CN117550726A - 管道式地下水铬污染去除系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于地下水污染治理技术领域，涉及管道式地下水铬污染去除系统和方法。针对现有技术地下水铬污染治理的方法繁多，但都具有不同的局限性，且单一方法修复效率低，不同方法简单叠加效果不佳的技术问题。本申请提供了管道式地下水铬污染去除系统，包括含有内腔的管道本体，内腔内壁设有阳极模块，内腔设有螺旋叶片，螺旋叶片负载阴极模块，螺旋叶片连接驱动模块，凝胶固化菌剂和磁性矿物材料可在系统中同时作用，将物理吸附、化学还原、生物还原及微电场强化技术有机结合，提高了地下水六价铬污染的去除效果。本申请还提供了管道式地下水铬污染去除方法，简单易行，处理效率高，材料可回收利用，节约了成本。

Description

管道式地下水铬污染去除系统和方法

技术领域

本发明属于地下水污染治理技术领域，具体地，涉及管道式地下水铬污染去除系统和方法。

背景技术

铬是一种普遍存在于自然界的元素，其化合价状态包括二价、三价和六价。通常情况下，自然界中铬主要以三价状态存在，主要来源于岩石风化过程。然而，人类活动导致的含铬废水排放和铬渣无序堆放成为了主要的人为污染源。地下水中的铬污染主要以三价和六价铬的形式存在，并且它们之间存在一定的迁移和转化规律。一般情况下，固体物质更易吸附三价铬并存在于沉积物中，而六价铬更易溶解于水中并相对稳定。环境条件如水体的pH值、有机物含量和氧化还原条件等会影响地下水中三价铬和六价铬之间的相互转化，进而导致不同形态铬的存在，给环境和生态系统带来潜在危害。铬污染对人类健康造成了不可忽视的威胁，尤其是六价铬的毒性超过三价铬100倍以上，可能引发严重疾病如恶性肿瘤、消化道和呼吸系统损伤等。尽管大部分铬渣得到了安全处置，但长期堆放所导致的土壤及地下水污染问题依然突出，成为当前急需解决的生态环境难题，地下水铬污染治理的需求日益迫切。从源头控制，如工业排放和铬污染源头的管理和监管，到地下水的监测和处理，都是解决上述问题的关键，技术手段的不断创新和完善也是解决地下水铬污染的重要途径。近年来，针对地下水铬污染治理的技术不断涌现，采用适当的地下水修复技术措施，对于显著降低地下水铬污染的风险具有重要意义。

六价铬污染目前的处理方法包括化学还原法、电动修复法、生物还原法、吸附法及光催化法等技术手段。如中国发明专利申请公布号为CN105198125 A，申请日为2015年10月28日，名称为：处理工业废水中六价铬离子的方法，公开的方法利用FeSO₄处理污水中六价铬离子，以亚铁离子为还原剂，替代原工艺用焦亚硫酸钠做还原剂还原污水中含有的六价铬，将六价铬还原为三价铬以氢氧化铬的形式沉淀，该方案虽然使用了价格较低廉的铁基还原剂，但该方法类似芬顿反应，存在铁泥产量高，后续危废处置成本高的缺陷。又如中国发明专利申请公布号为CN 102240667A，申请日为2011年04月01日，名称为：铬污染土壤及地下水电动修复及还原解毒方法，公开的方法通过构建出一种电动修复装置，现通过电动修复方式将六价铬从土壤和地下水中迁出来，再利用阳极产生的Fe²⁺对土壤中的六价铬进行还原，使其变为低毒的三价铬。该方法使用了电迁移原理对六价铬进行富集，其需耗用较多的电能，且该方法需引入大量离子工作液，使得其实际应用场景受到较大限制。此外，其他单一处理方法也存在明显不足，如吸附法需频繁更换吸附材料，而光催化法尚处于研发小试阶段。

