CN103058390A - 一种微生物降解高氯酸盐的水处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微生物降解高氯酸盐的水处理工艺，该工艺在高氯酸盐还原菌还原高氯酸盐的步骤中，按20～25mM的添加量添加赤铁矿。本发明可有效改善微生物还原高氯酸盐的效果，加快了高氯酸盐降解的速率，缩短了高氯酸盐还原的时间，有力地促进了水中高稳定性的高氯酸盐的还原降解。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物降解高氯酸盐的水处理工艺，属于废水处理及资源化技术领域。
背景技术
高氯酸盐会破坏甲状腺功能，是一种尚未引起国人足够重视的潜在有害污染物。高氯酸盐被广泛用于皮革加工、橡胶制造、化肥生产、润滑油添加剂等领域，由于高氯酸根在水中的溶解度很大，且在大多数土壤和矿物质上的吸附很弱，高氯酸盐一旦进入环境即会随着地下水和地表水的流动而快速扩散，从而造成污染范围的迅速扩大。
由于高氯酸盐持久稳定性强，水溶性大，且易于在地下水、地表水环境中快速扩散，因此难于从水体中对其进行有效的去除，尚可用于地表水中高氯酸根离子去除的技术主要有：离子交换技术、膜技术和电渗析技术，但这些技术存在着设备运行维护费用较高的缺点，上述技术用于地下水的处理运行费用高的缺点更加凸显。比较而言，可用于地下水修复的生物还原法有望成为去除地下水中高氯酸根的有效且成本低廉的方法。中国专利文献CN102153238A（申请号201110094831.6）公开了一种修复地下水高氯酸盐污染的方法，步骤是:1)采用液相还原法制备纳米FeO粒子，即在氩气保护下用KHB4溶液还原FeSO4·7H2O溶液制取纳米FeO粒子,反应结束后用脱氧去离子水洗涤纳米FeO溶液，再用磁选法选出纳米FeO粒子；2)将所制纳米FeO粒子加入脱氧后的反应液中混合；3)加入含有高氯酸盐的地下水，密封进行振荡反应以去除高氯酸盐。
上述微生物法还原高氯酸盐虽然提供了一种低成本处理高氯酸盐的新思路，但是反应需要较大的活化能，降解速度缓慢，降解时间长，用于地下水修复还有一定的困难。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种微生物降解高氯酸盐的水处理工艺。
一种加速微生物降解高氯酸盐的水处理工艺，其特征在于，在高氯酸盐还原菌还原高氯酸盐的步骤中，按20～25mM的添加量添加赤铁矿。
根据本发明优选的，所述的赤铁矿制备方法如下：
将50～60ml1M的硝酸铁滴到700～750ml煮沸超滤的双蒸水中，过夜后冷却，用超纯双蒸水透析2～4天，即得；
或者，
将450～500ml0.002M的HCl在98℃的真空干燥箱中过夜，加3.5～4.2g硝酸铁，混合均匀后置入真空干燥箱中，在98℃继续放置7天，取出冷却过夜，用超纯双蒸水透析2～4天，即得；
经双蒸水透析2～4天后透析水的导电性与超纯水的导电性相同，目的是去除制得的赤铁矿中的硝酸根等小分子以及保证制得的赤铁矿的导电性。
本发明适用于所有的高氯酸盐还原菌还原高氯酸盐的工艺，添加赤铁矿后均能提高降解速度；根据本发明优选的，具体步骤如下：
向圆柱形反应器中按4～6L/h的进水流量注入高氯酸根浓度为50～90mg/L的待处理水，圆柱形反应器直径为20cm，高为1～1.5m，电机控制搅拌器的转速为30～40rpm，两个滤膜之间的距离为0.5～0.8m，向两个滤膜之间投加的赤铁矿量为20～25mM，两个滤膜之间的含有降解高氯酸盐微生物的污泥在含有赤铁矿的环境下分解高氯酸盐，处理8～30天，制得处理水。
