高新地下水中六价铬与五氯酚的同步去除技术、接种物及应用与流程

高新地下水中六价铬与五氯酚的同步去除技术、接种物及应用与流程

本说明书一个或多个实施例涉及地下水处理技术领域,尤其涉及一种地下水中六价铬与五氯酚的同步去除方法、接种物及应用。

背景技术:

六价铬危害大,污染分布广泛,现有六价铬的去除方式,有物理法、化学法和生物法,传统物理和化学法包括热处理,直接还原,电解活性炭吸附等,但这两种方法成本高、容易产生二次污染。微生物还原六价铬经济高效、成本低廉,容易操作,逐渐成为研究热点。

另一方面,铬渣堆场附近,都有农田,农业使用五氯酚杀虫,造成残留,并与六价铬共存。近几十年来,铬酸盐和五氯酚也被用作工业和住宅应用的主要木材防腐剂。从木材工业区采集的粒径在1-4mm的土壤中检测出六价铬和五氯酚的浓度分别高达63.8mg/kg和8.70mg/kg。在制革废水中也检测出含有铬和五氯苯酚共存,硫酸铬(三价铬)在皮革加工过程中用作鞣剂。由于铬的强氧化性,它易被转化为毒性、致突变性、致癌性和致畸性最强的六价铬。

目前,在对污水进行处理水,只考虑单一有机物或重金属污染情况,污水处理效果差。

技术实现要素:

本说明书实施例描述了一种地下水中六价铬与五氯酚的同步去除方法、接种物及应用,可以在去除地下水中六价铬的同时,也去除了地下水中的五氯酚。

第一方面,本说明书实施例提供了一种地下水中六价铬与五氯酚的同步去除方法,所述方法包括:将接种物和粒径为1-2mm的颗粒物混合,以得到接种污泥,并使得接种污泥的空隙率为30-40%;所述接种物为攀枝花含水层沉积物;将所述接种污泥接种到生物反应器中,所述生物反应器为内部中空的柱形结构,所述生物反应器的底部具有进液口,所述生物反应器的顶部具有出液口;使用第一合成地下水对所述接种污泥进行驯化;所述驯化结束后,将第二合成地下水从所述进液口注入到所述生物反应器中,并充满所述生物反应器的内部空间,以及保持所述第二合成地下水在所述生物反应器中的水力停留时间≥12小时,以进行六价铬与五氯酚的同步去除反应;其中,在所述第二合成地下水中,六价铬的初始浓度≥10mg/l,五氯酚的初始浓度≥10mg/l,有机碳源的初始浓度≥200mg/lcod;其中,所述同步去除反应期间,所述生物反应器处于避光环境,且所处的环境温度为23-27℃。

在一个实施例中,按照每5百毫升反应器容积接种50ml的接种物的接种量,将所述接种污泥接种到所述生物反应器中;所述有机碳源为乙醇;所述颗粒物为石英砂。

在一个实施例中,所述第二合成地下水在所述生物反应器中水利停留时间为48小时;在所述第二合成地下水中,六价铬初始浓为50mg/l,五氯酚的初始浓度为10mg/l,有机碳源的初始浓度为400mg/lcod。

在一个实施例中,所述第二合成地下水在所述生物反应器中水利停留时间为48小时;在所述第二合成地下水中,六价铬初始浓为10mg/l,五氯酚的初始浓度为50mg/l,有机碳源的初始浓度为400mg/lcod。

在一个实施例中,所述第二合成地下水在所述生物反应器中水利停留时间为48小时;在所述第二合成地下水中,六价铬初始浓为10mg/l,五氯酚的初始浓度为10mg/l,有机碳源的初始浓度为200mg/lcod。

在一个实施例中,所述第二合成地下水在所述生物反应器中水利停留时间为12小时;在所述第二合成地下水中,六价铬初始浓为10mg/l,五氯酚的初始浓度为10mg/l,有机碳源的初始浓度为400mg/lcod。

