CN104710019B - 零价铁‑活性污泥耦合处理氯代烃/二恶烷复合污染方法 - Google Patents

零价铁‑活性污泥耦合处理氯代烃/二恶烷复合污染方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种零价铁‑活性污泥耦合处理氯代烃/二恶烷复合污染方法，包括如下步骤：(1)将废水从底部送入装填有含有微生物的活性污泥的固定床反应器，然后废水由反应器顶部排出，对活性污泥进行培养，获得培养后的含有微生物活性污泥；(2)将零价铁的粉末从顶部投入送入装填有培养后的含有微生物活性污泥的反应器，将废水从底部送入所述的反应器，处理后的废水由反应器顶部排出，本发明采用零价铁‑厌氧活性污泥耦合体系，在地下水的厌氧条件下，降解三氯乙烷及二恶烷复合污染，30h内三氯乙烷去除率达97.5％，60h内二恶烷去除率达92.0％。本发明材料来源方便，成本低廉，操作简单，便于推广应用，具有较大的社会和经济效益。

Description

零价铁-活性污泥耦合处理氯代烃/二恶烷复合污染方法
技术领域
本发明涉氯代烃和二恶烷复合污染物的处理方法。
背景技术
氯代烃作为一种重要的化工原料和有机溶剂，曾被广泛应用于医药、制革、脱脂、干洗、电子和农药等行业，是地下水中最常见的有机污染物。
二恶烷作为氯代有机溶剂的稳定剂经常在制造含氯有机溶剂的过程中添加或在一些产品生产时作为副产物形成(Doherty,2000)。由于泄漏事件遗留以及不正确处理含有氯代烃和二恶烷的化工产品导致氯代烃和二恶烷成为污染场地最常检测到的污染物(Mahendra et al.,2013)。
环境中的氯代烃和二恶烷的复合污染已经引起了许多污染及健康问题。因此，氯代烃和二恶烷均被美国环保局列入优先控制污染物(US-EPA,2009)。然而，关于氯代烃和二恶烷复合污染治理的报道较少。已有的研究报道较多关注在单一的氯代烃或二恶烷污染物和其他氯代有机物三氯乙烯、二氯乙烷与四氯乙烯复合污染的降解。实际上，氯代烃与二恶烷常以复合污染形式存在于污染场地地下水环境中，近年来这种复合污染的现象经常有报道(Adamson et al.,2014；Anderson et al.,2012；Li et al.,2013)。
由于氯代烃和二恶烷的复合污染主要存在于地下水污染中，传统的物理化学方法难以彻底去除氯代烃和二恶烷导致的复合污染。
因此，提供一种能够处理氯代烃和二恶烷复合污染的方法，是人们所十分期望的。
发明内容
本发明的目的是提供一种零价铁-活性污泥耦合处理氯代烃/二恶烷复合污染方法，以克服现有技术存在的缺陷。
本发明的方法，包括如下步骤：
(1)将污染地下水连续的从底部送入装填有含有微生物的活性污泥的固定床反应器，然后废水由反应器顶部排出，20～30℃的温度下培养180～200天，优选185～189天，获得培养后的含有厌氧微生物活性污泥；
反应器水力停留时间，即废水在反应器内的平均停留时间为48～72小时；
进入反应器的进水流速为0.028～0.042升/小时；
反应器进水中，添加如下的营养成分：
(NH4)2SO4 1.2～1.5g/L，MgSO4.7H2O 0.4～0.6g/L，KCl 0.4～0.5g/L，Na2S.9H2O0.2～0.3g/L，CaCl2.2H2O 0.03～0.05g/L，NaHCO3 1～3g/L，ZnSO4.7H2O 0.001～0.003g/L，MnCl2.4 H2O 0.004～0.006g/L，FeCl2.4 H2O 0.006～0.008g/L，(NH4)6MO7O24.4 H2O 0.008～0.01g/L，CoCl2.4 H2O 0.005～0.007g/L CuSO4.5H2O 0.001～0.003g/L，H3BO3 0.003～0.005g/L，MgSO4.7 H2O0.01～0.03g/L，NiSO4.8H2O 0.001～0.004g/L。
反应器进水中，氯代烃含量为5～70mg/L，二恶烷含量为5～70mg/L；
进水的COD为2000～3200mg/L，MLSS为6370～9780mg/L；
术语：COD的中文名称为化学需氧量，MLSS的中文名称为混合液悬浮固体浓度；
所述的活性污泥为污水处理厂的厌氧池的含有微生物的絮状污泥，主要的微生物是乳酸菌(Lactococcus)、铁还原菌(Ferribacterium)、脱氯菌(Dehalobacter)和硫酸盐还原菌(Desulfovibrio)；
