专利名称：一种利用硫酸盐还原菌去除入湖河水矿化度的方法
技术领域：
本发明涉及一种去除入湖河水矿化度的方法，特别涉及到采用A/0运行方式的水体自净强化系统，利用硫酸盐还原菌去除入湖河水矿化度的方法。
背景技术：
已知国内很多行业，如电力、石油炼制、有色金属冶炼、硫酸制备、化纤生产及炼焦、轻工、食品发酵和制药工业等行业，都会带来大量的富含硫酸盐或硫化物的废水，这些含有硫酸盐的工业废水排入河道和湖泊等水体，如果不加以有效处理，含有硫酸盐的水体在长期的厌氧环境中将会大面积的消耗水体中的溶解氧，并降低水体的PH值，产生潜在的腐蚀性，破坏土壤和低泥结构，对水域的食物链和生态环境造成严重的损害。在地下水的监测中，我国西北部分地区地下水中的硫酸盐含量都极高，局部地区地下水中硫酸盐的含量甚至超过1000mg/L，目前国内有部分河流和湖泊水体的年平均矿化度已超过3g/L，对生活用水、工业用水及农田灌溉都会产生不利影响，对矿化度高的河流或湖泊水体的使用，除了采用常规的水处理工艺或措施外，对水体中较高的矿化度或含盐量都必须另外采用专门的除盐工艺才可以使出水水质达到使用要求，也就相当于加大了原水处理的运行成本。另外，水体中矿化度的提高，相当于提高了水体的盐度，而盐度的提升将对水体中的生物进行适应性区分，加快水体中生物种群多样化的削减，以及水体底泥厚度快速增大等不利现象，因此对水体矿化度的有效去除显得相当紧迫。目前许多湖泊水体的矿化度已经升高，对库容量巨大的水体的已有矿化度进行成熟而有效地削减，尚需完善许多技术细节，因此，采用实用的技术处理入湖河流等水体中的矿化度就显得非常重要。对含硫酸盐废水或河道水体的处理，如果采用传统的物理化学脱硫法，一般都要将江河道水体进行外引，引入岸边设立或放置的需电力驱动的水处理装置，投加化学药品， 实现对水体的快速除硫，除硫效率较高外，则这些除硫工艺或装置一般都具有能耗高、处理费用昂贵，以及污泥处置困难等难以克服的缺陷。生物脱硫的主体是硫酸盐还原菌，如脱硫弧菌(Desulfovibrio desulfuricans) 等细菌，将硫酸盐还原为低价硫，一般都是将其直接投放在需要处理的河道或湖泊水体中， 或者将硫酸盐还原菌附着固定在投入水体中的惰性介质上，在厌氧或兼氧条件下，这些特性降解菌群可以硫酸盐作为有机氧化时的受氢体，将硫酸盐中的硫还原为S2—，而在有氧条件下，S2—可以进一步被转化为单质硫而从水体中析出。代表性的化学转化式如下
2CH3CH (OH ) COO _ + SO, — 2CH3C00 “ +S2- + 2C0 2+ 2H20 (以乳酸为培养基质) 工程试验中所使用的硫酸盐还原菌，一般可从含硫酸盐废水污染的水体底泥中采样， 从中培养和分离出能降解硫化物的硫酸盐还原菌，这些细菌目前都可以在纯菌或者混合菌群的培养环境中，实现对水体中硫酸盐的有效降解和去除，利用硫酸盐还原菌除硫的生化过程都具有污泥产量少和运行成本低等优点。因此，针对入湖河道水体如果采用投加硫酸盐还原菌、固定化硫酸盐还原菌或者将河道水体外引至固定硫酸盐还原菌生化工艺设备，来去除水体中的硫酸盐等矿化度，相比常规的物化处理工艺，普遍都将具有成本低、工艺简洁、去除效率高和污泥产量小等优点。目前已经有采用向水体中投加电气石和铁屑等方法提高硫酸盐还原菌生物活性的方法，如中国专利申请号200710072766. 0，授权公开号CN100558657C，该发明的一种提高硫酸盐还原菌的方法通过在硫酸盐还原菌所处理的水体中加入电气石和亚铁盐使水体中的硫酸盐还原菌大量增长，提高了硫酸盐还原菌的活性8% 20%，提高了污水处理效果。