一种用于处理含苯胺黑药污染废水的驯化污泥的制备方法

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种用于处理含苯胺黑药污染废水的驯化污泥的制备方法。

背景技术：

1、选矿废水是矿山环境污染的重要来源之一，通常含有残留浮选药剂、重金属离子以及矿物颗粒等多类污染物，具有成分复杂、毒性叠加、处理难度大等特点。在铅锌矿等有色金属选矿过程中，选矿药剂种类繁多，已广泛应用的药剂超过 47 种，其中黄药类、黑药类及乙硫氮类药剂是典型的有机浮选药剂。已有专利指出，有机选矿药剂全球年使用总量可达数百万吨，且在生产过程中约有 70%～90% 吸附于尾矿颗粒表面或残留于废水中，随尾矿和选矿废水一并进入尾矿库，形成持续性的有机污染源（cn120399966 a）；与此同时，尾矿在长期自然氧化、雨水淋浸及微生物作用下，还可释放 pb、cd、as、zn 等伴生重金属离子，形成有机污染与重金属污染并存的复合污染体系。

2、苯胺黑药作为一类典型的黑药类捕收剂，在浮选过程中应用广泛，但并不能被完全消耗，残留苯胺黑药常随选矿废水外排进入尾矿库或天然水体。已有专利公开指出，苯胺黑药具有苯胺和二硫代磷酸基团，在环境中可进一步分解为苯胺和二硫代磷酸盐等中间产物（cn1159207 b），而这些分解产物具有更高毒性，可能进一步危害水体生态环境和人体健康。

3、目前，针对选矿药剂污染废水的处理技术主要包括物理吸附、化学氧化和生物法等。已有技术中，一类是针对黄药或黄原酸盐开展的处理工艺，如黄原酸盐-重金属复合污染的交叉喂养菌剂技术，强调在一个反应器中实现黄原酸盐降解与重金属固定；另一类是针对苯胺黑药开展的特定菌株降解技术，如 burkholderia sp. wx-6 及其生物炭固定化菌剂在含苯胺黑药废水中的应用；还有一类是以净水污泥驯化处理丁基黄药和砷复合污染废水的方法。这些技术分别证明了黄药、苯胺黑药及部分复合污染体系可通过微生物途径进行处理。然而，现有技术仍存在以下不足：其一，较多研究和专利仍聚焦于单一污染物、单一菌株或单一耦合工艺，对真实选矿废水中“多药剂共存—重金属共存—矿物颗粒共存”的复杂情景考虑不足；其二，针对苯胺黑药的现有公开技术更多依赖已筛选纯菌株及其固定化载体，而直接利用尾矿原著微生物群落和净水污泥菌群进行降解的技术方案公开较少；其三，已有净水污泥和黄药-重金属处理技术的对象主要集中在丁基黄药、黄原酸盐与砷或其他重金属，对以苯胺黑药为特征污染物、同时纳入黄药和乙硫氮共存场景的研究和公开仍较少。

4、综上所述，亟需提供一种以苯胺黑药为特征污染物、直接利用尾矿原著微生物群落和净水污泥菌群、并能够适用于多药剂复合污染、有机-重金属复合污染条件的选矿废水复合污染生物降解方法，以提高该类技术对真实选矿废水场景的适用性和工程参考价值。

技术实现思路

1、针对选矿药剂污染废水的研究多集中于黄药类药剂、单一污染物或特定功能菌株处理，而对含苯胺黑药选矿废水的生物降解研究相对不足。本发明通过构建尾矿污泥土著微生物体系和净水污泥体系，利用两类混合微生物对含苯胺黑药选矿废水进行处理，并进一步考察该方法在单一苯胺黑药污染、高浓度苯胺黑药污染、多药剂复合污染以及苯胺黑药-重金属复合污染条件下的降解表现，从而为含苯胺黑药选矿废水的生物处理提供一种适用性较强、应用场景更接近实际矿山废水的技术方案。该方法的污染物浓度适应范围广，操作方便，成本较低且无二次污染，在实际应用中优势明显，解决真实选矿废水复合污染情景的问题。