所述的微生物均为公知的技术，其中：
所述的乳酸菌(Lactococcus)的微生物学特性在(Cho et al.,2008)文献中有详细的报道；
所述的铁还原菌(Ferribacterium)的微生物学特性在(Cummings et al.,1999)文献中有详细的报道；
脱氯菌(Desulfovibrio)的微生物学特性在(Ise et al.,2011；Lookman et al.,2005)文献中有详细的报道；
硫酸盐还原菌(Desulfovibrio)的微生物学特性在(Sass et al.,2009)文献中有详细的报道；
微生物鉴定方法为常规的16S rRNA基因鉴定法，可参见(Seurinck et al.,2003)文献的方法。
所述的活性污泥的总悬浮固体(TSS)为5.17～7.16g/L，挥发性悬浮固体(VSS)为2.3～2.6g/L，VSS/TSS为36.3％～44.5％；
(2)将零价铁的粉末从顶部投加步骤：在步骤(1)装填有培养好的活性污泥的反应器中，25～30℃下将污染地下水从底部送入所述的反应器，处理后的污水由反应器顶部排出，其中的氯代烃和二恶烷被降解；
废水中，三氯乙烷含量为5～70mg/L，二恶烷含量为5～70mg/L；
废水的COD为2000～3200mg/L，MLSS为6370～9780mg/L；
零价铁粉末与活性污泥的重量比为：零价铁粉末∶活性污泥＝1∶1～2，优选的为：零价铁粉末∶活性污泥＝1∶1.1～1.97；
所述的零价铁的化学式为：Fe；
进入反应器的污水的流速为：0.028～0.042升/小时；
反应器水力停留时间，即废水在反应器内的平均停留时间为48～72小时；
出水中，氯代烃的浓度下降97.5％，二恶烷的浓度下降92.0％；
废水的COD为3000～3200mg/L，MLSS为5730～7740mg/L。
本发明的有益效果是：构建的零价铁-厌氧活性污泥耦合体系，可以在地下水的厌氧条件下，降解70mg/L的氯代烃和二恶烷的复合污染，30h内氯代烃去除率达97.5％，60h内二恶烷去除率达92.0％，该体系的发明有助于氯代烃及二恶烷复合污染场地修复。本发明构建零价铁和厌氧污泥作为耦合降解材料，可以同步去除氯代烃和二恶烷的复合污染，材料来源方便，成本低廉，操作简单，便于推广应用，经过3天处理，可将受污染水中的氯代烃和二恶烷降低92％以上，COD降低95％，具有明显的环保和经济效益。
附图说明
图1为实施例1中三氯乙烷、二氯乙烷、氯乙烷和二恶烷的浓度变化。
具体实施方式
分析方法：
三氯乙烷、二氯乙烷、氯乙烷采用Agilent 7890GC进行分析：
样品与正己烷以1:3(v/v)萃取后取上清液进行分析。分析条件：柱子:DB-VRX柱(60m×0.25mm×1.4μm)；检测器:ECD；载气流量:40mL/min；色谱柱流量:3mL/min；进样口温度:240℃；检测器温度：260℃；柱温:75℃；分流比:10:1；载气:纯N2；进样量1μl。
二恶烷浓度分析：
采用吹扫捕集-气相色谱，采用Agilent 7890GC,安普吹扫仪。GC分析条件如下：柱子：J&W122-1564(60.0m×250mm×1.4μm)；检测器:FID；载气流量:40mL/min；色谱柱流量:3mL/min；进样口温度:200℃；检测器温度:250℃；柱温:105℃运行2分钟，3℃/min升温至150℃保持10分钟；分流比:10:1；载气:N2；进样量40ml。安普吹扫-捕集条件：吹扫时间为11min、吹扫流量为30mL/min、解析温度为220℃、解析时间为2min。
实施例1
(1)将污染地下水连续的从底部送入装填有所述的活性污泥的固定床反应器，经零价铁与厌氧活性污泥耦合体系处理后，由反应器顶部排出，30℃的温度下培养189天，反应器中为经过培养后的厌氧活性污泥；
进入反应器的废水的流速为0.042升/小时；
反应器进水中，添加如下的营养成分：
