[发明专利]一种猪场养殖废水的微生物石墨烯联合处理方法

说明书

本发明公开一种猪场养殖废水的微生物石墨烯联合处理方法，该方法为：向实际猪场养殖废水投加体积比3％的菌液Pseudomonas flava WD‑3，投加纳米材料氧化石墨烯(GO)溶液使其在体系中浓度为1mg/L，进行震荡反应48h，利用Pseudomonas flava WD‑3原位还原GO得到还原氧化石墨烯rGO，充分利用Pseudomonas flava WD‑3、原位还原作用及rGO本身吸附对猪场养殖废水的利用，对猪场养殖废水进行微生物石墨烯的联合处理。该联合处理方法对猪场养殖废水化学需氧量COD、氨氮、总氮、总磷的去除率分别为87.2％～87.5％，37.8％～40％，50％～52％，48.6％～56.7％。本发明具有快速、高效、环境友好性、不需额外化学药剂、不产生剩余污泥、对温度无过高要求、操作实施简单、处理成本低等特点，具有广阔应用前景。

技术领域：

本发明涉及一种猪场养殖废水的高效处理方法，特别涉及一种利用微生物和纳米材料(石墨烯)去除猪场养殖废水中高浓度COD、氨氮、总氮和总磷的方法，属于水污染治理技术领域。

背景技术：

猪场养殖废水主要是在养猪过程中产生的尿液、残余粪便、残渣和冲洗水等。猪场养殖废水的特点是：高浓度有机物、高悬浮物、高氨氮等特点，并伴有气味。实地取某猪场养殖废水基本指标为：OD浓度为20000～25000mg/L，氨氮浓度为2000～2250mg/L，总氮浓度为2500～3000mg/L，总磷浓度为300～350mg/L。畜禽养殖污染是农村面源污染的重要源头，而猪场养殖废水在畜禽养殖污染中最广泛、最严重。开发猪场养殖废水的高效处理方法，对于帮助解决严重的农业面源污染问题具有重要意义。

传统的猪场养殖废水处理技术有厌氧处理技术和好氧处理技术，厌氧生物处理法出水COD浓度高，处理效果差，难以达到国家规定的排放标准；好氧生物处理法对于氮、磷去除率低，去除效果差，具有运行能耗大，费用高的缺点。这些不利问题促使人们对传统技术进行改造，现阶段规模化猪场养殖场处理废水主要采取的方式为厌氧-好氧联合处理技术，既克服了厌氧处理不达要求的缺点，又克服了好氧处理法能耗大的不足，但是由于污泥增长有一定的限度，该方法的脱氮除磷效果难于进一步提升，且依然存在运行费用高、能耗大的问题，一定程度上降低了猪场养殖的经济效益。

Pseudomonas flava WD-3是从某湖泊湿地系统中分离筛选出来的耐性菌，这类微生物能在低温条件下生长，在0-5℃下仍可生长繁殖，最高生长温度可达20-25℃，对环境条件没有苛刻的要求，适应范围广，运行周期短。该菌对污水中的COD、氨氮、总氮和总磷的去除均具有较好的效果。石墨烯是Andre Geim和Konstantin Novoselov从石墨中分剥离出来的，具有比表面积大(达2630m²/g)、电导率高(达6000s/cm)等特点，石墨烯是由碳原子通过sp²杂化，蜂窝状排列的单层二维晶体材料，氧化石墨烯(GO)是二维纳米材料石墨烯的结构中含有大量的含氧官能团，是石墨烯存在的一种状态形式。有研究表明，氧化石墨烯可以被微生物原位还原为还原氧化石墨烯(含氧官能团减少，rGO)，其机理为：有机基质在厌氧或兼性厌氧条件下被微生物代谢，在微生物胞内进行氧化还原反应产生还原产物和氧化产物，电子受体间接或直接地接收糖酵解和细胞呼吸作用产生的还原型辅酶(NADH)所携带的电子后生成还原产物，在此过程中会产生还原力或还原作用。利用Pseudomonas flava WD-3在猪场养殖废水中对氧化石墨烯进行原位还原，充分利用养猪废水中的COD、氨氮、总氮和总磷等，Pseudomonas flava WD-3本身也需要利用废水中的COD、氨氮、总氮和总磷等，且原位还原得到的还原氧化石墨烯(rGO，即石墨烯)具有很强的吸附能力，可进一步对猪场养殖废水中的COD、氨氮、总氮和总磷进行进一步的去除。

发明内容：

为了克服上述猪场养殖废水厌氧和好氧处理中存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种猪场养殖废水的微生物纳米材料(石墨烯)联合处理方法，该法可高效、快速地对猪场养殖废水中的基本指标(COD、氨氮、总氮和总磷等)，且反应条件温和。