本发明属于高浓度有机废液处理与资源化，具体涉及到一种解磷菌的高效培养方法及其联合碳微球修复重金属污染场地的应用。
背景技术：
1、矿产资源在我国工业化和现代化的发展进程中发挥着重要作用。长江流域铜、钨、锡、锑等矿产的产量占全国的比例均超过60%，其中磷矿产量占比更是高达96.9%。裸露矿山土壤中的硫化物等在空气、水和微生物作用下氧化、酸化形成酸性矿山废水，随降雨径流造成严重的重金属、磷、氟、持久性有机物污染物等的冲淋污染。据估算，这些裸露矿山每年随雨水冲淋排放约5300吨重金属（cu、zn、pb、cr、cd、as、hg等）和340吨总磷。这些重金属会经水、植物等介质进入生物体和周围土壤，形成大量的重金属污染场地。
2、污水污泥（以下简称污泥）是废水处理的副产品，也是许多废水中物质的汇集地。理论上，污泥可聚集进水中85%-95% 的磷，以及 20%-30% 的总氮。这些磷一般以有机磷、铁磷（fepo4）和铝磷（alpo4）等形式存在。解磷微生物可以将难溶磷转化为利于利用的有效磷，可以在土壤受到污染的情况下实现对重金属的固定。此外，污泥的ph一般为弱碱性（ph7-8左右），营养物质丰富（40-50%蛋白和20-30%多糖等），非常适宜微生物生长繁殖。
3、如果能够在处理污水污泥的同时实现重金属污染场地的修复，则能够实现环保与经济效益的双赢。
技术实现思路
1、本发明目的是针对重金属污染场地修复治理和污泥处置的迫切需求，提供一种解磷菌的高效培养方法及其联合碳微球修复重金属污染场地的应用。本发明方法可行性高，操作简便，灵活度高（微生物可选择种类多），同时能够减少碳排放，实现了环保与经济效益的双赢。
2、为了实现上述目的，本发明提供了一种利用解磷菌联合碳微球修复重金属污染场地的方法，包括以下步骤：
3、（1）制备碳微球：将污水污泥和给水污泥进行混合后在90-120℃下进行水热处理；之后加入乙二胺，在180-220℃进行水热处理得到碳前驱体；向得到的碳前驱体加入2-4倍体积的碱液，并进行水热活化反应，固液分离得到水热反应液和产物，将产物水洗至上层滤液澄清，烘干后得到碳微球；
4、（2）制备定向富集修复菌液
5、a. 将步骤（1）得到的水热反应液调整ph为6.8-7.2，添加解有机磷功能的解磷菌psm1到水热反应液中，培养至psm1的菌体浓度达到108-109cells/l，将得到菌液与阴离子交换树脂进行混合吸附，使得psm1吸附提纯在阴离子交换树脂树脂上，剩余液体即为二次培养液；将吸附psm1饱和后的阴离子交换树脂与磷酸混合、振荡，得到溶液即为psm1的纯菌液；
6、b. 将步骤（1）得到的碳微球和步骤a得到的二次培养液以质量体积比为1：(15-50)进行混合，得到混合液，之后添加解无机磷功能的解磷菌psm2到混合液中，培养36-128h，得到psm2菌液，其中，当质量体积比中的质量以“g”作为单位时，相对应的体积的单位为“ml”；
7、c. 将得到的psm2菌液与psm1纯菌液进行体积比(2-5):1混合，即得到定向富集修复菌液；
8、（3）重金属污染场地的修复：
9、a.将步骤b得到psm2菌液与重金属污染场地的底土层按照体积比1：(20-25)进行混合，菌液和底土层混合深度不少于10cm，混合后修复时间保持30d以上；
10、b.步骤a修复完成后，将步骤a得到的psm1纯菌液与重金属污染场地的心土层按照体积比1：(10-20)进行混合，混合深度为15-20cm，混合后修复时间保持40-60d；
11、c.步骤b修复完成后，将步骤c得到的定向富集修复菌液与重金属污染场地的表土层按照体积比1：(10-20)进行混合，混合深度为10-15cm，混合后修复时间保持90d以上。