综上，针对六价铬去除的方法繁多，但每种方法均有其自身的局限性。现有技术中有考虑将多种方法结合处理。如中国发明专利申请公布号为CN114702144A，申请日为2022年04月29日，名称为：一种含有六价铬还原微生物的铬污染修复试剂及其制备方法和应用，公开的方法通过将可溶性盐与六价铬还原微生物耦合的方式在Fe(II)高效还原的基础上，强化六价铬的生物还原，将方案将可溶性盐与六价铬还原微生物的混合液原位注入或喷淋至铬污染土壤或地下水，实现六价铬原位快速修复。此方法虽具有操作简单，修复快速的优势，但因采用了原位加注方式，较易受到场地水文地质特征及土层渗透特性的影响，进而使得深层土壤与地下水的铬污染处理效率较低。又如中国发明专利申请公布号为CN114682624A，申请日为2022年04月29日，名称为：一种铁基复合材料耦合六价铬还原微生物铬污染修复试剂及其制备方法和应用，公开的方法将六价铬还原微生物加入铁基复合材料，制备铁基复合材料耦合六价铬还原微生物的生物制剂，以强化六价铬的生物还原。该方案将铁基复合材料与六价铬还原微生物耦合，利用铁基复合材料充当微生物载体促进微生物生长，且铁基复合材料中含活性Fe(II)等大量电子供体，有利于六价铬的还原。该方法将化学法和生物法相结合，一定程度上加强了处理的效果，但该铁基材料与零价铁类似，存在表面活性位点钝化问题，且该方案未考虑材料循环利用的方式，进而会影响该技术方法的经济适用性。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对地下水铬污染治理方法虽种类繁多，但均存在各自的局限性，如物理吸附法需要定期更换吸附材料，增加了运营成本和维护难度；生物还原法受到水质特征和操作条件的影响较大，其处理效果不稳定且修复周期较长；电动修复法虽然在去除铬污染方面有一定效果，但成本较高且操作复杂。单一方法的修复效率较低，且不同方法的简单叠加无法产生较理想的协同效应，铬污染治理技术创新需求日益迫切。

2.技术方案

为达到上述目的，提供的技术方案为：

本发明的管道式地下水铬污染去除系统，包括含有内腔的管道本体，所述管道本体内腔内壁设有阳极模块；管道本体内腔设有螺旋叶片，所述螺旋叶片负载阴极模块，用于和所述阳极模块配合，进行生物电化学强化反应；所述阳极模块和阴极模块分别和控制器通过导线连接；所述螺旋叶片连接驱动模块；

所述管道本体一端设有进料口，另一端设有管道末端。

优选的，所述阴极模块负载在螺旋叶片表面。在另一些方案中，螺旋叶片本身也可由阴极材料制作而成。

进一步地，所述管道本体呈“U”字形；所述螺旋叶片设置在驱动杆上；“U”字形管道本体的U形弯处设有万向轮，所述万向轮两端分别连接驱动杆，用于转动力的传输；所述万向轮上设有端叶片。