所述含有降解高氯酸盐微生物的污泥为将取自污水处理厂的污泥按高氯酸钠浓度梯度为10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L、80mg/L参考《高浓度厌氧活性污泥驯化及其产氢能力演变规律的研究》（吴薛明等，《南京工业大学》2005年）中的相关驯化步骤进行驯化后制得。
本发明主要有如下优点：
1、本发明可有效改善微生物还原高氯酸盐的效果，加快了高氯酸盐降解的速率，缩短了高氯酸盐还原的时间，有力地促进了水中高稳定性的高氯酸盐的还原降解；
2、使用的原料为矿物元素铁元素，降解产物为氯离子，没有其它污染物质产生，避免了二次污染，因此整个过程对于环境不会产生污染，实现了对于环境的绿色无污染过程；
3、使用的设备简单，原料易得，成本低廉；
4、整个反应稳定性好，处理效率高，出水水质稳定，设备操作简单，占地面积小，易实现自动控制，运行管理简单；
5、本发明用半导电的赤铁矿来加速微生物的高氯酸盐降解，可广泛应用于城市生活污水和工业废水中高氯酸盐的去除，对于微生物降解高氯酸盐的效果有了明显的提高，具有良好的环境和经济效益。
附图说明
图1是实施例采用的圆柱形反应器的结构示意图；
其中：1、出水口，2、赤铁矿投加口，3、进水口，4、水泵，5、电机，6、搅拌叶片，7、滤膜，8、含有降解高氯酸盐微生物的污泥。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明所保护范围不限于此。
设备说明
实施例中采用的圆柱形反应器结构如图1所示，柱体上内水平设置有两层滤膜7，滤膜7之间设置有搅拌叶片6，柱体下部设置有进水口3，柱体上部设置有出水口1，两滤膜7之间柱体的侧壁上设置有赤铁矿投加口2，两滤膜7之间设置有含有降解高氯酸盐微生物的污泥8，所述搅拌叶片6与电机5相连接，进水口3处设置有水泵4。
上述含有降解高氯酸盐微生物的污泥是由取自济南市西区污水处理厂的污泥按高氯酸钠浓度梯度为10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L、80mg/L参考《高浓度厌氧活性污泥驯化及其产氢能力演变规律的研究》（吴薛明等，《南京工业大学》2005年）中的相关驯化步骤进行驯化后制得。
实施例1
一种加速微生物降解高氯酸盐的水处理工艺，在高氯酸盐还原菌还原高氯酸盐的步骤中，按20～25mM的添加量添加赤铁矿，具体步骤如下：
向圆柱形反应器中按4L/h的进水流量注入高氯酸根浓度为60mg/L的待处理水，圆柱形反应器直径为20cm，高为1m，电机控制搅拌器的转速为30rpm，两个滤膜之间的距离为0.5m，向两个滤膜之间投加的赤铁矿量为20mM，两个滤膜之间的含有降解高氯酸盐微生物的污泥在含有赤铁矿的环境下分解高氯酸盐，处理12天，制得处理水。
所述的赤铁矿制备方法如下：
将50ml1M的硝酸铁滴到700ml煮沸超滤的双蒸水中，过夜后冷却，用超纯双蒸水透析2天，即得。
本例中高氯酸根的平均去除速率为5mg/(L*day)，在第12天降解完全。
实施例2
一种加速微生物降解高氯酸盐的水处理工艺，在高氯酸盐还原菌还原高氯酸盐的步骤中，按25mM的添加量添加赤铁矿，具体步骤如下：
