基于硫酸盐还原菌液处理矿山废水的复合材料及制备方法

本发明涉及环保处理矿山废水，具体涉及基于硫酸盐还原菌液处理矿山废水的复合材料及制备方法。

背景技术：

1、近年来，由于煤炭资源枯竭、资源整合以及淘汰落后产能等因素，大量煤矿已经或濒临关闭。但随着矿井水排放停止，地下水位快速提升，水资源的动力平衡条件被打破，地下水各含水层与矿井间水资源的相互供给以及矿井下岩石的位移发生变化，矿井水携带井下污染物通过采动裂隙、断层、封闭不良钻孔等通道造成地下水串层污染，造成矿井周围地下水的污染程度和污染范围大大增大，水质恶化现象加重，对生态环境破坏性极大。而废弃煤矿缺乏基本的运营维护条件和运营成本，寻求一种高效环保、低成本的处理方法，经济、稳定地修复闭坑煤矿地下水污染，成为亟待解决的问题。

2、针对成分复杂的高浓度矿山废水，单纯的物化材料很难同时实现多组分的高效去除，且多种物化材料的复合造成施工维护难度大，也无法保证材料的长效性。与物化材料相比，微生物具有高效、安全、廉价等优势，其中，基于自然界中的硫循环反应原理的硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria，简称srb)能异化还原硫酸盐产生s2-，原位形成稳定的硫化态重金属沉淀，可同步去除硫酸盐和重金属，在矿区废水污染的防控中备受关注。

3、现有技术中，专利cn111517477a公开了一种处理离子型稀土矿山废水的硫酸盐还原菌包埋颗粒、制备方法，该包埋颗粒为多层结构，由内至外依次为硫酸盐还原菌挂膜生物炭层、复合水解酶缓释碳源层、吸附层和交联层构成；硫酸盐还原菌挂膜生物炭层包括硫酸盐还原菌和生物炭；复合水解酶缓释碳源层包括缓释碳源、沸石和水解酶菌；吸附层包括海藻酸钠、聚乙烯醇及硅藻土；交联层包括硼酸、cacl2和na2so4。生物炭为纳米零价铁生物炭；缓释碳源为碱改性的缓释碳源，具体包括玉米、甘蔗渣或稻草的一种或多种。

4、专利cn110697907a公开了一种固定化复合菌群材料及其制备方法，利用固定化微生物技术将厌氧氨氧化颗粒污泥、反硝化颗粒污泥和好氧硝化颗粒污泥包裹于固定化复合菌群材料中。将保活干燥和过筛处理后的厌氧氨氧化颗粒污泥作为内核，选取聚乙烯醇、海藻酸钠作为外层的包埋剂，将反硝化颗粒污泥和好氧硝化颗粒污泥包裹于外层，利用玉米为外层反硝化颗粒污泥提供碳源，玉米碳源具体经碱浸泡、水洗、烘干、研磨、过筛步骤制得。

5、但是在上述技术方案中，对碳源均选用的是常见的玉米或稻草，处理制备碳源的方法也是常规的碱浸泡、水洗、烘干、研磨、过筛，这样处理后的碳源，无法实现对矿山废水进行处理时的快速启动以及高效持续处理。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出基于硫酸盐还原菌液处理矿山废水的复合材料及制备方法，以解决现有技术中无法实现对矿山废水进行处理时的快速启动以及持续处理的技术问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，提供了一种基于硫酸盐还原菌液处理矿山废水的复合材料制备方法，其特征在于，包括：

4、制备生物炭；

5、在生物炭上负载纳米铁，得到生物炭负载纳米零价铁材料；

6、制备羧甲基纤维素钠和海藻酸钠的混合溶液；

7、在混合溶液中加入生物炭负载纳米零价铁材料、乳酸钠和srb菌液，搅拌均匀，得到混合物；

8、将混合物滴入cacl2溶液中交联，得到srb颗粒。

9、进一步的，生物炭为紫茎泽兰生物炭。

10、进一步的，以紫茎泽兰生物炭结合乳酸钠作为碳源，碳源和srb菌液的质量比为2.5:10～7:10。

11、进一步的，紫茎泽兰生物炭的制备方法包括：将经水漂洗去除杂物后晒干，将晒干后的紫茎泽兰粉碎制备成紫茎泽兰渣；将紫茎泽兰渣加热至热裂解终点温度后自然冷却；取出用盐酸泡洗，用超纯水冲洗生物炭至无氯离子，用烘箱烘干并过筛，得到紫茎泽兰生物炭。

12、进一步的，在生物炭上负载纳米铁，铁炭比为1:3～3:1。

13、进一步的，在生物炭上负载纳米铁，方法包括：令制备环境为缺氧条件，称取feso4·7h2o溶于水醇体系中，置于烧瓶中搅拌，溶解后加入紫茎泽兰生物炭搅拌；将nabh4溶于去超纯水，用蠕动泵加入烧瓶中将fe2+还原为fe0，将反应制得的紫茎泽兰生物炭负载纳米铁材料经无水乙醇冲洗一次，去超纯水多次冲洗。

