離子，提高ph值的目的。
由於酸法地浸採鈾地下水中有機物含量較低，這就需要在利用硫酸鹽還原菌處理酸法地浸採鈾地下水時對其提供充足的碳源。如果使用乳酸鹽、丙酸鹽、蘋果酸、乙醇、葡萄糖和檸檬酸鹽等作為碳源，上述碳源價格相對昂貴，處理酸法地浸採鈾地下水的成本會較高。所以需要尋找一種廉價的複合碳源來作為硫酸鹽還原菌的碳源，一方面既能滿足硫酸鹽還原菌生長代謝的需要，另一方面該複合碳源不會增加處理後酸法地浸採鈾地下水的cod值。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種硫酸鹽還原菌的複合有機碳源的製備方法，給硫酸鹽還原菌在處理酸法地浸採鈾地下水時提供充足的廉價碳源。
為了實現這一目的，本發明採取的技術方案是：
一種硫酸鹽還原菌的複合有機碳源的製備方法，包括以下步驟：
步驟1，發酵料液的製備：
將植物和動物糞便混合，保持發酵料液中固體的質量濃度為6％-10％；
步驟2，酸性發酵：
將上述發酵料液置於酸性厭氧發酵罐中進行發酵，酸性厭氧發酵罐中的優勢菌群是兼性厭氧發酵菌群；
控制發酵溫度為25-35℃，發酵時間為12-18d；
步驟3，碳源的添加：
將上述條件下產生的酸性厭氧發酵罐中的上清液取出作為處理酸法地浸採鈾地下水的硫酸鹽還原菌的碳源，投加量以混合後的cod與so42-的比值來控制，其控制範圍為1.2-2.0；
步驟4，酸性地下水的處理：
將上述添加了碳源的酸法地浸採鈾地下水在溫度為20℃、ph＝4條件下通過egsb生物反應器進行處理，保持進液速度為15ml·h-1。
進一步的，如上所述的一種硫酸鹽還原菌的複合有機碳源的製備方法，步驟1中，植物是容易發酵分解為小分子有機物的小麥秸稈、木屑、玉米芯中的一種或多種，動物糞便是含有n、p、k元素的牛糞、雞糞中的一種或多種。
進一步的，如上所述的一種硫酸鹽還原菌的複合有機碳源的製備方法，步驟1中，植物是玉米芯，動物糞便是牛糞。
進一步的，如上所述的一種硫酸鹽還原菌的複合有機碳源的製備方法，步驟1中，玉米芯的粒度為1-3cm，玉米芯和牛糞按照乾重比為(8-10)：1混合。
進一步的，如上所述的一種硫酸鹽還原菌的複合有機碳源的製備方法，步驟1中，玉米芯和牛糞按照乾重比為10：1混合。
進一步的，如上所述的一種硫酸鹽還原菌的複合有機碳源的製備方法，步驟1中，發酵料液總固體的質量濃度為8.5％。
進一步的，如上所述的一種硫酸鹽還原菌的複合有機碳源的製備方法，步驟2中，酸性厭氧發酵罐中的優勢菌群為乙酸菌群。
進一步的，如上所述的一種硫酸鹽還原菌的複合有機碳源的製備方法，步驟2中，控制發酵溫度為30℃，發酵時間為15d。
進一步的，如上所述的一種硫酸鹽還原菌的複合有機碳源的製備方法，步驟3中，酸性厭氧發酵罐中的上清液投加量以混合後的cod與so42-的比值來控制，其控制值為1.5。
利用上述方法製備的有機碳源作為硫酸鹽還原菌的碳源處理酸法地浸採鈾地下水時有以下兩點優勢：
1、是硫酸鹽還原菌的優質碳源且不增加出水的cod
通過上述方法製備的有機碳源不但含有大量的糖類、小分子有機酸、碳水化合物，還含有氮、磷、鈣、鐵等微量元素，所以該有機碳源不但能夠為硫酸鹽還原菌提供穩定的能源物質和電子供體，同時也能夠提供對微生物的生長有重要影響的微量元素，是硫酸鹽還原菌的優質碳源。同時該有機碳源中的有機物能夠被硫酸鹽還原菌充分利用，利用該有機碳源處理酸法地浸採鈾地下水時，只要控制合適的c/s比，就不會增加出水的cod。
