CN112960746A - 一种活性材料对废水中大肠杆菌和病原体的去除方法 - Google Patents

一种活性材料对废水中大肠杆菌和病原体的去除方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于废水处理技术领域，本发明提供了一种活性材料对废水中大肠杆菌和病原体的去除方法，包含如下步骤：将多孔材料装填到土柱中；对土柱自下而上通入气体；顺次将背景溶液、废水注入土柱中；所述多孔材料为零价铁屑、菱镁矿、秸秆生物炭或石灰石；所述多孔材料的粒度为20～40目。本发明的活性材料能够有效去除废水中的大肠杆菌和MS2病毒；零价铁屑对大肠杆菌的去除率维持在100％，对MS2病毒的去除率维持在97％以上；12h以内煅烧菱镁矿对MS2病毒的去除率维持在90％以上；秸秆生物炭在0.5h内对大肠杆菌的去除率接近90％。

Description

一种活性材料对废水中大肠杆菌和病原体的去除方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域,尤其涉及一种活性材料对废水中大肠杆菌和病原体的去除方法。
背景技术
近些年来由水环境中的病原菌带来的水环境问题日益严重，由病原菌中的致病性大肠杆菌引起的感染性腹泻等肠道疾病率呈现明显上升趋势，严重威胁人类身体健康。大肠杆菌是动物中的栖居菌，常随粪便散布在环境中，由于其检测快速、方便，是重要的粪便污染指示菌。因此，了解大肠杆菌及病原体在多孔介质中迁移的机理对于保障饮水安全十分必要。
现有技术中对于大肠杆菌、病原体的去除多采用水生植物去除、生态沟渠去除以及填料去除等。目前填料去除的研究大部分是利用玻璃珠或石英砂等均匀介质材料来填充实验用柱子，而使用其他填充材料的研究还比较少，去除结果也不尽人意。
因此，研究大肠杆菌及病原体在多孔介质中的迁移规律，对防治水中病原体污染，提高大肠杆菌及病原体的去除率，对于去除水环境中的病原菌有着重要的指导意义。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种活性材料对废水中大肠杆菌和病原体的去除方法。本发明的活性材料能够有效去除废水中的大肠杆菌和MS2病毒。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种活性材料对废水中大肠杆菌和病原体的去除方法，包含如下步骤：
1)将多孔材料装填到土柱中；
2)对土柱自下而上通入气体；
3)顺次将背景溶液、废水注入土柱中；
步骤1)所述多孔材料为零价铁屑、菱镁矿、秸秆生物炭或石灰石；所述多孔材料的粒度为20～40目。
作为优选，所述土柱的形状为圆柱形，所述土柱的内径为0.7～1.3cm，高为8～10cm；所述装填的方式为干法装填。
作为优选，步骤2)所述气体为易溶于水的气体或惰性气体；所述气体的通入时间为5～7h，所述气体的压力为0.01～0.03MPa。
作为优选，步骤3)所述背景溶液为NaCl溶液，所述背景溶液的浓度为1.5～2.5mmol/L，用量为150～250mL。
作为优选，当所述多孔材料为零价铁屑时，背景溶液和废水的流速均为0.13～0.25mL/min；当所述多孔材料为菱铁矿时，背景溶液和废水的流速均为0.15～0.25mL/min；当所述多孔材料为秸秆生物炭时，背景溶液和废水的流速均为0.2～0.3mL/min；当所述多孔材料为石灰石时，背景溶液和废水的流速均为0.05～0.15mL/min。
作为优选，步骤3)所述注入的位置为土柱下端；所述废水与土柱中多孔材料的接触时间为0.3～0.8h。
本发明的有益效果为：
本发明的活性材料能够有效去除废水中的大肠杆菌和MS2病毒；零价铁屑对大肠杆菌的去除率维持在100％，对MS2病毒的去除率维持在97％以上；12h以内煅烧菱镁矿对MS2病毒的去除率维持在90％以上；秸秆生物炭在0.5h内对大肠杆菌的去除率接近90％。
附图说明
图1为实施例1的零价铁屑对大肠杆菌和MS2病毒的去除率图；
图2为实施例2的煅烧菱镁矿对大肠杆菌和MS2病毒的去除率图；
