CN112390376A - 废水处理组合物和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种废水处理组合物和应用，所述废水处理组合物按重量百分比计包括如下组分：用于将废水的pH调节至6‑8的碱性载体，30‑50％；反硝化菌，5‑25％；硫酸盐还原菌，15‑40％；芽孢杆菌5‑10％。该废水处理组合物通过碱性载体调节废水的pH值，并通过与其它微生物协同作用，能够有效的处理废水中的铀及其它金属离子的同时，而且还能够降解有机物，从而提高废水的净化效果。

Description

废水处理组合物和应用
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种废水处理组合物和应用。
背景技术
铀是核工业中非常重要的原料，通常需要从铀矿中提炼出铀元素。而在提炼的过程中，通常会产生酸性的含铀废水，由于废水中含有铀及其它重金属离子、有机物等污染物，当废水流入水体系中，不仅会污染农作物，而且铀和其他重金属离子会在水藻和鱼等水生生物中富集，进而通过食物链传递至人体内，从而严重损害人体健康。
中国专利申请号为CN201810075192.0、发明名称为《一种低浓度含铀废水中铀的治理/回收方法》中记载，通过微生物菌种和表面活性剂制备趋电性微生物制剂用于低浓度含铀废水处理，其中，趋电微生物制剂采用聚磷类赖氏菌，从铀尾矿库周边土壤中筛选、纯化得出土著赖氏菌种，将培养至对数生长期的土著赖氏菌接种到发酵罐中，加入烷基磷酸酯盐型阴离子表面活性剂，并调节阴离子表面活性剂的含量为8％-10％，得到趋电性微生物制剂；将制得的微生物菌剂与低浓度含铀废水混合、搅拌均匀，并给废水施加电场，在微生物菌剂和电场的共同作用下，通过吸附反应完成对铀的处理、回收。
然而，上述趋电性微生物制剂对于高浓度含铀废水的处理效率较低，并对废水中的其它污染物处理效果不佳，从而限制其进一步应用。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的就是提供一种废水处理组合物和应用，通过研究组分的选择及各组分间的合理配置，使废水组合物在有效的处理废水中的铀及其它金属离子的同时，还能够降解有机物，从而提高废水的净化效果。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的第一个方面提供了一种废水处理组合物，按重量百分比计，包括如下组分：
用于将废水的pH调节至6-8的碱性载体，30-50％；
反硝化菌，5-25％；
硫酸盐还原菌，15-40％；
芽孢杆菌5-10％。
作为一种可选的实施方案，按重量百分比计，包括如下组分：
碱性载体，35-45％；
反硝化菌，10-25％；
硫酸盐还原菌，20-35％；
芽孢杆菌，6-9％。
作为一种可选的实施方案，所述碱性载体包括无机碳酸盐。
作为一种可选的实施方案，所述无机碳酸盐选自碳酸镁和碳酸钙中的一种或两种组合。
作为一种可选的实施方案，所述硫酸盐还原菌选自脱硫弧菌、脱硫肠状菌、脱硫单胞菌、热脱硫杆菌、脱硫叶菌、脱硫菌、脱硫球菌、脱硫线菌、脱硫八叠球菌和脱硫杆菌中的至少一种。
作为一种可选的实施方案，所述硫酸盐还原菌选自脱硫弧菌，且所述脱硫弧菌的活菌数为1012-1013个。
作为一种可选的实施方案，所述芽孢杆菌选自枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和短小芽孢杆菌中的至少一种。
作为一种可选的实施方案，所述芽孢杆菌选自枯草芽孢杆菌，且所述枯草芽孢杆菌的活菌数为1010-1011个。