该发明的不足之处在于，投加物部分将转入水体的底泥中，并增加生化除硫措施的运行成本。如果直接往水体中投加硫酸盐还原菌或者填料固定化硫酸盐还原菌，虽然操作简单易行，但菌种在水体中的适应性和降解效率都将因受环境因素的影响而波动较大，水体除硫效果难以凑效和控制；而如果将河道水体外引至岸边固定处理设施，虽然处理效果稳定，但将带来较大的占地面积和较高的水处理投资成本。由此可见，采用向水体中直接投加用填料表面固定化的硫酸盐还原菌，进行水体除硫，将发挥运行成本低和操作简单易行的优点，这类发明有着很强的实际应用价值。填料表面附着固定化的硫酸盐还原菌，如果投加在固定的生化反应装置，在稳定相对恒定的环境参数下，如温度在25° C上下波动，避免低温和高温环境，或者避免温度波动范围较大，一般均可以持续地发挥其生物降解活性。但在低温结冰环境中，填料在结冰的情况下，填料表面的固定化微生物在0° C以下，大多已经基本丧失继续还原硫酸盐的生物活性，因此，固定化的生化除硫装置大多在冬季都不能继续稳定运行，基本处于停滞状态； 而在春夏气温修复回升，水体温度适宜微生物正常生长和代谢的要求，基本可以保证生化装置能够能够正常运行，但反应装置却往往又面临着填料需要重新挂膜和启动困难等诸多需要克服的问题。如果对主体生化反应器采用保温措施，在寒冷地区，往往需要消耗更多的能源，如电力、水蒸气或煤，在相当程度上，都将加大生化反应装置的运行成本。
发明内容
发明要解决的技术问题
针对现有技术于中存在的以下问题采用传统的物理化学脱硫法去除季节性低温、干旱且冬季结冰的河流、湖泊水体中硫酸盐等污染物，存在能耗高、处理费用昂贵的问题，以及污泥处置困难等难以克服的缺陷；直接往水体中投加硫酸盐还原菌或者填料固定化硫酸盐还原菌，菌种在水体中的适应性和降解效率都将因受环境因素的影响而波动较大，水体除硫效果难以凑效和控制，本发明提供了一种利用硫酸盐还原菌去除入湖河水矿化度的方法，采用A/0运行方式的水体自净强化系统，能有效降低水体中的硫酸根、有机物和氨氮等污染物的浓度，并降低水体的酸度。技术方案
发明的原理在培养基上富集和放大培养硫酸盐还原菌，然后投加到水体自净强化系统里进行驯化和固定化，依靠富集的硫酸盐还原菌去除水体中的矿化度及其它的污染物。以上本发明的技术目的通过以下技术方案实现
一种利用硫酸盐还原菌去除入湖河水矿化度的方法，它的步骤为 1)构建水体自净强化系统在河道上顺河流流动方向构建水体自净强化系统，它包括两个反应区，分别为兼氧区和好氧区，其中兼氧区采用封闭式结构，无搅拌设备；好氧区则采用敞开式结构，底部设置微孔曝气装置，微孔曝气装置通过太阳能装置提供动力；整个水体自净强化系统的反应器材料选用带固定架的油布或者使用钢筋水泥墙，对自净强化系统内外及兼氧区和好氧区之间的水体进行有效区隔，其中，兼氧区水位高于好氧区水位约 5 30cm，兼氧区与好氧区之间的水流采用上部重力溢流；兼氧区和好氧区内布置固定人工水草；所述的步骤1)中水体自净强化系统的人工水草，上端固定于浮标，下端无固定，随水流浮动，浮标固定在河床的底架上。2)在培养基上富集培养硫酸盐还原菌；
所述的步骤2)中硫酸盐还原菌，分离自含硫酸盐水体所在的底泥；对硫酸盐还原菌进行培养，具体的分离和培养过程为
A)IL 培养基中，主要成分=NH4Cl 1. 0-1. 2g, K2HPO4 0. 5-0. 8g, Mg2SO 4 · 7H20 2. 0-2. 3g, Na2SO4 0. 5-0. 8g, CaCl2 0. 1-0. 3g, (NH4) 3S04 0. 1-0. 3g, C3H5O3Na 0. l-o. 3g ；