在一个实施例中,所述使用第一合成地下水对所述接种污泥进行驯化包括:将第一合成地下水从所述进液口注入到所述生物反应器中,并充满所述生物反应器的内部空间,以及保持所述第一合成地下水在所述生物反应器中的水力停留时间为48小时,以进行接种物驯化;其中,在所述第一合成地下水中,六价铬的初始浓度为10mg/l,五氯酚的初始浓度为10mg/l,有机碳源的初始浓度为400mg/lcod;所述接种物驯化的持续时间≥149天。

第二方面,本说明书实施例提供了一种用于同步去除地下水中六价铬与五氯酚的接种物的驯化方法,将接种物和粒径为1-2mm的颗粒物混合,以得到接种污泥,并使得接种污泥的空隙率为30-40%;所述接种物为攀枝花含水层沉积物;将所述接种污泥接种到生物反应器中,所述生物反应器为内部中空的柱形结构,所述生物反应器的底部具有进液口,所述生物反应器的顶部具有出液口;将第一合成地下水从所述进液口注入到所述生物反应器中,并充满所述生物反应器的内部空间,以及保持所述第一合成地下水在所述生物反应器中的水力停留时间为48小时,以进行接种物驯化;其中,在所述第一合成地下水中,六价铬的初始浓度为10mg/l,五氯酚的初始浓度为10mg/l,有机碳源的初始浓度为400mg/lcod;所述接种物驯化的持续时间≥149天。

第三方面,本说明书实施例提供了一种由第二方面所述的方法驯化得到的接种物。

第四方面,本说明书实施例提供了一种第三方面所述的接种物在地下水中六价铬与五氯酚同步去除中的应用。

本说明书实施例提供的方案利用接种物中的微生物处理含有六价铬与五氯酚的地下水,可以在去除六价铬的同时,也去除了五氯酚,实现了在同一处理过程中,同时去除六价铬和五氯酚的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了本说明书实施例提供的生物反应器。

具体实施方式

应理解,本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案;还应当理解,本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案,而不是为了限制本发明的保护范围;在本发明说明书和权利要求书中,除非文中另外明确指出,单数形式“一个”、“一”和“这个”包括复数形式。

当实施例给出数值范围时,应理解,除非本发明另有说明,每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义,本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外,根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载,还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

发明人经过研究发现六价铬可以被微生物厌氧还原,五氯酚也可以被微生物厌氧还原。基于此,发明人经过大量实验,设计了一种通过混合微生物厌氧还原,同步去除地下水中六价铬与五氯酚的方案。

接下来,结合具体实施例,对本说明书所提高的方案进行具体介绍。

实施例1、基于接种物的地下水中六价铬与五氯酚的同步去除方案可行性研究

本实验所采用的实验装置如图1所示。其中,从左往右依次为进水气袋、蠕动泵、聚乙烯柱和出水气袋。其中的聚乙烯柱在本实施例也可以称为生物反应器。该聚乙烯柱的底部具有进液口,顶部具有出液口。该实验装置的具体使用过程如下。

准备一个底面直径5cm,高25cm的聚乙烯柱,用锡箔纸覆盖后作为生物反应器。将50ml攀枝花含水层沉积物作为接种物,和适量的石英砂混合,得到接种污泥。该适量的石英砂用于调节接种污泥的空隙率。其中,石英砂的粒径为1-2mm。制备的接种污泥的空隙率为33.6%。也就是说,可以按照接种物为50ml,接种污泥的空隙率为33.6%,来确定所使用的石英砂的量。

将接种污泥接种到生物反应器中。将含有六价铬、五氯酚和乙醇的合成地下水通过蠕动泵以上流式进入柱中。其中,乙醇用作碳源。上流式是指合成地下水从生物反应器的底部进入,然后从柱子顶部流出,水流的方向是向上的。共持续365天,分为7个阶段,以研究地下水化学和水动力学对共存污染物去除的影响。在不同阶段,可以调节合成地下水中的六价铬、五氯酚或乙醇的含量,还可以调节水力停留时间。其中,可以通过调节蠕动泵的转速,来调节水力停留时间。每个阶段的实验参数具体如表1所示。