向圆柱形反应器中按6L/h的进水流量注入高氯酸根浓度为80mg/L的待处理水，圆柱形反应器直径为20cm，高为1.5m，电机控制搅拌器的转速为40rpm，两个滤膜之间的距离为0.8m，向两个滤膜之间投加的赤铁矿量为25mM，两个滤膜之间的含有降解高氯酸盐微生物的污泥在含有赤铁矿的环境下分解高氯酸盐，处理20天，制得处理水。
所述的赤铁矿制备方法如下：
将60ml1M的硝酸铁滴到750ml煮沸超滤的双蒸水中，过夜后冷却，用超纯双蒸水透析4天，即得。
本实施例中高氯酸根的平均去除速率为4mg/(L*day)，在第20天降解完全。
实施例3
一种加速微生物降解高氯酸盐的水处理工艺，在高氯酸盐还原菌还原高氯酸盐的步骤中，按20mM的添加量添加赤铁矿，具体步骤如下：
向圆柱形反应器中按4L/h的进水流量注入高氯酸根浓度为60mg/L的待处理水，圆柱形反应器直径为20cm，高为1m，电机控制搅拌器的转速为30rpm，两个滤膜之间的距离为0.5m，向两个滤膜之间投加的赤铁矿量为20mM，两个滤膜之间的含有降解高氯酸盐微生物的污泥在含有赤铁矿的环境下分解高氯酸盐，处理15天，制得处理水。
所述的赤铁矿制备方法如下：
将450ml0.002M的HCl在98℃的真空干燥箱中过夜，加3.5g硝酸铁，混合均匀后置入真空干燥箱中，在98℃继续放置7天，取出冷却过夜，用超纯双蒸水透析4天，即得。
本例中高氯酸根的平均去除速率为4mg/(L*day)，在第15天降解完全。
实施例4
一种加速微生物降解高氯酸盐的水处理工艺，在高氯酸盐还原菌还原高氯酸盐的步骤中，按25mM的添加量添加赤铁矿，具体步骤如下：
向圆柱形反应器中按6L/h的进水流量注入高氯酸根浓度为80mg/L的待处理水，圆柱形反应器直径为20cm，高为1.5m，电机控制搅拌器的转速为40rpm，两个滤膜之间的距离为0.8m，向两个滤膜之间投加的赤铁矿量为25mM，两个滤膜之间的含有降解高氯酸盐微生物的污泥在含有赤铁矿的环境下分解高氯酸盐，处理25天，制得处理水。
所述的赤铁矿制备方法如下：
将500ml0.002M的HCl在98℃的真空干燥箱中过夜，加4.04g硝酸铁，混合均匀后置入真空干燥箱中，在98℃继续放置7天，取出冷却过夜，用超纯双蒸水透析3天，即得。
本实施例中高氯酸根的平均去除速率为3.2mg/(L*day)，在第25天降解完全。
Claims (4)
1.一种加速微生物降解高氯酸盐的水处理工艺，其特征在于，在高氯酸盐还原菌还原高氯酸盐的步骤中，按20～25mM的添加量添加赤铁矿。
2.如权利要求1所述的水处理工艺，其特征在于，所述的赤铁矿制备方法如下：
将50～60ml1M的硝酸铁滴到700～750ml煮沸超滤的双蒸水中，过夜后冷却，用超纯双蒸水透析2～4天，即得。
3.如权利要求1所述的水处理工艺，其特征在于，所述的赤铁矿制备方法如下：
将450～500ml0.002M的HCl在98℃的真空干燥箱中过夜，加3.5～4.2g硝酸铁，混合均匀后置入真空干燥箱中，在98℃继续放置7天，取出冷却过夜，用超纯双蒸水透析2～4天，即得。
4.如权利要求1所述的水处理工艺，其特征在于，具体步骤如下：
向圆柱形反应器中按4～6L/h的进水流量注入高氯酸根浓度为50～90mg/L的待处理水，圆柱形反应器直径为20cm，高为1～1.5m，电机控制搅拌器的转速为30～40rpm，两个滤膜之间的距离为0.5～0.8m，向两个滤膜之间投加的赤铁矿量为20～25mM，两个滤膜之间的含有降解高氯酸盐微生物的污泥在含有赤铁矿的环境下分解高氯酸盐，处理8～30天，制得处理水。
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