优选的，所述驱动杆和所述驱动模块通过齿轮连接，当驱动装置工作时，齿轮将动力传输给驱动杆，驱动所述螺旋叶片转动。

进一步地，所述管道本体为多个，多个管道本体通过所述进料口和管道末端依次连接；所述进料口和管道末端的连接处设有万向轮。

优选的，所述多个管道本体既可以在纵向的高度方向上重复设置，也可以在横向的宽度方向上重复设置，以适应不同的空间需求。

进一步地，还包括材料回用系统；所述材料回用系统包括过滤装置、酸洗装置、清洗装置和混合装置；

所述过滤装置设有和所述管道末端连接的进水口，所述过滤装置设有出水口，所述出水口设有过滤网；

所述过滤装置和酸洗装置通过磁鼓连接，所述磁鼓上设有刮板；

所述清洗装置分别通过槽连通酸洗装置和混合装置；

所述酸洗装置和清洗装置中分别设有筛网；所述筛网至少一端插入所述槽。

优选的，过滤装置和混合装置通过通孔连接。

优选的，所述酸洗装置和清洗装置还分别连接喷淋设备。

进一步地，所述磁鼓设有传输带，所述传输带处于所述过滤装置内的一端低于处于所述酸洗装置的一端。

优选的，所述清洗装置和酸洗装置之间的槽的高度大于所述清洗装置和混合装置之间的槽的高度。

优选的，所述传输带设置于所述过滤装置的一端浸入液面以下，设置于所述酸洗装置的一端未浸入液体。

优选的，所述管道本体外壁上还设有底座。

管道式地下水铬污染去除方法，使用所述管道式地下水铬污染去除系统，包括如下步骤：

将凝胶固化菌剂和磁性矿物材料投入铬污染地下水，得到菌矿混合液；

将所述菌矿混合液置入所述管道式地下水铬污染去除系统，进行物理化学-生物-微电场耦合反应，得到净化混合液。

进一步地，所述凝胶固化菌剂包含一种或多种菌种，所述菌种具备铬还原转化能力；所述磁性矿物材料包含一种或多种矿物，所述矿物具备吸附或还原六价铬能力。

进一步地，所述凝胶固化菌剂和磁性矿物材料的质量比为1∶20～1∶100。

进一步地，微电场施加的电压为1～5V。

进一步地，还包括将所述净化混合液进行固液分离的步骤，回收得到凝胶固化菌剂和磁性矿物材料混合物。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的管道式地下水铬污染去除系统，在管道本体内腔内壁设阳极模块，内腔设有负载阴极模块的螺旋叶片，进行电化学反应，螺旋叶片连接驱动模块，一端设有铬污染地下水进料口，另一端设有铬污染地下水管道末端，在同一系统内，针对地下水六价铬污染，实现物理吸附、化学还原、生物还原和微电场技术耦合反应，可快速实现地下水六价铬污染的去除。管道式设计，使得装置整体密封性较好，适用于一些厌氧还原菌的生长。螺旋叶片的设计，集搅拌和推动于一体，可以实现不间断连续处理，较现有技术的批处理方式，更加高效。且可根据不同地区处理量的大小，对管道本体的长度进行适配。在管道本体后段还可加装过滤装置，用于菌种和矿物材料的再生活化，系统整体紧凑高效。

(2)本发明的管道式地下水铬污染去除方法，使用管道式地下水铬污染去除系统，包括将凝胶固化菌剂和磁性矿物材料投入铬污染地下水，得到菌矿混合液，再将混合液置入管道式地下水铬污染去除系统，进行物理-生物-电化学耦合反应，本方案适用于不同微生物菌种，以及不同的矿物材料，适用场景广。较单一的处理方法，叠加作用明显，对地下水六价铬污染去除作用更加高效，还可在反应后，对磁性矿物材料和凝胶固化菌剂进行再过滤、活化后再生利用，降低了处理的成本，无需对材料经常性换新。

附图说明

图1为实施例1中管道式地下水铬污染去除系统第一视角示意图；

图2为实施例1中管道式地下水铬污染去除系统第二视角示意图；

图3为实施例1中管道式地下水铬污染去除系统第三视角示意图；

图4为实施例1中材料回用系统第一视角示意图。

图中：

1、管道本体；2、螺旋叶片；3、驱动杆；4、万向轮；5、端叶片；6、进料口；7、管道末端；8、阳极模块；9、驱动装置；10、齿轮；11、底座；12、过滤装置；13、酸洗装置；14、清洗装置；15、混合装置；16、进水口；17、出水口；18、通孔；19、槽；20、过滤网；21、磁鼓；22、筛网；23、混合填料出口；24、刮板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

下面结合附图1-4对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施方式中使用的菌种为申请人购买的商业菌种，菌种的生物材料保藏信息：一株还原铬酸盐间抱囊菌，拉丁命名为Intrasporangium chromatireducens，于2010年11月01日保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所)，保藏号为CGMCC No.1.10750。

实施例1

本实施例的管道式地下水铬污染去除系统，如图1-4所示，包括含有内腔的管道本体1，管道本体1内腔内壁设有阳极模块8，贴附在管道内壁的阳极模块8，降低了对管道本体1内腔的占用，提高了管道内的处理体积，能容纳更多的地下铬污染污水，另外，贴附式的设计，避免了死角，便于清理。管道本体1一端设有铬污染地下水进水口16，另一端为管道末端7。