B)挑取0.1 Iml泥装于含培养基500-600m1的锥形瓶中，用塑料薄膜封口并用橡皮筋扎紧，经过6-8天的培养，上层培养液由乳白色变为浓黑色；
C)取100ml-150ml培养液，装入250ml锥形瓶中110°C _120°C高压蒸汽灭菌15-25 分钟，在无菌操作环境中，再从步骤B)移入IOml初次培养菌液至本步骤经高压蒸汽灭菌的培养液中，用塑料薄膜封口，置25°C-30°C恒温箱中培养，如此加富培养3-4次，最终获得富集培养的硫酸盐还原菌。3)投加、驯化和固定化硫酸盐还原菌将培养的硫酸盐还原菌按照103-104个/ml 投加到水体自净强化系统的兼氧区，对兼氧区的人工水草进行挂膜，挂膜时间长度4-6周； 好氧区的人工水草则采用河水自然挂膜，挂膜时间长度15-30天。河流静止时，人工水草处于垂直状态，有水流动时，人工水草类随之飘动。这些飘浮类介质竖立在水当中，如同自然界的水草一样与河水相接触，水位降低时呈漂流状，水位升高时呈垂直状；冬季结冰时，人工水草的上部分处于固定状态，下端部分仍可随水流飘动，或处于活动状态，在水深的地方会有鱼类啄食介质上附着的微生物，而水体自净强化系统本身也可以做为鱼类等各种水生生物繁衍共生的场所。根据硫酸盐降解菌的厌氧还原， 以及S2—需要氧化才能从水体中去除的特性，该水体自净强化系统采用不同的挂膜过程，采取分区运行的工艺方案。有益效果
相比于现有技术，本发明一种利用硫酸盐还原菌去除入湖河水矿化度的方法，具有以下有益效果
(1)水体自净强化系统中的人工水草类在春夏都处于悬浮飘动状态，生物活性处于较佳状态，对河流中硫酸盐等污染物的去除作用较好；
(2)采用特殊的挂膜过程和分区运行工艺，在低温和水体结冰等过程中仍然可以实现对水体中的矿化度，尤其是硫酸盐的有效去除；
(3)水体自净强化系统中包括兼氧区，硫酸盐降解菌的在兼氧区发生还原反应；
(4)水体自净强化系统中包括好氧区，使人工水草上的生物膜的生物相处于广谱状态， 对水体中的有机物、氨氮等其它污染物也具有较好的去除效果；
(5)在气温升高和无冰状况下，该水体自净强化系统能仍能迅速恢复活性并开始正常运行，由于填料上生物膜的不断生长和脱落，将产生的少量的生物污泥，这些生物污泥随后可进入水生生物的食物链；
(6)利用人工水草对硫酸盐还原菌的固定化作用，附着和富集硫酸盐还原菌，提高其抗水体流失的能力，并维持相当的生物活性。说明书附图
图1为本发明的人工自净强化系统的结构示意图。图中1-入湖河水；2-兼氧区；3-人工水草；4-好氧区；5-处理后的河水；6_微孔曝气装置；7-太阳能装置。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步介绍。结合图1的人工自净强化系统的结构示意图，一种利用硫酸盐还原菌去除入湖河水矿化度的方法，它的步骤为
1)构建水体自净强化系统在河道上顺河流流动方向构建水体自净强化系统，它包括两个反应区，分别为兼氧区2和好氧区4，其中兼氧区2采用封闭式结构，无搅拌设备；好氧区则采用敞开式结构，底部设置微孔曝气装置6，微孔曝气装置6通过太阳能装置7提供动力；整个水体自净强化系统的反应器材料选用带固定架的油布或者使用钢筋水泥墙，对自净强化系统内外及兼氧区2和好氧区4之间的水体进行有效区隔，其中，兼氧区2水位高于好氧区4水位约5 30cm，兼氧区2与好氧区4之间的水流采用上部重力溢流；兼氧区2和好氧区4内布置固定人工水草3 ；所述的步骤1)中水体自净强化系统的人工水草3，上端固定于浮标，下端无固定，随水流浮动，浮标固定在河床的底架上。2)在培养基上富集培养硫酸盐还原菌；