本发明的第二个方面提供了一种废水处理方法，使废水与上述任一实施方案中所述的组合物接触。
作为一种可选的实施方案，所述废水是铀矿冶废水。
本发明提供的实施方案，至少具有如下优势：
1)本发明提供的废水组合物，通过优化废水组合物中组分的选择及各组分之间的合理配置来提高废水的净化效果；其中，碱性载体合理调节废水中的pH至6-8，有利于促进硫酸盐还原菌处理铀及其它金属离子和有机物，并且反硝化细菌的加入可以进一步利于铀的沉淀；芽孢杆菌的加入也可以进一步降解废水中的有机物。
2)本发明提供的废水处理方法，由于采用了上述废水组合物，因此，该废水处理方法可以高效的处理废水中的铀及其它金属离子和有机物。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明提供的废水处理组合物和应用所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。
具体实施方式
如下对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下提供了对本文中使用的一些术语的定义。除非另作限定，本文中使用的所有科技术语具有与本公开所属领域的技术人员通常所理解的相同的含义。
本文中使用的“异化还原”指的是作为电子传递链中末端电子受体的物质的还原。异化还原与同化还原不同，后者涉及到摄取营养物过程中的物质的还原。
本文中使用的“硫酸盐”指的是硫酸的可溶性盐，包含SO4 2-的多价阴离子。
本文中使用的“硫酸盐还原菌”和“SRB”指的是在将硫酸盐还原为硫化物，尤其是该硫化物为硫化氢时，由有机化合物或分子氢的氧化而获得能量的细菌和古细菌。
本文中使用的“COD”表示化学需氧量，即，酸性条件下重铬酸钾氧化1L污水中有机物所需的氧量，可大致表示污水中的有机物量。
本发明首先提供了一种废水处理组合物，按重量百分比计，包括如下组分：
用于将废水的pH调节至6-8的碱性载体，30-50％；
反硝化菌，5-25％；
硫酸盐还原菌，15-40％；
芽孢杆菌5-10％。
本发明提供的废水处理组合物，通过碱性载体、反硝化菌、硫酸盐还原菌及芽孢杆菌的合理配置，使各组分协同作用，使得到的废水组合物对废水中的铀及其它金属离子和有机物具有较好的处理效果，尤其是高浓度的含铀废水。
在本发明提供的实施方案中，发明人发现：酸性条件下，废水中的铀不易沉淀，当废水处于近似中性条件下时，有利于废水中铀的沉淀，进而可以将其去除。因此，本发明的废水组合物中，通过碱性载体来调节废水的pH值营造利于铀沉淀的环境。进一步，发明人还发现：当废水中存在微量的硝酸根(NO3 -)时，可以终止和逆转铀的沉淀过程，因而，在本发明的废水组合物中，反硝化菌的加入可以将硝酸根还原产生氨气和游离的氮以消除硝酸根对铀沉淀的影响，进而进一步利于去除废水中的铀。当废水的pH近似中性时，硫酸盐还原菌(SRB)可以将废水中的硫酸根异化还原成硫化氢，该硫化氢与重金属离子反应形成硫化物沉淀，最后将硫化物沉淀去除，从而提高废水净化效果。而芽孢杆菌可以将废水中的有机物降解形成二氧化碳和水。
在本发明的一些可选实施方案中，为了进一步提高废水的净化效果，废水处理组合物按重量百分比计包括如下组分：
碱性载体，35-45％；
反硝化菌，10-25％；
硫酸盐还原菌，20-35％；
芽孢杆菌，6-9％。
在本发明提供的废水处理组合物中，对于碱性载体并没有特殊限制，只要能够起到调节废水中pH和适合微生物生长即可。
在本发明的一些可选实施方案中，碱性载体包括无机碳酸盐。在另一些可选的实施方案中，碱性载体还可以包括陶土、硅镁土、硅藻土、蒙脱石或硅酸盐。