管道本体1内腔设有螺旋叶片2，螺旋叶片2负载阴极模块，基于成本的考虑，本实施中，阴极模块负载在螺旋叶片2表面。在另一些方案中，螺旋叶片2本身也可由阴极材料制作而成。螺旋叶片2设置在驱动杆3上，驱动杆3的延伸方向同管道本体1的轴向一致，驱动杆3设置在管道本体1的轴上，当驱动杆3由外部提供动力旋转时，带动螺旋叶片2转动。本实施例中，螺旋叶片2通过驱动杆3，以及设置在管道本体1外的齿轮10和驱动装置9连接。驱动装置9设置在管道本体1外，靠近进料口6一侧。作用时，驱动装置9带动齿轮10转动，齿轮10带动驱动杆3旋转，螺旋叶片2旋转。本实施例的管道本体1外壁上还设有底座11，方便系统整体固定。

本实施例的管道本体1呈“U”字形，在另一些实施例中，管道本体1还可呈多个“U”字形串联的形状，其目的是为了避免管道本体1过长，占用太多长度空间。在另一些实施例中，为了加工的便利，还可使管道本体1通过进料口6和管道末端7依次串联连接，形成多个“U”字形连接的形状。如此设计，为了使螺旋叶片2能正常工作，在“U”字形管道本体1的U形弯处内部设有万向轮4，或者进料口6和管道末端7的连接处设有万向轮4，万向轮4两端分别连接不同驱动杆3，用于转动力的传输；万向轮4上还设有端叶片5。多个管道本体1既可以在纵向的高度方向上重复设置，也可以在横向的宽度方向上重复设置，以适应不同的空间需求。

阴极模块用于和阳极模块8配合，进行微电场耦合反应。阳极模块8和阴极模块分别和控制器电连接，控制器用于给阳极模块8和阴极模块施加电流，本实施例中，控制器可采用太阳能供电，节约成本。

本实施例的管道式地下水铬污染去除系统，还包括材料回用系统，材料回用系统包括过滤装置12、酸洗装置13、清洗装置14和混合装置15。过滤装置12设有和管道末端7连接的进水口16。过滤装置12和酸洗装置13通过磁鼓21连接，磁鼓21上设有刮板24。清洗装置14分别通过槽19连通酸洗装置13和混合装置15。酸洗装置13和清洗装置14中分别设有筛网22；筛网22至少一端插入槽19。过滤装置12用于将净化混合液中的凝胶固化菌剂和磁性矿物材料分离出来；酸洗装置13用于对磁性矿物材料酸洗再生；清洗装置14用于对酸洗再生后的磁性矿物材料清洗；混合装置15用于将再生后的凝胶固化菌剂和磁性矿物材料再次混合。

过滤装置12设有进水口16和出水口17，出水口17处设有过滤网20，过滤装置12和酸洗装置13之间设有磁鼓21，磁鼓21设有传输带，传输带处于所述过滤装置12内的一端低于处于酸洗装置13的一端，磁鼓21上设有刮板24，磁鼓21用于吸附磁性矿物材料，刮板24用于将磁性矿物材料从刮板24上刮下，并落入酸洗装置13中。本实施例的磁鼓21采用条带式传输模式，设置于过滤装置12的一端浸入液面以下，设置于酸洗装置13的一端未浸入液体。清洗装置14和酸洗装置13之间的槽19的高度大于清洗装置14和混合装置15之间的槽19的高度。酸洗装置13和清洗装置14中设有筛网22，用于接住从磁鼓21上掉落的磁性矿物材料，掉落在酸洗装置13中筛网22上的磁性矿物材料在重力作用下再次落入清洗装置14中，并在重力作用下进入混合装置15。述酸洗装置和清洗装置还分别连接喷淋设备，采用喷淋方式酸洗，以减少酸液的使用量。清洗时也采用喷淋时清洗，以减少水资源的使用。本实施例中，过滤装置12和混合装置15之间还设有通孔18，以使过滤装置中的凝胶固化菌剂在液体作用下进入混合装置15，凝胶固化菌剂因没有磁力，不会通过磁鼓21进入酸洗装置13。

过滤装置12保证了处理后净水与凝胶固化菌剂及矿物材料的分离，磁鼓21实现了矿物材料与凝胶固化菌剂的分离，酸洗装置13起到矿物材料活化效果，清洗装置14为保障了后续生物反应体系不受酸性条件的限制，混合装置15满足了凝胶固化菌剂与活化后的矿物材料的再次混合，混合装置15还设有混合填料出口23，以使再生的混合填料回到管道本体1中。