所述的步骤2)中硫酸盐还原菌，分离自含硫酸盐水体所在的底泥；对硫酸盐还原菌进行培养，具体的分离和培养过程为
A)IL 培养基中，主要成分=NH4Cl 1. 0-1. 2g, K2HPO 4 0. 5-0. 8g, Mg2SO4 · 7H20 2. 0-2. 3g, N a2S04 0. 5-0. 8g, CaCl2 0. 1-0. 3g, (NH4) 3S04 0. 1-0. 3g, C3H5O3Na 0. l-o. 3g ；
B)挑取0.1 Iml泥装于含培养基500-600m1的锥形瓶中，用塑料薄膜封口并用橡皮筋扎紧，经过6-8天的培养，上层培养液由乳白色变为浓黑色；
C)取100ml-150ml培养液，装入250ml锥形瓶中110°C _120°C高压蒸汽灭菌15-25 分钟，在无菌操作环境中，再从步骤B)移入IOml初次培养菌液至本步骤经高压蒸汽灭菌的培养液中，用塑料薄膜封口，置25°C-30°C恒温箱中培养，如此加富培养3-4次，最终获得富集培养的硫酸盐还原菌。3)投加、驯化和固定化硫酸盐还原菌将培养的硫酸盐还原菌按照103-104个/ ml投加到水体自净强化系统的兼氧区2，对兼氧区2的人工水草3进行挂膜，挂膜时间长度 4-6周；好氧区4的人工水草3则采用河水自然挂膜，挂膜时间长度15-30天。实施例1
本发明的一种利用硫酸盐还原菌去除入湖河水矿化度的方法，在富含硫酸盐的河道中，根据河道河床自然结构，设置水体自净强化系统，采用厌氧/好氧的分区结构，入湖河水1进入水体自净强化系统，处理后的河水5通过水体自净强化系统入湖，实现河道水体中硫酸盐的有效去除，其步骤为
1)构建水体自净强化系统在河道上顺河流流动方向设置两个反应区，分别为兼氧区 2和好氧区4，其中兼氧区2采用封闭式结构，无搅拌设备；好氧区4则采用敞开式结构，底部设置微孔曝气装置6，微孔曝气装置6通过太阳能装置7提供动力来源；整个水体自净强化系统的反应器材料选用带固定架的油布，对自净强化系统内外及兼氧区2和好氧区4之间的水体进行有效区隔，其中，兼氧区2水位高于好氧区4水位约5cm，兼氧区2与好氧区4 之间的水流采用上部重力溢流；兼氧区2和好氧区4内布置固定人工水草3 ；兼氧区2和好氧区4内布置采用日本TBR公司的人工水草3，选用的型号是PP+K-45(材料polypropylene +vinylon),比表面积1. 6m2/m，其细密纤维丝加尼龙支撑架的结构利于多种生物膜的固定生长，人工水草3上端固定于浮标(高密度浮球)，下端无固定，随水流浮动，浮标固定在河床的底架上。2)在培养基上富集培养硫酸盐还原菌，硫酸盐还原菌分离自含硫酸盐的水体所在的底泥，对硫酸盐还原菌进行培养，具体的分离和培养过程为
A)IL培养基中所含的主要成分分别为NH4Cl 1. 0g, K2HPO 4 0. 5g，Mg2SO 4 · 7H20 2. 0g, Na2SO4 0. 5g, CaCl2 0. lg, (NH4) 3S04 0. lg, C3H5O3Na 0. Ig ；
B)挑取0.Iml污泥装于含培养基500m 1的锥形瓶中，用塑料薄膜封口并用橡皮筋扎紧，经过6天的培养，上层培养液由乳白色变为浓黑色；