进一步的，上述无机碳酸盐可以选择碱土金属碳酸盐，例如碳酸镁、碳酸钙。此外，无机碳酸盐还可以选择碱金属碳酸盐，例如碳酸钠、碳酸钾。
在本发明提供的废水处理组合物中，硫酸盐还原菌(SRB)可以用于处理被酸性矿水污染的地下水和地表水，并从污染的水中回收金属。SRB将废水中的硫酸根异化还原成硫化氢(H2S)，如公式(1)所示，H2S进一步与金属离子形成硫化物沉淀，如公式(2)所示。
8H2+2SO4 2-→H2S+HS-+5H2O+3OH- (1)
H2S+M→MS(s)+2H+ (2)
其中，公式(2)中的M代表金属离子。
在本发明的一些可选实施方案，硫酸盐还原菌(SRB)选自脱硫弧菌、脱硫肠状菌、脱硫单胞菌、热脱硫杆菌、脱硫叶菌、脱硫菌、脱硫球菌、脱硫线菌、脱硫八叠球菌和脱硫杆菌中的至少一种。
进一步的，硫酸盐还原菌(SRB)选自脱硫弧菌。在本发明提供的废水处理组合物中，上述脱硫弧菌是从某铀尾矿库附近的废水中分离出来的，且脱硫弧菌的活菌数为1012-1013个。
在本发明提供的废水处理组合物中，芽孢杆菌可以将废水中的有机物(例如烃类有机物)降解形成二氧化碳和水。
在本发明的一些可选实施方案中，芽孢杆菌选自枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和短小芽孢杆菌中的至少一种。为了获得上述芽孢杆菌，可以通过本领域技术人员所熟知的任何发酵方法来获得。例如，通过需氧发酵得到每一种芽孢杆菌生物体，干燥所得到的芽孢杆菌生物体，并将其进行研磨形成粉末。
在本发明的一些具体实施方案中，芽孢杆菌选自枯草芽孢杆菌，且枯草芽孢杆菌的活菌数为1010-1011个。
基于上述废水处理组合物，本发明进一步提供了一种废水处理方法，该废水处理方法通过使废水与上述任一实施方案中所述的组合物接触来实现废水的净化。
在本发明提供的一些可选实施方案，上述废水可以选择铀矿冶废水或根据现有技术中公开废水中所含有的成分进行自行配制。
如无特别说明，以下实施例和对照例中所用化学材料及仪器，均为常规化学材料及常规仪器，均可商购获得。
实施例1
本实施例提供了一种废水处理组合物，该废水处理组合物按重量百分比计包括如下组分：
碳酸钙，40％；
反硝化菌，20％；
脱硫弧菌，35％，其活菌数为1012个；
枯草芽孢杆菌，5％，其活菌数为1010个；
本实施例的废水处理组合物的制备方法包括如下步骤：
将碳酸钙、反硝化菌、脱硫弧菌和枯草芽孢杆菌按照上述比例混合，得到本实施例的废水处理组合物。
实施例2
本实施例提供了一种废水处理组合物，该废水处理组合物按重量百分比计包括如下组分：
碳酸钙，50％；
反硝化菌，10％；
脱硫弧菌，30％，其活菌数为1012个；
枯草芽孢杆菌，10％，其活菌数为1010个；
本实施例的废水处理组合物的制备方法包括如下步骤：
将碳酸钙、反硝化菌、脱硫弧菌和枯草芽孢杆菌按照上述比例混合，得到本实施例的废水处理组合物。
实施例3
本实施例提供了一种废水处理组合物，该废水处理组合物按重量百分比计包括如下组分：
碳酸镁，30％；
反硝化菌，20％；
脱硫弧菌，40％，其活菌数为1013个；
枯草芽孢杆菌，10％，其活菌数为1011个；
本实施例的废水处理组合物的制备方法包括如下步骤：
将碳酸镁、反硝化菌、脱硫弧菌和枯草芽孢杆菌按照上述比例混合，得到本实施例的废水处理组合物。
实施例4
本实施例提供了一种废水处理组合物，该废水处理组合物按重量百分比计包括如下组分：
碳酸镁，35％；
反硝化菌，25％；
脱硫弧菌，35％，其活菌数为1013个；
枯草芽孢杆菌，5％，其活菌数为1011个；
本实施例的废水处理组合物的制备方法包括如下步骤：
