地下水中含氯乙烯污染物的处理方法及系统与流程

本发明涉及环保领域，涉及一种地下水中含氯乙烯污染物的处理方法及系统，更具体地，涉及一种结合厌氧/好氧生物处理地下水中含氯乙烯污染物的方法及系统。

背景技术：

含氯乙烯，如四氯乙烯及三氯乙烯，被广泛用作溶剂、脱脂剂及化学原料，造成了其在自然系统内积累，是地下水中常见的污染物之一。地下水中含氯乙烯污染物的常用处理方法有物理方法、化学方法及生物方法，常见的物理/化学方法的原理，是利用污染物或被污染介质的物化特性，达到破坏、分离或稳定污染物的目的，但是这两种方法是治标不治本的治理方法，很难达到环境友好的要求。与物理方法和化学方法相比，生物方法最大优点是可以实现无害化、无二次污染、处理成本低，是一种较为经济的污染处理方式。

因此，目前地下水污染场地大多采用现场生物处理技术，促进土壤或地下水中的原生菌的生长与繁殖，以分解或去除溶解在水中或吸附在土壤介质中的污染物。现有的含氯乙烯类地下水污染场地主要是在厌氧环境下以生物厌氧脱氯的方式转化污染物，在厌氧环境下，含氯数高的四氯乙烯及三氯乙烯能够较快的被生物降解，转化为含氯数低的二氯乙烯或氯乙烯，二氯乙烯及氯乙烯为还原态物质，在厌氧的条件下分解速度较慢，时常会累积在地下水层中，形成长时间且持续的污染状态。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种地下水中含氯乙烯污染物的处理方法，它可以加快含氯乙烯污染场地的整治时间，并减少其生物降解副产物迟滞停留于地下环境中造成二次污染的可能性。此外，本发明还要提供一种地下水中含氯乙烯污染物的处理系统。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种地下水中含氯乙烯污染物的处理方法，包括以下步骤：

步骤一、向厌氧反应柱中植入厌氧混合菌群，通过管路向厌氧反应柱中加入无机盐、碳源及污染水源，在厌氧反应柱中四氯乙烯与三氯乙烯转化为二氯乙烯及氯乙烯；

步骤二、厌氧反应柱内产生的代谢产物进入好氧反应柱，并同时向好氧反应柱中通入氧源，好氧反应柱内植入有好氧混合菌群；

步骤三、好氧反应柱利用厌氧反应柱中代谢产生的甲烷，提供好氧共代谢辅助基质，将二氯乙烯与氯乙烯完全降解；

步骤四、收集处理后的溶液并进行检测。

作为优选的技术方案，所述厌氧混合菌群是以酒厂厌气消化槽内取回污泥，以微生物恒化培养的方式，使用马达半连续进流至厌氧混合菌系统，驯化具有脱氯或能代谢四氯乙烯的菌种作为种植来源。

作为优选的技术方案，所述厌氧反应柱内的氧化还原电位为-100毫伏，所述好氧反应柱内的氧化还原电位为100毫伏。

作为优选的技术方案，所述步骤一中还包括对厌氧反应柱内的溶液进行实时监测，测试溶液中四氯乙烯、三氯乙烯、二氯乙烯及甲烷的浓度。

作为优选的技术方案，所述步骤三中还包括对好氧反应柱内的溶液进行实时监测，测试溶液中二氯乙烯、氯乙烯、乙烯及甲烷的浓度。

作为优选的技术方案，所述碳源为醋酸钠溶液或乳酸溶液，所述营养盐与碳源的混合物中碳、氮、磷、矿物质、微量营养素的重量比为100:10:1:0.1:0.01。

作为优选的技术方案，所述氧源为过氧化氢溶液。

本发明的第二方面，提供一种地下水中含氯乙烯污染物的处理系统，应用于上述含氯乙烯污染物的处理方法，包括厌氧反应区及好氧反应区，所述厌氧反应区包括厌氧反应柱，所述厌氧反应柱内填充有厌氧生物附着填料，所述厌氧反应柱的进料口连接无机盐输送管、碳源输送管、污染源输送管，出料口通过混合接管连接所述好氧反应区，所述好氧反应包括好氧反应柱，所述好氧反应柱内填充有好氧生物附着填料，所述好氧反应柱的进料口连接所述混合接管及氧源输送管，所述好氧反应柱的出料口连接水流收集瓶。

厌氧反应柱中以醋酸钠、乳酸提供碳源及能源，通过添加硫化钠建立厌氧环境，厌氧反应柱内的氧化还原电位维持在-100毫伏，好氧反应柱中以添加过氧化氢建立好氧环境，好氧反应柱内的氧化还原电位维持在100毫伏。系统中，可以监测得知污染物在厌氧/好氧环境下的生物降解速率，由此推算地下环境转变形态，促使微生物生长时得到另一碳源而产生氧化酵素以便进一步分解污染物。