本实施例涉及一种管道式地下水铬污染去除系统，用管道本体1内腔中设置螺旋叶片2的设计，可实现螺旋推流功能，能满足高固液比条件下铬污染的去除需求，较好的拓展了该系统在不同固液比条件下的应用场景。

实施例2

本实施例的管道式地下水铬污染去除方法，使用实施例1的管道式地下水铬污染去除系统，包括如下步骤：

(1)将凝胶固化菌剂和磁性矿物材料投入铬污染地下水中，得到菌矿混合液。依据铬污染地下水水质特征，凝胶固化菌剂与磁性矿物材料的质量比可以是1∶20、1∶40、1∶60、1∶80及1∶100。本实施例中，管道管径为30cm，管道总长度为20m，其中设置3处U形弯。铬污染地下水的浓度约为20mg/L，凝胶固化菌剂与磁性矿物材料的质量比例为1∶40，凝胶固化菌剂与磁性矿物材料累计体积与铬污染废水的比例为1∶1。

本实施例中，凝胶固化菌剂为间孢囊菌，在另一些实施例中，凝胶固化菌剂还可以是硫酸盐还原菌、节杆菌、微球菌、棒状杆菌、芽孢杆菌、硫杆菌或假单胞菌。

本实施例中，磁性矿物材料为磁铁矿与壳聚糖的3∶1混合矿物材料，在另一些实施例中，磁性矿物材料还可以是由磁铁矿、磁赤铁矿及雌黄铁矿与麦饭石、壳聚糖或沸石的混合材料。

(2)将混合污水置入管道式地下水铬污染去除系统，控制外加电压为5V，采用间歇式反应，待管道充满后停止进水，使铬污染地下水在管道中的停留时间为2h，进行物理-生物-电化学耦合反应，2h后获得净化混合液并开始进水，进入下一反应周期。

(3)本实施例还包括对净化混合液进行过滤：利用材料回用系统，通过磁鼓21将凝胶固化菌剂和磁性矿物材料分离，磁性矿物材料顺序通过酸洗装置13和清洗装置14活化再生，再在混合装置15与凝胶固化菌剂混匀回用。过滤装置12一端和出水口17连接，另一端和混合装置15连接；磁鼓21位于过滤装置12和酸洗装置13中间，其采用条带式传输模式，其向过滤装置12倾斜，设置于过滤装置12部分的磁鼓21浸入液面以下，设置于酸洗装置13部分的磁鼓21未浸入液体；酸洗装置13采用喷淋方式酸洗，其与清洗装置14相连接，清洗装置14亦采用喷淋方式清洗，其一端与酸洗装置13相连接，另一端和混合装置15连接。磁性矿物材料的酸洗及清洗时，将矿物颗粒材料置于筛网22上，然后采用酸性液体及洁净水分别进行淋洗。过滤后的水可以置入上游检测井中，再生混合的凝胶固化菌剂和磁性矿物材料同下游监测井中的待处理污水再次置入管道式地下水铬污染去除系统。经检测，经过本实施例处理后地下水六价铬去除率可达98.6％。本实施例的方法除采用间歇式序批处理的方法外，还可以进行连续处理。

实施例3

本实施例的地下水铬污染去除，采用实施例2的方法，同样采用30cm管径管道，管道总长度为20m，设置3处U形弯；凝胶固化菌剂(间孢囊菌)与磁性矿物材料(磁性矿物材料为磁铁矿与壳聚糖的3∶1混合矿物材料)的质量比例为1∶40；凝胶固化菌剂与磁性矿物材料累计体积与铬污染废水的比例为1∶1；控制外加电压为5V。

分别控制管道式地下水铬污染去除系统的间歇性反应时间分别为0.5h、1h、2h及5h，地下水铬污染初始浓度分别为20mg/L、50mg/L，不同条件下地下水铬污染去除率如表1所示。地下水铬污染初始浓度为20mg/L时，2h的反应时间可获得极好处理效果，但当地下水铬污染浓度为50mg/L时，在延长反应时间条件下，亦可获得较好处理效果。该系统需针对不同铬污染浓度地下水进行反应系统控制，当出水铬污染浓度偏高时，可通过延长反应时间的方式进行强化去除。