将碳酸镁、反硝化菌、脱硫弧菌和枯草芽孢杆菌按照上述比例混合，得到本实施例的废水处理组合物。
实施例5
本实施例提供了一种废水处理组合物，该废水处理组合物按重量百分比计包括如下组分：
碳酸镁，45％；
反硝化菌，15％；
脱硫弧菌，32％，其活菌数为1012个；
枯草芽孢杆菌，8％，其活菌数为1011个；
本实施例的废水处理组合物的制备方法包括如下步骤：
将碳酸镁、反硝化菌、脱硫弧菌和枯草芽孢杆菌按照上述比例混合，得到本实施例的废水处理组合物。
实施例6
本实施例提供了一种废水处理组合物，该废水处理组合物按重量百分比计包括如下组分：
陶土，50％；
反硝化菌，25％；
脱硫弧菌，15％，其活菌数为1013个；
枯草芽孢杆菌，10％，其活菌数为1011个；
本实施例的废水处理组合物的制备方法包括如下步骤：
将陶土、反硝化菌、脱硫弧菌和枯草芽孢杆菌按照上述比例混合，得到本实施例的废水处理组合物。
实施例7
本实施例提供了一种废水处理组合物，该废水处理组合物按重量百分比计包括如下组分：
硅藻土，45％；
反硝化菌，20％；
脱硫弧菌，30％，其活菌数为1013个；
枯草芽孢杆菌，5％，其活菌数为1010个；
本实施例的废水处理组合物的制备方法包括如下步骤：
将硅藻土、反硝化菌、脱硫弧菌和枯草芽孢杆菌按照上述比例混合，得到本实施例的废水处理组合物。
对照例1
本对照例提供了一种废水处理组合物，该废水处理组合物按照重量百分比计包括如下组分：
活性炭，40％；
反硝化菌，20％；
脱硫弧菌，35％，其活菌数为1012个；
枯草芽孢杆菌，5％，其活菌数为1010个；
本对照例的废水处理组合物的制备方法包括如下步骤：
将活性炭、反硝化菌、脱硫弧菌和枯草芽孢杆菌按照上述比例混合，得到本对照例的废水处理组合物。
对照例2
本对照例提供了一种废水处理组合物，该废水处理组合物按照重量百分比计包括如下组分：
碳酸钙，45％；
反硝化菌，20％；
脱硫弧菌，35％，其活菌数为1012个；
本对照例的废水处理组合物的制备方法包括如下步骤：
将碳酸钙、反硝化菌和脱硫弧菌按照上述比例混合，得到本对照例的废水处理组合物。
对照例3
本对照例提供了一种废水处理组合物，该废水处理组合物按照重量百分比计包括如下组分：
碳酸钙，50％；
脱硫弧菌，40％，其活菌数为1012个；
枯草芽孢杆菌，10％，其活菌数为1010个；
本对照例的废水处理组合物的制备方法包括如下步骤：
将碳酸钙、脱硫弧菌和枯草芽孢杆菌按照上述比例混合，得到本对照例的废水处理组合物。
试验例1-10：上述实施例和对照例中的废水处理组合物对废水处理效果的影响
去除率＝(C0-C)/C0×100％；
其中，C0表示水溶液中某物质的初始浓度；
C表示水溶液中某物质的剩余浓度。
试验方法如下：
将实施例1-7和对照例1-3中所制备得到的150g废水组合物分别投入到100L废水中，其中，U(VI)的浓度为15mg/L左右，SO4 2-的浓度为10mg/L左右，NO3 -的浓度为12mg/L左右，Zn2+的浓度为6mg/L左右，Cu2+的浓度为6mg/L左右，总COD为1500mg/L左右；待反应1个月后取1mL的水样，分析水溶液中重金属离子、含氧酸根和COD的浓度。
试验例1使用实施例1制备得到的废水处理组合物。
试验例2使用实施例2制备得到的废水处理组合物。
试验例3使用实施例3制备得到的废水处理组合物。
试验例4使用实施例4制备得到的废水处理组合物。
试验例5使用实施例5制备得到的废水处理组合物。
试验例6使用实施例6制备得到的废水处理组合物。
试验例7使用实施例7制备得到的废水处理组合物。
试验例8使用对照例1制备得到的废水处理组合物。