图3为实施例3的秸秆生物炭对大肠杆菌和MS2病毒的去除率图。
具体实施方式
本发明提供了一种活性材料对废水中大肠杆菌和病原体的去除方法，包含如下步骤：
1)将多孔材料装填到土柱中；
2)对土柱自下而上通入气体；
3)顺次将背景溶液、废水注入土柱中；
步骤1)所述多孔材料为零价铁屑、菱镁矿、秸秆生物炭或石灰石；所述多孔材料的粒度为20～40目。
本发明所述土柱的形状优选为圆柱形，所述土柱的内径优选为0.7～1.3cm，进一步优选为0.8～1.2cm，更优选为1cm；所述土柱的高优选为8～10cm，进一步优选为9cm。
本发明所述病原体优选为MS2病毒；所述菱镁矿优选为煅烧菱镁矿。
本发明步骤1)所述装填的方式优选为干法装填；所述装填优选采用漏斗；所述装填的过程中优选不断敲击柱体，使土柱内的多孔材料呈均一紧实分布。
本发明步骤1)所述多孔材料的粒度优选为25～35目，进一步优选为30目。
本发明步骤2)所述气体优选为易溶于水的气体或惰性气体，进一步优选为CO2气体；所述气体的通入时间优选为5～7h，进一步优选为6h；所述气体的压力优选为0.01～0.03MPa，进一步优选为0.02MPa。
本发明所述气体用于去除土柱内介质孔隙间的空气。
本发明步骤3)优选将土柱竖直固定后注入背景溶液、废水；所述注入优选采用活塞泵；所述背景溶液优选为NaCl溶液，所述背景溶液的浓度优选为1.5～2.5mmol/L，进一步优选为2mmol/L；所述背景溶液的用量优选为150～250mL，进一步优选为200mL；所述背景溶液的注入时间优选为8～12h，进一步优选为10h。
本发明当所述多孔材料为零价铁屑时，背景溶液和废水的流速均优选为0.13～0.25mL/min，进一步优选为0.18～0.2mL/min；当所述多孔材料为菱铁矿时，背景溶液和废水的流速均优选为0.15～0.25mL/min，进一步优选为0.19～0.21mL/min；当所述多孔材料为秸秆生物炭时，背景溶液和废水的流速均优选为0.2～0.3mL/min，进一步优选为0.24～0.26mL/min；当所述多孔材料为石灰石时，背景溶液和废水的流速均优选为0.05～0.15mL/min，进一步优选为0.09～0.12mL/min。
本发明步骤3)所述注入的位置优选为土柱下端；所述废水与土柱中多孔材料的接触时间优选为0.3～0.8h，进一步优选为0.5h。
本发明将废水注入土柱之后优选在土柱出口处收集处理后的废水；所述收集的间隔时间优选为0.3～0.8h，进一步优选为0.5～0.6h；所述收集优选采用馏分收集器。
本发明所述处理后的废水优选采用NaCl溶液进行稀释，所述NaCl溶液的浓度优选为1.5～2.5mmol/L，进一步优选为2mmol/L；所述稀释的倍数优选分别为104、105、106和107；所述稀释后优选采用平板计数法测定处理后的废水中大肠杆菌和病原体的浓度。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
用漏斗将粒度为30目的零价铁屑采用干法装填到圆柱形土柱(内径为1cm，高为9cm)中。装填均一紧实之后，对土柱自下而上通入CO2气体，通入气体的时间为6h，气体的压力为0.02MPa。通完气体之后由土柱下端采用活塞泵自下而上注入2mmol/L的NaCl溶液作为背景溶液，NaCl溶液的用量为200mL，流速为0.18mL/min，通入时间为10h。然后由土柱下端采用活塞泵自下而上注入废水(废水中，大肠杆菌和MS2病毒的量为109CFU/mL)，废水的流速为0.18mL/min，废水与零价铁屑的接触时间为0.5h。在土柱出口处每隔0.5h使用馏分收集器自动收集处理后的废水。将1mL收集的废水采用2mmol/L的NaCl溶液进行稀释，分别稀释104、105、106和107倍，然后采用平板计数法测定废水中大肠杆菌和MS2病毒的浓度。
实施例1在PRB装置运行15小时内，能够有效去除废水中的大肠杆菌和MS2病毒，对大肠杆菌的去除率维持在100％，对MS2病毒的去除率维持在97％以上，零价铁屑对大肠杆菌和MS2病毒的去除率如图1所示。
实施例2