(NH4)2SO41.2g/L，MgSO4.7H2O 0.4g/L，KCl 0.4g/L，Na2S.9H2O 0.3g/L，CaCl2.2H2O0.05g/L，NaHCO33g/L，ZnSO4.7H2O0.003g/L，MnCl2.4H2O 0.004g/L，FeCl2.4H2O 0.006g/L，(NH4)6MO7O24.4H2O0.01g/L，CoCl2.4H2O 0.005g/L CuSO4.5H2O0.003g/L，H3BO3 0.005g/L，MgSO4.7 H2O0.03g/L，NiSO4.8H2O 0.001g/L。
反应器进水中，三氯乙烷含量为70mg/L，二恶烷含量为70mg/L；
废水的COD为3200，MLSS为6370mg/L；
所述的厌氧活性污泥为污水处理厂的厌氧池的絮状污泥；
所述的厌氧活性污泥为污水处理厂的厌氧池的含有微生物的絮状污泥，主要的微生物是乳酸菌(Lactococcus)、铁还原菌(Ferribacterium)、脱氯菌(Dehalobacter)和硫酸盐还原菌(Desulfovibrio)；
所述的活性污泥的总悬浮固体(TSS)为7.16g/L，挥发性悬浮固体(VSS)为2.6g/L，VSS/TSS为36.3％；
(2)将零价铁粉末投入步骤(1)装填有培养后的厌氧活性污泥的反应器，25℃下将污染地下水从底部处理后的废水由反应器顶部排出，即可获得降解了三氯乙烷和二恶烷的废水；
零价铁与活性污泥的重量比为：零价铁∶活性污泥＝1∶9.7；
进入反应器的废水的水力停留时间为48小时，进水流速为0.042升/小时；
排出的废水中：
三氯乙烷4.5mg/L，二恶烷8.06mg/L；
废水的COD为3000mg/L，MLSS为5730mg/L。
三氯乙烷、二氯乙烷、氯乙烷和二恶烷的浓度变化情况见图1。
由图1可见：
10h内三氯乙烷降解了73.8％，降解速率为5.16mg·h-1，30h内降解率达到97.5％；在3～5h内，二氯乙烷浓度快速增加，在5h时达到24.45mg/L，生成速率为4.89mg·h-1，在20h时达到峰值37.9mg/L。同时二氯乙烷进一步还原脱氯生成氯乙烷，48h后二氯乙烷浓度降至2mg/L，48h后氯乙烷浓度维持在21.8mg/L。
反应器中，二恶烷浓度在0～5h快速下降，见图1，在5～30h降解速率为0.60mg·h-1，30h时二恶烷降解59.10％。在30～45h内二恶烷降解速率增加至1.38mg·h-1，降解率为84.7％，48h时降解率达88.6％。
实施例2
(1)将污染地下水从底部送入装填有所述的厌氧活性污泥的反应器，经零价铁与厌氧活性污泥耦合体系处理后，由反应器顶部排出，20℃的温度下培养200天，反应器中为经过培养后的活性污泥；
进入反应器进水速度为0.028升/小时；
反应器进水中，添加如下的营养成分：
(NH4)2SO41.2g/L，MgSO4.7H2O 0.4g/L，KCl 0.4g/L，Na2S.9H2O 0.3g/L，CaCl2.2H2O0.05g/L，NaHCO33g/L，ZnSO4.7H2O0.003g/L，MnCl2.4H2O 0.004g/L，FeCl2.4H2O 0.006g/L，(NH4)6MO7O24.4H2O0.01g/L，CoCl2.4H2O 0.005g/L CuSO4.5H2O0.003g/L，H3BO3 0.005g/L，MgSO4.7H2O0.03g/L，NiSO4.8H2O 0.001g/L。
反应器进水中，三氯乙烷含量为70mg/L，二恶烷含量为70mg/L；
废水的COD为3200mg/L，MLSS为9780mg/L；
所述的厌氧活性污泥为污水处理厂的厌氧池絮状污泥；
所述的厌氧活性污泥为污水处理厂的厌氧池的含有微生物的絮状污泥，主要的微生物是乳酸菌(Lactococcus)、铁还原菌(Ferribacterium)、脱氯菌(Dehalobacter)和硫酸盐还原菌(Desulfovibrio)；
所述的活性污泥的总悬浮固体(TSS)为7.16g/L，挥发性悬浮固体(VSS)为2.6g/L，VSS/TSS为36.3％；
(2)再将零价铁粉末投入步骤(1)装填有培养后的厌氧活性污泥反应器中，30℃下将污染地下水从底部处理后由反应器顶部排出，即为降解了三氯乙烷和二恶烷的废水；
零价铁与活性污泥的重量比为：零价铁∶活性污泥＝1∶1.1；
进入反应器的废水的水力停留时间为72小时，进入反应器的废水的进水流速为0.028升/小时；
排出的废水中：
三氯乙烷4.8mg/L，二恶烷7.9mg/L；
废水的COD为3000mg/L，MLSS为7740mg/L。