表1不同条件下地下水铬污染去除率/％

实施例4

本实施例的地下水铬污染去除，采用实施例2的方法，同样采用管道直径为30cm，管道总长度为20m，设置3处U形弯；凝胶固化菌剂(间孢囊菌)与磁性矿物材料(磁性矿物材料为磁铁矿与壳聚糖的3∶1混合矿物材料)的质量比例为1∶40；凝胶固化菌剂与磁性矿物材料累计体积与铬污染废水的比例为1∶1；控制管道式地下水铬污染去除系统的间歇性反应时间为2h；地下水铬污染初始浓度为20mg/L。

分别控制外加电压为1V、3V、5V及10V，2h后管道式地下水铬污染去除系统的铬污染去除率分别为70.3％、93.5％、98.6％、85.1％，表明3～5V的电压设置可获得较理想的去除效果，较低的电压未能充分利用电化学耦合方式，较高的电压可能对菌剂产生了一定的抑制效果。

实施例5

本实施例的地下水铬污染去除，采用实施例2的方法，同样采用管道直径为30cm，管道总长度为20m，设置3处U形弯；凝胶固化菌剂(间孢囊菌)与磁性矿物材料(磁性矿物材料为磁铁矿与壳聚糖的3∶1混合矿物材料)的质量比例为1∶40；控制管道式地下水铬污染去除系统的间歇性反应时间为2h；地下水铬污染初始浓度为20mg/L；控制外加电压为5V。

分别控制凝胶固化菌剂与磁性矿物材料与铬污染废水的累计体积比分别为1∶1、1∶2、1∶3，2h后管道式地下水铬污染去除系统的铬污染去除率分别为98.6％、98.5％、95.7％，表明在体积比1∶2时仍可获得较好处理效果，继续增大体积比将降低铬污染去除效果。

实施例6

本实施例的地下水铬污染去除，采用实施例2的方法，同样采用管道直径为30cm，管道总长度为20m，设置3处U形弯；凝胶固化菌剂(间孢囊菌)与磁性矿物材料(磁性矿物材料为磁铁矿与壳聚糖的3∶1混合矿物材料)的质量比例为1∶40；凝胶固化菌剂与磁性矿物材料累计体积与铬污染废水的比例为1∶1；地下水铬污染初始浓度为20mg/L；控制外加电压为5V。

与实施例2不同的是，本实施例采用连续运行方式，通过流量调节控制管道式地下水铬污染去除系统的停留时间为2h，当酸洗装置13不采用酸性溶液淋洗，同样采用中性净水清洗时，连续运行5个循环后，铬污染处理效率出现降低，约为93.9％，此时更换酸洗装置13淋洗液为酸性溶液，下一个周期，铬污染处理效率可明显提高至98.2％，表明材料回用系统可有效清除矿物材料表面钝化层。

对比例1

本对比例的地下水铬污染去除，基本同实施例2的方法，同样采用管道直径为30cm，管道总长度为20m，设置3处U形弯；地下水铬污染初始浓度为20mg/L；控制外加电压为5V。不同的是：处理的时候，不添加磁性矿物材，2h后铬污染处理率约为56.9％，表明磁性矿物材料的吸附还原作用对该系统有较大贡献。

对比例2

本对比例的地下水铬污染去除，基本同实施例2的方法，同样采用管道直径为30cm，管道总长度为20m，设置3处U形弯；磁性矿物材料(磁性矿物材料为磁铁矿与壳聚糖的3∶1混合矿物材料)累计体积与铬污染废水的比例为1∶1；地下水铬污染初始浓度为20mg/L；控制外加电压为5V。不同的是：处理的时候，不添加凝胶固化菌剂，2h后铬污染处理率约为76.1％，表明该系统菌剂添加亦发挥了重要作用。