14、进一步的，羧甲基纤维素钠和海藻酸钠的混合溶液中，羧甲基纤维素钠质量分数为0.5％、海藻酸钠质量分数为2％；加入混合溶液的紫茎泽兰生物炭负载纳米零价铁材料质量分数为0.5～2％，乳酸钠质量分数为2～5％，srb菌液接种量为10％，cacl2溶液的质量分数为2％。

15、第二方面，提供了一种基于硫酸盐还原菌液处理矿山废水的复合材料，复合材料使用第一方面中任一项所述方法制备得到。

16、由上述第一、第二方面的技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：

17、1.将紫茎泽兰热裂解得到的生物炭用于废水中污染物的去除，为紫茎泽兰资源化利用、“变害为宝”提供新的思路。

18、2.使用紫茎泽兰生物炭结合乳酸钠作为碳源，可对矿山废水进行处理；处理废水时启动速度快，在较短时间内即可取得较好的效果。

19、第三方面，提供了另一种基于硫酸盐还原菌液处理矿山废水的复合材料制备方法，包括：

20、制备生物炭；

21、在生物炭上负载纳米铁，得到生物炭负载纳米零价铁材料；

22、制备羧甲基纤维素钠和海藻酸钠的混合溶液；

23、在混合溶液中加入生物炭负载纳米零价铁材料、乳酸钠和srb菌液，搅拌均匀，得到混合物；

24、将混合物滴入cacl2溶液中交联，得到srb颗粒；

25、制备生物硫铁包覆颗粒；

26、将srb颗粒与生物硫铁包覆颗粒按质量比1:2～1:3均匀混合。

27、进一步的，制备生物硫铁包覆颗粒，包括：

28、将火山石颗粒研磨并过筛，取过筛后的火山石装入含铁液体培养基中，接种srb菌液，摇匀后静置厌氧培养；离心分离去掉上清液，用去离子水清洗一次，得到生物硫铁包覆颗粒。

29、第四方面，提供了另一种基于硫酸盐还原菌液处理矿山废水的复合材料，复合材料使用第三方面中任一项所述方法制备得到。

30、由上述第三、第四方面的技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：

31、3.将硫酸盐还原菌液与生物硫铁相结合，能明显提高反应介质的反应活性，实现对矿山废水的长时间高效持续处理。

技术特征：

1.一种基于硫酸盐还原菌液处理矿山废水的复合材料制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的复合材料制备方法，其特征在于，所述生物炭为紫茎泽兰生物炭。

3.根据权利要求2所述的复合材料制备方法，其特征在于，以紫茎泽兰生物炭结合乳酸钠作为碳源，所述碳源和所述srb菌液的质量比为2.5:10～7:10。

4.根据权利要求2所述的复合材料制备方法，其特征在于，所述紫茎泽兰生物炭的制备方法包括：

5.根据权利要求1所述的复合材料制备方法，其特征在于，在生物炭上负载纳米铁，铁炭比为1:3～3:1。

6.根据权利要求5所述的复合材料制备方法，其特征在于，在生物炭上负载纳米铁，方法包括：

7.根据权利要求2所述的复合材料制备方法，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠和海藻酸钠的混合溶液中，羧甲基纤维素钠质量分数为0.5％、海藻酸钠质量分数为2％；加入混合溶液的紫茎泽兰生物炭负载纳米零价铁材料质量分数为0.5～2％，乳酸钠质量分数为2～5％，srb菌液接种量为10％，cacl2溶液的质量分数为2％。

8.一种基于硫酸盐还原菌液处理矿山废水的复合材料，其特征在于，所述复合材料使用权利要求1-7中任一项所述方法制备得到。

9.一种基于硫酸盐还原菌液处理矿山废水的复合材料制备方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的复合材料制备方法，其特征在于，制备生物硫铁包覆颗粒，包括：

11.一种基于硫酸盐还原菌液处理矿山废水的复合材料，其特征在于，所述复合材料使用权利要求9或10所述方法制备得到。

技术总结
本发明提供一种基于硫酸盐还原菌液处理矿山废水的复合材料，其制备方法包括：制备紫茎泽兰生物炭；在生物炭上负载纳米铁；制备羧甲基纤维素钠和海藻酸钠混合溶液；在混合溶液中加入生物炭负载纳米零价铁材料、乳酸钠和SRB菌液，搅拌均匀得到混合物；将混合物滴入CaCl<subgt;2</subgt;溶液中交联，得到SRB颗粒；制备生物硫铁包覆颗粒；将SRB颗粒与生物硫铁包覆颗粒均匀混合。本发明使用紫茎泽兰生物炭结合乳酸钠作为碳源，可用于可渗透性反应墙技术中对矿山废水进行处理；处理废水时启动速度快，在较短时间内即可取得较好的效果；将SRB菌液与生物硫铁相结合，能明显提高反应介质的反应活性，改善其渗透性下降的问题，实现对矿山废水的持续处理。

技术研发人员：陈成,李波,樊笑,伍勇,陈存,杜琳,袁子旺,李雪梅
受保护的技术使用者：成都师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12