2、降低處理酸法地浸採鈾地下水的成本
本發明有機碳源製備的原料是玉米芯和牛糞，都具有取材方便、來源充足、成本低廉的特點，所以利用它們來製備有機碳源時，一方面將玉米芯和牛糞資源化利用能夠減輕環境汙染；同時可以為硫酸鹽還原菌提供廉價優質的碳源，大大降低處理酸法地浸採鈾地下水的成本。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明技術方案進行詳細說明。
本發明一種硫酸鹽還原菌的複合有機碳源的製備方法，包括以下步驟：
步驟1，發酵料液的製備：
將植物和動物糞便混合，保持發酵料液中固體的質量濃度為6％-10％；
在本實施例中，植物是容易發酵分解為小分子有機物的小麥秸稈、木屑、玉米芯中的一種或多種，動物糞便是含有n、p、k元素的牛糞、雞糞中的一種或多種。具體的，植物是玉米芯，動物糞便是牛糞；玉米芯的粒度為1-3cm，玉米芯和牛糞按照乾重比為10：1混合。
步驟2，酸性發酵：
將上述發酵料液置於酸性厭氧發酵罐中進行發酵，酸性厭氧發酵罐中的優勢菌群是兼性厭氧發酵菌群，具體的，酸性厭氧發酵罐中的優勢菌群為乙酸菌群。
控制發酵溫度為25-35℃，發酵時間為12-18d；具體的，控制發酵溫度為30℃，發酵時間為15d。
步驟3，碳源的添加：
將上述條件下產生的酸性厭氧發酵罐中的上清液取出作為處理酸法地浸採鈾地下水的硫酸鹽還原菌的碳源，投加量以混合後的cod與so42-的比值來控制，其控制範圍為1.5；
步驟4，酸性地下水的處理：
將上述添加了碳源的酸法地浸採鈾地下水在溫度為20℃、ph＝4條件下通過egsb生物反應器進行處理，保持進液速度為15ml·h-1。
具體實施例如下：
本試驗在381礦井場鑽取了兩個30m的取樣孔，將從兩個取樣孔中提取的礦層水1:1混合後作為試驗研究處理的酸性地下水。首先對酸性地下水進行了主要汙染物的組成及濃度分析，其分析結果見表一。
表一試驗研究的酸性地下水主要汙染物及濃度ρb/(mg﹒l-1)
由表一可見，381礦地浸採場地下水的ph、鈾、硫酸根以及重金屬鉛和錳的濃度偏高，需要通過處理降低其濃度，以滿足地下水質量標準ⅳ類水質標準。
該試驗通過硫酸鹽還原菌來處理381礦地浸採場酸性地下水中的硫酸根，利用本發明的製備方法製備的混合有機碳源作為碳源，具體步驟如下：
步驟1，發酵料液的製備：將玉米芯(粒度1-3cm)和牛糞按乾重比10：1混合後接入發酵接種物，保持發酵料液總固體濃度為8.5％；
步驟2，酸性發酵：將上述發酵料液置於酸性厭氧發酵罐中進行發酵，酸性厭氧發酵罐中的優勢菌群是乙酸菌群，控制發酵溫度為30℃，發酵時間為15d；
步驟3，碳源的添加：將上述條件組合下產生的酸性厭氧發酵罐上清液取出作為處理酸法地浸採鈾地下水的硫酸鹽還原菌的碳源，投加量為混合後處理液的cod與so42-的比值為1.5；
步驟4，酸性地下水的處理：將上述添加了混合有機碳源的處理液在溫度20℃、ph4條件下通過egsb生物反應器進行處理，保持進液速度為15ml·h-1，經過30天的運行，經處理的酸性地下水的出水水質各項指標都滿足地下水質量標準ⅳ類水質標準(見表二)。
表二處理後酸性地下水出水水質ρb/(mg﹒l-1)