12、优选地，步骤（1）所述碳微球的制备方法具体包括：首先将含固率为3-12%的污水污泥和含固率为40-80%给水污泥进行混合，混合质量比为1：(0.1-0.3)，不断搅拌下进行90-120℃的水热处理，时间为30-120 min；向得到的混合物中加入终浓度为0.5-1wt%的乙二胺，在180-220℃进行水热，时间为3.5-5h，得到碳前驱体；向得到的碳前驱体加入2-4倍体积的碱液，在70-90℃下进行水热活化反应，维持10-20min；将产物水洗至上层滤液澄清，烘干后得到碳微球。
13、优选地，步骤（1）所述碱液包括koh、naoh、ca(oh)2等，ph范围10-13。
14、优选地，步骤a中，所述阴离子交换树脂为amberlite 719阴离子交换树脂、amberlite ira-910阴离子交换树脂、amberlite fpa53阴离子交换树脂中的至少一种。
15、优选地，步骤（2）中，所述的psm1为具有解有机磷功能的解磷菌，具体包括解淀粉芽孢杆菌、密歇根克雷伯氏菌、蜡样芽孢杆菌中的至少一种。
16、优选地，步骤（2）中，所述psm2为具有解无机磷功能的解磷菌，具体包括伯克霍尔德菌属、黑曲霉、非脱羧勒克菌中的至少一种。
17、优选地，步骤（2）所述的psm1纯菌液的解有机磷能力达到300-800 mg/l（以有机磷计）。
18、优选地，步骤（2）所述的定向富集修复菌液的解无机磷的能力可以达到500-1200mg/l，其中，所述解无机磷的能力以fepo4或alpo4计。
19、优选地，步骤a中，解磷菌psm1的培养温度为30-37℃，培养时间为36-128h。
20、优选地，步骤a中，将得到菌液与阴离子交换树脂以体积质量比(30-40)：1进行混合，25-30℃振荡10-12h，再保持静止1.5-2h，使得psm1吸附提纯在阴离子交换树脂上，将吸附后的阴离子交换树脂与0.1-0.15m的磷酸以质量体积比1：(20-40)的比例混合，25-30℃振荡10-12h，得到溶液即为psm1的纯菌液，其中，当所述体积质量比或质量体积比的质量以“g”作为单位时，相对应的体积的单位为“ml”。
21、优选地，步骤b中，解磷菌psm2的培养温度为30-37℃，优选的，培养后，通过微生物多样性和流式细胞仪确定psm2的菌体浓度达到108-109cells/l。
22、优选地，步骤（3）中，所述重金属污染场地是指裸露矿山冲淋污染形成的场地。
23、优选地，步骤（3）中，所述重金属污染场地土层的含水率为45-60%，重金属污染场地的修复时间要达到160d以上。
24、优选地，步骤（3）中，所述的定向富集修复菌液需要每20-30d加入一次。
25、优选地，重金属污染场地的修复完成后，土壤的淋滤液中重金属浓度降低40-60%。
26、优选地，步骤（3）中，所述表土层为土体表面0-20cm的深度，所述心土层为土体表面30cm以下的深度，所述底土层为土体表面60cm以下的深度。
27、优选的，所述方法具体包括以下步骤：
28、（1）碳微球制备：将污水污泥和给水污泥混合进行水热处理，处理过程分为三部分：
29、sa.首先将含固率为3-12%的污水污泥和含固率为40-80%给水污泥进行混合，混合质量比为1：(0.1-0.3)，不断搅拌下进行90-120℃的水热处理，时间为30-120 min；使其有机物断裂重整；
30、sb.向步骤sa得到的混合物中加入终浓度为0.5-1wt%的乙二胺，在180-220℃进行水热，时间为3.5-5h，得到碳前驱体；
31、sc.向步骤sb得到碳前驱体加入2-4倍体积的碱液，在70-90℃下进行水热活化反应，维持10-20min；固液分离得到水热反应液和产物，将产物水洗至上层滤液澄清，烘干后得到碳微球。