10h内三氯乙烷降解了75.5％，降解速率为5.32mg·h-1，30h内降解率达到98.6％；在3～5h内，二氯乙烷浓度快速增加，在5h时达到26.13mg/L，生成速率为5.97mg·h-1，在20h时达到峰值38.5mg/L。同时二氯乙烷进一步还原脱氯生成氯乙烷，50h后二氯乙烷浓度降至1.67mg/L，50h后氯乙烷浓度维持在18.4mg/L。
反应器中，二恶烷浓度在0～5h快速下降，在5～30h降解速率为0.68mg·h-1，30h时二恶烷降解62.1％。在30～45h内二恶烷降解速率增加至1.47mg·h-1，降解率为89.8％，60h后降解率达93.4％。

Claims (8)

1.零价铁-活性污泥耦合处理氯代烃/二恶烷复合污染方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将废水连续的从底部送入装填有含有微生物的活性污泥的固定床反应器，然后废水由反应器顶部排出，对活性污泥进行培养，获得培养后的含有微生物活性污泥；
(2)将零价铁的粉末从顶部投入送入步骤(1)装填有培养后的含有微生物活性污泥的反应器，将废水从底部送入所述的反应器，处理后的废水由反应器顶部排出，即为降解了三氯乙烷和二恶烷的废水；
所述的含有微生物的活性污泥为污水处理厂的厌氧池的含有微生物的絮状污泥；
所述的微生物是乳球菌(Lactococcus)、铁杆菌(Ferribacterium)、脱氯菌(Dehalobacter)和脱硫弧菌(Desulfovibrio)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，20～30℃的温度下培养180～200天。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，反应器水力停留时间，为48～72小时，进入反应器的废水的流速为0.028～0.042升/小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，废水中，添加如下含量的组分：
(NH4)2SO4 1.2～1.5g/L，MgSO4·7H2O 0.4～0.6g/L，KCl 0.4～0.5g/L，Na2S·9H2O 0.2～0.3g/L，CaCl2·2H2O 0.03～0.05g/L，NaHCO3 1～3g/L，ZnSO4·7H2O 0.001～0.003g/L，MnCl2·4H2O 0.004～0.006g/L，FeCl2·4H2O 0.006～0.008g/L，(NH4)6MO7O24·4H2O 0.008～0.01g/L，CoCl2·4H2O 0.005～0.007g/L，CuSO4·5H2O 0.001～0.003g/L，H3BO3 0.003～0.005g/L，MgSO4·.7H2O0.01～0.03g/L，NiSO4·8H2O 0.001～0.004g/L；
废水中，三氯乙烷含量为5～70mg/L，二恶烷含量为5～70mg/L；
废水的COD为2000～3200mg/L，MLSS为6370～9780mg/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，25～30℃下将废水从底部送入所述的反应器；
所述的废水中，三氯乙烷含量为5～70mg/L，二恶烷含量为5～70mg/L；
废水的COD为2000～3200mg/L，MLSS为6370～9780mg/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，零价铁的粉末与活性污泥的重量比为：零价铁的粉末∶活性污泥＝1∶1～2。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进入反应器的废水的流速为0.028～0.042升/小时；反应器水力停留时间为48～72小时。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的有微生物的活性污泥的总悬浮固体(TSS)为5.17～7.16g/L，挥发性悬浮固体(VSS)为2.3～2.6g/L，VSS/TSS为36.3％～44.5％。
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