2、本发明的目的采用以下技术方案来实现：

3、一种用于处理含苯胺黑药污染废水的驯化污泥的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、样品采集：采集铅锌尾矿污泥样品或净水污泥样品，冷藏运输，并储藏备用，得到初始污泥；

5、s2、培养液配制：配制用于微生物驯化的无机盐培养液；

6、s3、初始体系构建：将初始污泥分别加入上述无机盐培养液中，调节体系ph，控制初始污泥浓度，得到初始反应体系；

7、s4、定向驯化：向初始反应体系中加入苯胺黑药作为碳源，搅拌均匀后，避光培养，完成驯化后，得到驯化尾矿污泥或驯化净水污泥。

8、优选地，所述s1中，铅锌尾矿污泥取材地址为广东省韶关市仁化县；净水污泥的取材地址为广东省广州市净水有限公司沥滘分公司。

9、优选地，所述s1中，尾矿污泥样品采用梅花点采样法定点取样，采集尾矿库附近土壤的表层（0-20cm）、中层（20-40cm）及深层（40-60cm）泥土于无菌采样袋中；净水污泥样品采用经高压蒸汽灭菌处理的采样器，在曝气池末端液面下0.5m处采集新鲜净水污泥混合液，立即密封于无菌采样瓶中。

10、优选地，所述s1中，铅锌尾矿污泥样品中，初始的微生物群落包括：pseudomonadota（假单胞菌门），占比75.77%；bacillota（芽孢杆菌门），占比9.41%；actinomycetota（放线菌门），占比1.22%；deinococcota（异常球菌门）2.84% ，nitrospirota（硝化螺旋菌门），占比3.54%；dependentiae（依存菌门）1.01%。

11、优选地，所述s1中，净水污泥样品中，初始的微生物群落包括： pseudomonadota（假单胞菌门）25.89%，patescibacteria（帕氏菌门）29.58%，planctomycetota（浮游菌门）10.11%，chloroflexota（绿弯菌门）9.04%，bacteroidota（拟杆菌门）8.67%，nitrospirota（硝化螺旋菌门）3.30%。

12、优选地，所述s2中，无机盐培养液的成分及浓度为：氯化钙0.2460g/l、氯化镁1.0572g/l、氯化钠0.4459g/l、磷酸氢二钾0.0028g/l、氯化钾0.0283g/l、碳酸氢钠0.8082g/l、氯化铵0.0244g/l。

13、优选地，所述s3中，调节体系ph至7±0.2，控制初始污泥浓度为500g/l，体系ph值采用1mol/l的磷酸氢二钾溶液和1mol/l的磷酸二氢钾溶液进行调节。

14、优选地，所述s4中，苯胺黑药加入后的初始浓度为0.1-1.0g/l，可根据驯化进度逐步提高浓度，以增强菌群对高浓度苯胺黑药的耐受性。

15、优选地，所述s4中，培养条件为：避光条件下25℃、160r/min振荡培养7-10d；转接时取5-10%体积的驯化污泥悬液接入新鲜无机盐培养液中，维持相同苯胺黑药浓度或逐步提升浓度，连续转接3代以上，直至苯胺黑药降解率连续两代差异小于5%。

16、优选地，所述s4中，驯化尾矿污泥的微生物群落包括：pseudomonadota（假单胞菌门）84.73%，bacillota（芽孢杆菌门）1.04%，myxococcota（黏球菌门）8.49%，actinomycetota（放线菌门）3.27%。

17、优选地，所述s4中，驯化净水污泥的微生物群落包括：pseudomonadota（假单胞菌门）占比 48.57%，planctomycetota（浮游菌门）占比 10.56%，chloroflexota（绿弯菌门）占比 10.14%，bacteroidota（拟杆菌门）占比 12.97%，acidobacteriota（酸杆菌门）占比5.15%。