32、（2）菌种的初期定向培养:
33、a.将步骤（1）得到的水热反应液调整ph为6.8-7.2，添加解有机磷功能的解磷菌psm1到水热反应液中，培养温度为30-37℃，培养时间为36-128h，使菌体繁殖达到对数平稳期，菌体浓度达到108-109cells/l，此时培养液即为初期菌液；
34、b.将步骤a得到初期菌液与阴离子交换树脂以体积质量比(30-40)：1进行混合，25-30℃振荡10-12h，再保持静止1.5-2h，使得psm1吸附提纯在树脂上，剩余液体即为二次培养液，其中，当所述体积质量比的质量以“g”作为单位时，相对应的体积的单位为“ml”；
35、c.将步骤b吸附的树脂与0.1-0.15m的磷酸以质量体积比1：(20-40)的比例混合，25-30℃振荡10-12h，得到溶液即为psm1的纯菌液，其中，当所述质量体积比的质量以“g”作为单位时，相对应的体积的单位为“ml”。
36、（3）菌种的定向富集培养：
37、sa.将碳微球和二次培养液以质量体积比为1：(15-50)进行混合，添加解无机磷功能的解磷菌psm2到上述混合液中，培养温度为30-37℃，培养时间为36-128h，通过微生物多样性和流式细胞仪确定psm2的菌体浓度达到108-109cells/l，得到psm2菌液，其中，当质量体积比中的质量以“g”作为单位时，相对应的体积的单位为“ml”；
38、sb.将步骤sa得到的psm2菌液与步骤（2）中的psm1纯菌液进行质量比(2-5):1混合，即得到定向富集修复菌液；
39、（4）重金属污染场地的修复：
40、a.将步骤（3）得到psm2菌液与重金属污染场地的底土层按照体积比1：(20-25)进行混合，底土层为土体表面60cm以下的深度，混合深度为15-20cm，混合后修复时间保持30d以上；
41、b.步骤a修复完成后，将得到psm1纯菌液与重金属污染场地的心土层按照体积比1：(10-20)，心土层为土体表面30cm以下的深度，混合深度为15-20cm，混合后修复时间保持40-60d；
42、c.步骤b修复完成后，将得到的定向富集修复菌液与重金属污染场地的表土层按照体积比1：(10-20)进行混合，表土层为土体表面0-20cm的深度，混合深度为10-15 cm，混合后修复时间保持90d以上。
43、与现行技术相比，本发明具有以下优点：
44、（1）本发明方法能够有效实现污泥处理产物的100%资源化处置利用，减少处置过程中的碳排放和污染，一般水热处理技术后续处置的碳排放可达20-60 kg/t，本发明的碳排放可以减少12-28%。
45、（2）本发明通过利用污泥水热液中营养物质实现解磷菌的大量繁殖，通过分步式培养，实现污泥中有机磷和无机磷的活化，节约减排的同时最大程度的实现在重金属污染场地修复时对重金属的置换与固定。重金属污染场地修复完成后，土壤的淋滤液中重金属浓度降低40-60%。
46、（3）本发明方法中，与传统的碳微球方法相比，本发明碳微球的制备采用三步法，实现了污泥的资源化的同时，能够更好的吸附固定重金属；菌种初期定向培养的三步法，可以减少菌种自身的生长抑制和次生产物的毒害性，使解有机磷的菌种获得最大的活化繁殖与解磷能力；菌种的定向富集培养可以使解无机磷的菌种充分活化繁殖，获得最大的解无机磷能力，并且有机与无机解磷菌的分步培养可以使污泥中的养分得到充分利用，联合使用时能发挥更大的解磷能力，同时减少菌种之间的生长抑制与养分竞争。重金属污染场地的分深度修复，是为了使菌种能够均匀修复各深度土层并且使修复效果最大化，并且采用碳微球和解磷菌联合修复，能使各深度土层得到充分固定减少冲淋污染。