对比例3

本对比例的地下水铬污染去除，基本同实施例2的方法，同样采用管道直径为30cm，管道总长度为20m，设置3处U形弯；凝胶固化菌剂(间孢囊菌)与磁性矿物材料(磁性矿物材料为磁铁矿与壳聚糖的3∶1混合矿物材料)的质量比例为1∶40；凝胶固化菌剂与磁性矿物材料累计体积与铬污染废水的比例为1∶1；地下水铬污染初始浓度为20mg/L。不同的是：处理的时候，不施加外加电压，2h后铬污染处理率约为65.1％，表明微电场对该系统有较强的系统处理作用。

综上，本申请提出了一种创新的管道式地下水铬污染去除系统，其独特之处在于有机耦合了物理吸附、化学还原、生物还原和微电场技术，综合利用了多种技术特点，显著提高了地下水中六价铬污染的去除效率。该方案操作简单易行，处理效率高，且采用的反应材料可循环使用，有利于节约运营成本。

Claims (10)

1.管道式地下水铬污染去除系统，其特征在于：包括含有内腔的管道本体(1)，所述管道本体(1)内腔内壁设有阳极模块(8)；管道本体(1)内腔设有螺旋叶片(2)，所述螺旋叶片(2)负载阴极模块，用于和所述阳极模块(8)配合，进行生物电化学强化反应；所述阳极模块(8)和阴极模块分别和控制器通过导线连接；所述螺旋叶片(2)连接驱动模块；

所述管道本体(1)一端设有进料口(6)，另一端设有管道末端(7)。

2.根据权利要求1所述的管道式地下水铬污染去除系统，其特征在于：所述管道本体(1)呈“U”字形；所述螺旋叶片(2)设置在驱动杆(3)上；“U”字形管道本体(1)的U形弯处设有万向轮(4)，所述万向轮(4)两端分别连接驱动杆(3)，用于转动力的传输；所述万向轮(4)上设有端叶片(5)。

3.根据权利要求2所述的管道式地下水铬污染去除系统，其特征在于：所述管道本体(1)为多个，多个管道本体(1)通过所述进料口(6)和管道末端(7)依次连接；所述进料口(6)和管道末端(7)的连接处设有万向轮(4)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的管道式地下水铬污染去除系统，其特征在于：还包括材料回用系统；所述材料回用系统包括过滤装置(12)、酸洗装置(13)、清洗装置(14)和混合装置(15)；

所述过滤装置(12)设有和所述管道末端(7)连接的进水口(16)，所述过滤装置(12)设有出水口(17)，所述出水口(17)设有过滤网(20)；

所述过滤装置(12)和酸洗装置(13)通过磁鼓(21)连接，所述磁鼓(21)上设有刮板(24)；

所述清洗装置(14)分别通过槽(19)连通酸洗装置(13)和混合装置(15)；

所述酸洗装置(13)和清洗装置(14)中分别设有筛网(22)；所述筛网(22)至少一端插入所述槽(19)。

5.根据权利要求4所述的管道式地下水铬污染去除系统，其特征在于：所述磁鼓(21)设有传输带，所述传输带处于所述过滤装置(12)内的一端低于处于所述酸洗装置(13)的一端。

6.管道式地下水铬污染去除方法，其特征在于：使用权利要求1-5任一项所述管道式地下水铬污染去除系统，包括如下步骤：

将凝胶固化菌剂和磁性矿物材料投入铬污染地下水，得到菌矿混合液；

将所述菌矿混合液置入所述管道式地下水铬污染去除系统，进行物理化学-生物-微电场耦合反应，得到净化混合液。

7.根据权利要求6所述的管道式地下水铬污染去除方法，其特征在于：所述凝胶固化菌剂包含一种或多种菌种，所述菌种具备铬还原转化能力；所述磁性矿物材料包含一种或多种矿物，所述矿物具备吸附或还原六价铬能力。

8.根据权利要求6所述的管道式地下水铬污染去除方法，其特征在于：所述凝胶固化菌剂和磁性矿物材料的质量比为1∶20～1∶100。

9.根据权利要求6所述的管道式地下水铬污染去除方法，其特征在于：微电场施加的电压为1～5V。

10.根据权利要求6-9任一项所述的管道式地下水铬污染去除方法，其特征在于：还包括将所述净化混合液进行固液分离的步骤，回收得到凝胶固化菌剂和磁性矿物材料混合物。