C)取100ml培养液，装入250ml锥形瓶中110°C高压蒸汽灭菌15分钟，在无菌操作环境中，再从步骤B)移入IOml初次培养菌液至本步骤经高压蒸汽灭菌的培养液中，用塑料薄膜封口，置25°C恒温箱中培养，如此加富培养3次，最终获得富集培养的硫酸盐还原菌。3)投加、驯化和固定化硫酸盐还原菌将培养的硫酸盐还原菌按照IO3个/ml投加到水体自净强化系统的兼氧区2，对兼氧区2的人工水草3进行挂膜，时间长度约4周；好氧区4的人工水草则采用河水自然挂膜过程，时间为15天。通过本发明的一种利用硫酸盐还原菌去除入湖河水矿化度的方法处理前、后的有机物和悬浮物平均去除效果对比，如表1所示。表1水体自净强化系统对硫酸盐、有机物和悬浮物的平均去除效果
权利要求
1.一种利用硫酸盐还原菌去除入湖河水矿化度的方法，其特征在于，它的步骤为1)构建水体自净强化系统在河道上顺河流流动方向构建水体自净强化系统，它包括两个反应区，分别为兼氧区(2)和好氧区G)，其中兼氧区(2)采用封闭式结构，无搅拌设备；好氧区(4)则采用敞开式结构，底部设置微孔曝气装置(6)，微孔曝气装置(6)通过太阳能装置(7)提供动力；整个水体自净强化系统的反应器材料选用带固定架的油布或者使用钢筋水泥墙，对自净强化系统内外及兼氧区( 和好氧区(4)之间的水体进行有效区隔，其中，兼氧区⑵水位高于好氧区⑷水位约5 30cm，兼氧区⑵与好氧区⑷之间的水流采用上部重力溢流；兼氧区( 和好氧区内布置固定人工水草(3)；2)在培养基上富集培养硫酸盐还原菌；3)投加、驯化和固定化硫酸盐还原菌将培养的硫酸盐还原菌按照IO3-IO4个/ml投加到水体自净强化系统的兼氧区O)，对兼氧区O)的人工水草C3)进行挂膜，挂膜时间长度 4-6周；好氧区的人工水草C3)则采用河水自然挂膜，挂膜时间长度15-30天。
2.根据权利要求1所述一种利用硫酸盐还原菌去除入湖河水矿化度的方法，其特征在于，所述的步骤1)中水体自净强化系统的人工水草(3)，上端固定于浮标，下端无固定，随水流浮动，浮标固定在河床的底架上。
3.根据权利要求1所述的一种利用硫酸盐还原菌去除入湖河水矿化度的方法，其特征在于，所述的步骤2)中硫酸盐还原菌，分离自含硫酸盐水体所在的底泥；对硫酸盐还原菌进行培养，具体的分离和培养过程为A)IL 培养基中，主要成分=NH4Cl 1.0-1.2g, K2HPO4 0. 5-0. 8g, M g2S0 4 ‘ 7H20 2. 0-2. 3g, N a2S04 0 . 5-0 . 8g, CaCl2 0. 1-0. 3g, (NH4)3SO4 0. 1-0. 3g, C3H5O3Na 0. 1-0. 3g ；B)挑取0.1 Iml泥装于含培养基500-600m 1的锥形瓶中，用塑料薄膜封口并用橡皮筋扎紧，经过6-8天的培养，上层培养液由乳白色变为浓黑色；C)取100ml-150ml培养液，装入250ml锥形瓶中110°C _120°C高压蒸汽灭菌15-25 分钟，在无菌操作环境中，再从步骤B)移入IOml初次培养菌液至本步骤经高压蒸汽灭菌的培养液中，用塑料薄膜封口，置25°C-30°C恒温箱中培养，如此加富培养3-4次，最终获得富集培养的硫酸盐还原菌。
全文摘要
本发明涉及一种去除入湖河水矿化度的方法,公开了一种利用硫酸盐还原菌去除入湖河水矿化度的方法。它的步骤为1)构建水体自净强化系统；2)在培养基上富集培养硫酸盐还原菌；3)投加、驯化和固定化硫酸盐还原菌。本发明的方法采用A/O运行方式的水体自净强化系统，能有效降低水体中的硫酸根、有机物和氨氮等污染物的浓度，并降低水体的酸度。
文档编号C02F3/30GK102491535SQ20111042062
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者丁原红, 任洪强, 牛川, 王庆, 肖椿 申请人:南京大学