表1

其中,阶段1,也就是0-149阶段可以称为驯化阶段,在这个阶段实现对原始接种物的驯化。

监测每个阶段的出水中的六价铬、五氯酚。具体而言,所有从出水口收集的水样在通过0.22微米过滤器后都可以进行分析。六价铬浓度用二苯碳酰二肼分光光度法测定。五氯苯酚浓度通过高效液相色谱(hplc)进行测定。结果如表1所示。

表1表明,两种共存污染物(六价铬和五氯酚)的浓度,碳源浓度(以化学需氧量cod表示)和水力停留时间会影响去除效率。

具体而言,在阶段2,在进水中的乙醇的浓度为400mg/l,水力停留时间为2天的情况下,若进水中的六价铬的浓度为50mg/l、五氯酚的浓度为10mg/l,六价铬和五氯酚的去除率为100%。

在阶段3,在进水中的乙醇的浓度为400mg/l,水力停留时间为2天的情况下,若进水中的六价铬的浓度为10mg/l、五氯酚的浓度为50mg/l,六价铬去除率为100%,五氯酚的去除率为65.30%左右。

在阶段4,在进水中的乙醇的浓度为200mg/l,水力停留时间为2天的情况下,若进水中的六价铬的浓度为10mg/l、五氯酚的浓度为10mg/l,六价铬和五氯酚的去除率为100%。

在阶段5,在进水中的乙醇的浓度为400mg/l,水力停留时间为1天的情况下,若进水中的六价铬的浓度为10mg/l、五氯酚的浓度为10mg/l,六价铬和五氯酚的去除率为100%。

在阶段6,在进水中的乙醇的浓度为400mg/l,水力停留时间为0.5天的情况下,若进水中的六价铬的浓度为10mg/l、五氯酚的浓度为10mg/l,六价铬去除率为100%,五氯酚的去除率为97.13%左右。

还监测了每个阶段的反应产物。其中,反应产物具体是指六价铬的还原产物和五氯酚的脱氯产物。所用的样品是在图1所示的聚乙烯柱右侧的取样口取沉淀进行分析的。用扫描电子显微镜(sem)观察生物的形态,配有能量色散x光能谱仪(eds)。用x射线衍射(xrd)和x光电子能谱(xps)分析了六价铬还原沉淀。五氯酚的脱氯产物通过离子色谱法测定出水中氯离子的浓度来反推。结果表明,六价铬的还原产物为三价铬(以cr(oh)3和cro(oh)形式存在),该产物可以在地下水中自然沉淀,有效防止地下水的二次污染。五氯酚脱氯降解为毒性较小的小分子有机物(出水氯离子浓度升高),进而可被微生物逐步矿化。

还监测了每个阶段的微生物群落。用来微生物分析的样品是在图1所示的聚乙烯柱右侧取样口取得。对采集的样品进行超声预处理。然后提取和纯化微生物群落的基因组dna。然后,利用16srdna的通用引物扩增微生物群落的16srdna片段。并使用二代测序技术对扩增出的16srdna片段的序列进行高通量测序。对测序结果进行分析后,发现与六价铬还原相关的细菌如geobacter,azotobacter等和与五氯酚厌氧脱氯相关的细菌pseudomonas,longilinea等在生物反应器中得到富集。即相比于驯化前的接种物,这些细菌在驯化后的接种物中的丰度高于在驯化前的接种物中的丰度。

还监测了每个阶段的相关功能基因。具体可以利用上文得到的微生物群落的基因组dna,通过实时定量聚合酶链式反应(qpcr)进行功能基因的定量检测。结果表明,在驯化后的接种物中,六价铬还原的功能基因如chra,nitr和yief,五氯酚厌氧脱氯的功能基因pcea,都相比于原始接种污泥的浓度有显著提高。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征:

1.一种地下水中六价铬与五氯酚的同步去除方法,其特征在于,所述方法包括:

将接种物和粒径为1-2mm的颗粒物混合,以得到接种污泥,并使得接种污泥的空隙率为30-40%;所述接种物为攀枝花含水层沉积物;

将所述接种污泥接种到生物反应器中,所述生物反应器为内部中空的柱形结构,所述生物反应器的底部具有进液口,所述生物反应器的顶部具有出液口;

使用第一合成地下水对所述接种污泥进行驯化;