试验例9使用对照例2制备得到的废水处理组合物。
试验例10使用对照例3制备得到的废水处理组合物。
通过试验例1、2、3、4、5、6、7、8、9和10来测定水样中U(VI)及其它重金属离子(例如Zn2+、Cu2+等)、硫酸根、硝酸根和COD的浓度，如表1所示。
表1
U(VI)去除率 SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>去除率 NO<sub>3</sub><sup>-</sup>去除率 Zn<sup>2+</sup>去除率 Cu<sup>2+</sup>去除率 COD去除率
试验例1 91.8 91.5 89.8 91.2 91.3 92.1
试验例2 91.1 91.3 88.6 91.1 91.2 93.6
试验例3 92.5 92.4 90.3 91.3 91.5 93.5
试验例4 91.5 91.5 90.5 91.1 91.2 91.8
试验例5 91.4 90.6 90.5 90.6 90.2 92.2
试验例6 90.7 90.1 88.5 89.6 89.5 89.6
试验例7 90.6 90.1 90.1 90.3 89.1 90.7
试验例8 65.8 65.5 76.8 66.4 73.6 65.1
试验例9 80.8 80.5 79.8 79.4 79.6 20.5
试验例10 68.2 80.1 20.1 80.2 80.1 68.4
另注：表1中的VI表示化合价为六价。
如表1所示，将实施例1与对照例1、2、3的试验结果进行对比可知，本发明废水处理组合物中的各组分协同作用，明显能够提高废水中的铀及其它金属离子和有机物的去除率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种废水处理组合物，其特征在于，按重量百分比计，包括如下组分：
用于将废水的pH调节至6-8的碱性载体，30-50％；
反硝化菌，5-25％；
硫酸盐还原菌，15-40％；
芽孢杆菌5-10％。
2.根据权利要求1所述的废水处理组合物，其特征在于，按重量百分比计，包括如下组分：
碱性载体，35-45％；
反硝化菌，10-25％；
硫酸盐还原菌，20-35％；
芽孢杆菌，6-9％。
3.根据权利要求1或2所述的废水处理组合物，其特征在于，所述碱性载体包括无机碳酸盐。
4.根据权利要求3所述的废水处理组合物，其特征在于，所述无机碳酸盐选自碳酸镁和碳酸钙中的一种或两种组合。
5.根据权利要求1所述的废水处理组合物，其特征在于，所述硫酸盐还原菌选自脱硫弧菌、脱硫肠状菌、脱硫单胞菌、热脱硫杆菌、脱硫叶菌、脱硫菌、脱硫球菌、脱硫线菌、脱硫八叠球菌和脱硫杆菌中的至少一种。
6.根据要求1所述的废水处理组合物，其特征在于，所述硫酸盐还原菌选自脱硫弧菌，且所述脱硫弧菌的活菌数为1012-1013个。
7.根据权利要求1所述的废水处理组合物，其特征在于，所述芽孢杆菌选自枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和短小芽孢杆菌中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的废水处理组合物，其特征在于，所述芽孢杆菌选自枯草芽孢杆菌，且所述枯草芽孢杆菌的活菌数为1010-1011个。
9.废水处理方法，其特征在于，使废水与权利要求1-8任一项所述的废水处理组合物接触。
10.根据权利要求9所述的废水处理方法，其特征在于，所述废水是铀矿冶废水。
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