用漏斗将粒度为20目的煅烧菱镁矿采用干法装填到圆柱形土柱(内径为0.8cm，高为8cm)中。装填均一紧实之后，对土柱自下而上通入氩气，通入气体的时间为5h，气体的压力为0.015MPa。通完气体之后由土柱下端采用活塞泵自下而上注入1.5mmol/L的NaCl溶液作为背景溶液，NaCl溶液的用量为250mL，流速为0.19mL/min，通入时间为8h。然后由土柱下端采用活塞泵自下而上注入废水(废水中，大肠杆菌和MS2病毒的量为109CFU/mL)，废水的流速为0.19mL/min，废水与煅烧菱镁矿的接触时间为0.4h。在土柱出口处每隔0.5h使用馏分收集器自动收集处理后的废水。将1mL收集的废水采用1.5mmol/L的NaCl溶液进行稀释，分别稀释104、105、106和107倍，然后采用平板计数法测定废水中大肠杆菌和MS2病毒的浓度。
实施例2在PRB装置运行15小时内，能够有效去除废水中的大肠杆菌和MS2病毒，12h以内对MS2病毒的去除率维持在90％以上，12h后去除率稍微下降；对大肠杆菌的去除率随时间的增加逐渐降低，煅烧菱镁矿对大肠杆菌和MS2病毒的去除率如图2所示。
实施例3
用漏斗将粒度为40目的秸秆生物炭采用干法装填到圆柱形土柱(内径为1.2cm，高为10cm)中。装填均一紧实之后，对土柱自下而上通入CO2气体，通入气体的时间为7h，气体的压力为0.025MPa。通完气体之后由土柱下端采用活塞泵自下而上注入2.5mmol/L的NaCl溶液作为背景溶液，NaCl溶液的用量为150mL，流速为0.24mL/min，通入时间为11h。然后由土柱下端采用活塞泵自下而上注入废水(废水中，大肠杆菌和MS2病毒的量为109CFU/mL)，废水的流速为0.24mL/min，废水与秸秆生物炭的接触时间为0.7h。在土柱出口处每隔0.5h使用馏分收集器自动收集处理后的废水。将1mL收集的废水采用2.5mmol/L的NaCl溶液进行稀释，分别稀释104、105、106和107倍，然后采用平板计数法测定废水中大肠杆菌和MS2病毒的浓度。
实施例3在PRB装置运行15小时内，能够有效去除废水中的大肠杆菌和MS2病毒，在0.5h内对大肠杆菌的去除率接近90％，随后去除率逐渐下降，维持在60％左右；15h内对MS2病毒的去除率维持在65～75％之间，秸秆生物炭对大肠杆菌和MS2病毒的去除率如图3所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种活性材料对废水中大肠杆菌和病原体的去除方法，其特征在于，包含如下步骤：
1)将多孔材料装填到土柱中；
2)对土柱自下而上通入气体；
3)顺次将背景溶液、废水注入土柱中；
步骤1)所述多孔材料为零价铁屑、菱镁矿、秸秆生物炭或石灰石；所述多孔材料的粒度为20～40目。
2.根据权利要求1所述的去除方法，其特征在于，所述土柱的形状为圆柱形，所述土柱的内径为0.7～1.3cm，高为8～10cm；所述装填的方式为干法装填。
3.根据权利要求1或2所述的去除方法，其特征在于，步骤2)所述气体为易溶于水的气体或惰性气体；所述气体的通入时间为5～7h，所述气体的压力为0.01～0.03MPa。
4.根据权利要求3所述的去除方法，其特征在于，步骤3)所述背景溶液为NaCl溶液，所述背景溶液的浓度为1.5～2.5mmol/L，用量为150～250mL。
5.根据权利要求4所述的去除方法，其特征在于，当所述多孔材料为零价铁屑时，背景溶液和废水的流速均为0.13～0.25mL/min；当所述多孔材料为菱铁矿时，背景溶液和废水的流速均为0.15～0.25mL/min；当所述多孔材料为秸秆生物炭时，背景溶液和废水的流速均为0.2～0.3mL/min；当所述多孔材料为石灰石时，背景溶液和废水的流速均为0.05～0.15mL/min。
6.根据权利要求4或5所述的去除方法，其特征在于，步骤3)所述注入的位置为土柱下端；所述废水与土柱中多孔材料的接触时间为0.3～0.8h。
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