所述驯化结束后,将第二合成地下水从所述进液口注入到所述生物反应器中,并充满所述生物反应器的内部空间,以及保持所述第二合成地下水在所述生物反应器中的水力停留时间≥12小时,以进行六价铬与五氯酚的同步去除反应;其中,在所述第二合成地下水中,六价铬的初始浓度≥10mg/l,五氯酚的初始浓度≥10mg/l,有机碳源的初始浓度≥200mg/lcod;

其中,所述同步去除反应期间,所述生物反应器处于避光环境,且所处的环境温度为23-27℃。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,按照每5百毫升的反应器容积接种50ml的接种物的接种量,将所述接种污泥接种到所述生物反应器中;所述有机碳源为乙醇;所述颗粒物为石英砂。

3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述第二合成地下水在所述生物反应器中水利停留时间为48小时;在所述第二合成地下水中,六价铬初始浓为50mg/l,五氯酚的初始浓度为10mg/l,有机碳源的初始浓度为400mg/lcod。

4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述第二合成地下水在所述生物反应器中水利停留时间为48小时;在所述第二合成地下水中,六价铬初始浓为10mg/l,五氯酚的初始浓度为50mg/l,有机碳源的初始浓度为400mg/lcod。

5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述第二合成地下水在所述生物反应器中水利停留时间为48小时;在所述第二合成地下水中,六价铬初始浓为10mg/l,五氯酚的初始浓度为10mg/l,有机碳源的初始浓度为200mg/lcod。

6.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述第二合成地下水在所述生物反应器中水利停留时间为12小时;在所述第二合成地下水中,六价铬初始浓为10mg/l,五氯酚的初始浓度为10mg/l,有机碳源的初始浓度为400mg/lcod。

7.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述使用第一合成地下水对所述接种污泥进行驯化包括:

将第一合成地下水从所述进液口注入到所述生物反应器中,并充满所述生物反应器的内部空间,以及保持所述第一合成地下水在所述生物反应器中的水力停留时间为48小时,以进行接种物驯化;其中,在所述第一合成地下水中,六价铬的初始浓度为10mg/l,五氯酚的初始浓度为10mg/l,有机碳源的初始浓度为400mg/lcod;所述接种物驯化的持续时间≥149天。

8.一种用于同步去除地下水中六价铬与五氯酚的接种物的驯化方法,其特征在于,

将接种物和粒径为1-2mm的颗粒物混合,以得到接种污泥,并使得接种污泥的空隙率为30-40%;所述接种物为攀枝花含水层沉积物;

将所述接种污泥接种到生物反应器中,所述生物反应器为内部中空的柱形结构,所述生物反应器的底部具有进液口,所述生物反应器的顶部具有出液口;

将第一合成地下水从所述进液口注入到所述生物反应器中,并充满所述生物反应器的内部空间,以及保持所述第一合成地下水在所述生物反应器中的水力停留时间为48小时,以进行接种物驯化;其中,在所述第一合成地下水中,六价铬的初始浓度为10mg/l,五氯酚的初始浓度为10mg/l,有机碳源的初始浓度为400mg/lcod;所述接种物驯化的持续时间≥149天。

9.一种由权利要求8所述的方法驯化得到的接种物。

10.权利要求9所述的接种物在地下水中六价铬与五氯酚同步去除中的应用。

技术总结
本说明书实施例提供了一种地下水中六价铬与五氯酚的同步去除方法、接种物及应用。该方法包括:将接种物和粒径为1‑2mm的颗粒物混合,以得到接种污泥,并使得接种污泥的空隙率为30‑40%;接种物为攀枝花含水层沉积物;将接种污泥接种到生物反应器中,所述生物反应器为内部中空的柱形结构,所述生物反应器的底部具有进液口,所述生物反应器的顶部具有出液口;使用第一合成地下水对所述接种污泥进行驯化;所述驯化结束后,将第二合成地下水从所述进液口注入到所述生物反应器中,并充满所述生物反应器的内部空间,以及保持所述第二合成地下水在所述生物反应器中的水力停留时间≥12小时,以进行六价铬与五氯酚的同步去除反应。

技术开发人、权利持有人:张宝刚;王亚男

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