18、第二方面，本发明提供一种用于处理含苯胺黑药污染废水的驯化尾矿污泥和驯化净水污泥，采用上述制备方法制备得到。

19、第三方面，本发明提供一种用于处理含苯胺黑药污染废水的驯化尾矿污泥和驯化净水污泥在复合污染废水处理中的应用。

20、优选地，所述复合污染废水中苯胺黑药的浓度为400-800mg/l；所述复合污染废水还含有丁基黄药和/或乙硫氮，其中丁基黄药浓度为100-200mg/l，乙硫氮浓度为200-300mg/l。

21、优选地，所述复合污染废水含有pb2+、zn2+、cu2+、cd2+中的一种或多种，单一重金属离子浓度为20-100mg/l，复合重金属离子总浓度为80mg/l。

22、本发明的有益效果为：

23、1、本发明首次直接利用铅锌尾矿库土壤中的土著微生物群落与城市污水处理厂净水污泥菌群，构建了原位适配结合外源强化的技术方案。尾矿土著微生物长期适应矿山高重金属、高有机污染环境，具有天然的耐受性和适应性；城市污水处理厂净水污泥菌群物种丰富、代谢能力强，能够快速降解有机污染物；两者结合既解决了纯菌株适应性差的问题，又避免了外源微生物引入带来的生态风险，大幅降低了工程应用成本。

24、2、经定向驯化后，净水污泥体系在168h内对400mg/l、500mg/l、600mg/l高浓度苯胺黑药的去除率分别达到88.28%、90.41%、93.54%，对应toc去除率分别为92.2%、90%、94.9%；尾矿污泥体系对400mg/l、600mg/l、800mg/l高浓度苯胺黑药的去除率分别达到57.3%、58.6%、60.7%，对应toc去除率分别为48.2%、59.1%、63.5%。两种体系均能有效处理高浓度苯胺黑药废水，相较于多数纯菌株降解技术适用的100~200mg/l浓度范围，本方法适用浓度显著提升。

25、3、本发明解决了现有技术难以同时处理多种选矿药剂复合污染的问题。本发明的菌群体系能够同时降解苯胺黑药、丁基黄药和乙硫氮三种典型选矿药剂。在600mg/l苯胺黑药、100mg/l丁基黄药、300mg/l乙硫氮的复合污染条件下，净水污泥体系对三种药剂的去除率分别为89.66%、84.98%和84.18%，总有机碳toc去除率达74.85%；尾矿污泥体系对600mg/l苯胺黑药、100mg/l丁基黄药、200mg/l乙硫氮的去除率分别为64.38%、76.26%、90.91%，总有机碳toc去除率达58.96%。

26、4、本发明的菌群体系对重金属具有良好的耐受性，这一特性使其特别适用于真实矿山有机-重金属复合污染废水的处理。在苯胺黑药初始浓度为500mg/l的条件下，净水污泥体系对含20mg/l低浓度cu2+、cd2+、zn2+、pb2+的苯胺黑药去除率分别为94.46%、93.84%、91.27%、92.09%；对含100mg/l高浓度cu2+、cd2+、zn2+、pb2+的苯胺黑药去除率分别为84.65%、90.27%、84.93%、92.04%；即使在四种重金属离子（各20mg/l）复合污染条件下，苯胺黑药去除率仍达76.14%。尾矿污泥体系对重金属的耐受性更强，在四种重金属复合污染条件下，苯胺黑药去除率达79.92%。

27、5、本发明并非仅停留于单一苯胺黑药污染条件下的降解评价，而是围绕真实矿山选矿废水的复杂污染特征，依次考察了单一苯胺黑药基础降解、高浓度苯胺黑药降解、苯胺黑药-丁基黄药-乙硫氮三药复合污染降解，以及苯胺黑药与pb2+、zn2+、cu2+、cd2+单金属及复合金属共存条件下的降解表现。本发明通过由单一污染到多药剂复合污染、再到有机-重金属复合污染的层层递进，系统验证了该方法在不同污染复杂度条件下的适用性，为工程应用提供了全面的技术参数和参考依据。