作为优选的技术方案，所述厌氧反应柱与好氧反应柱，于反应柱的前端填入玻璃珠，填充高度为3厘米，然后将称重后的石英砂倒入反应柱，直至反应柱的后端剩余3厘米，再向反应柱中填入玻璃珠；所述玻璃珠的粒径为2毫米，所述石英砂的粒径为0.05-2毫米。

进一步地，所述无机盐输送管、碳源输送管、污染源输送管与厌氧反应柱的进料口通过十字型接头连接，所述混合接管、氧源输送管与好氧反应柱的进料口之间通过三通接头连接。

更进一步地，所述无机盐输送管、碳源输送管、污染源输送管、氧源输送管均连接动力输送机构。

更进一步地，所述厌氧反应柱、混合接管、好氧反应柱上设有取样口，所述厌氧反应柱、好氧反应柱上的取样口设置为多个，相邻取样口之间的距离为10-50厘米。

更进一步地，所述好氧反应柱的出料口与水流收集瓶之间设有排气瓶。

本发明的地下水中含氯乙烯污染物的处理方法及系统是一种具有发展潜力的新颖技术，解决了厌氧条件下生物分解四氯乙烯时，产生的二氯乙烯及氯乙烯累积与地下水层中，造成二次污染的问题。由于厌氧生物分解有机物的过程是主要是在厌氧条件下进行，将大分子有机物转化为小分子挥发酸及二氧化碳，挥发酸再次被转化为甲烷及二氧化碳等产物，由此产生的甲烷在好氧条件下，作为辅助基质被好氧微生物作为碳源使用，达到污染物完全矿化的目的。

附图说明

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明含氯乙烯污染物的处理系统的结构示意图。

其中，附图标记具体说明如下：厌氧反应柱100、无机盐输送管101、碳源输送管102、污染源输送管103、十字型接头104、无机盐进样马达105、碳源进样马达106、污染源进样马达107、厌氧反应柱取样口108、好氧反应柱200、氧源输送管201、氧源进样马达202、三通接头203、好氧反应柱取样口204、排气瓶205、水流收集瓶206、混合接管300、接管取样口301。

具体实施方式

如图1所示，一种地下水中含氯乙烯污染物处理系统，包括厌氧反应区与好氧反应区。

厌氧反应区包括厌氧反应柱100，厌氧反应柱100的进料口通过十字型接头104连接无机盐输送管101、碳源输送管102、污染源输送管103，无机盐输送管101连接无机盐进样马达105，碳源输送管102连接碳源进样马达106，污染源进样管连接污染源进样马达107。厌氧反应柱100的内部填充有厌氧生物附着填料，具体为，于反应柱的前端填入玻璃珠，填充高度为3厘米，然后将称重后的石英砂倒入反应柱，直至反应柱的后端剩余3厘米，再向反应柱中填入玻璃珠；玻璃珠的粒径为2毫米，石英砂的粒径为0.05-2毫米，填充完成后进流无机盐、碳源及污染源。厌氧反应柱100内的生物附着填料上附着有厌氧混合菌群，厌氧混合菌群是以酒厂厌气消化槽内取回污泥，以微生物恒化培养的方式，使用马达半连续进流至厌氧混合菌系统，驯化具有脱氯或能代谢四氯乙烯的菌种作为种植来源。厌氧反应柱100每隔10-50厘米设置有厌氧反应柱取样口108，监测四氯乙烯、三氯乙烯、二氯乙烯及甲烷的含量。

好氧反应区包括好氧反应柱200，好氧反应柱200的内部填充有好氧生物附着填料，具体为，于反应柱的前端填入玻璃珠，填充高度为3厘米，然后将称重后的石英砂倒入反应柱，直至反应柱的后端剩余3厘米，再向反应柱中填入玻璃珠；玻璃珠的粒径为2毫米，石英砂的粒径为0.05-2毫米，好氧反应柱200内的好氧生物附着填料上附着有好氧混合菌群。厌氧反应柱100的出料口连接混合接管300，好氧反应柱200的进料口通过三通接头203连接混合接管300及氧源输送管201，氧源输送管201连接氧源进样马达202。厌氧反应柱100上每隔10-50厘米设置有好氧反应柱取样口204，监测二氯乙烯、氯乙烯、乙烯及甲烷的含量。厌氧反应器的出料口连接水流收集瓶206，为了避免空气中的气体进入水流收集瓶206，造成系统不稳定的现象，在水流收集瓶206的前端设置有排气瓶205。

混合接管300上设置有接管取样口301，监测混合接管300内甲烷的含量，确保厌氧反应柱100内的产物流至三通接头203与氧源混合，在好氧反应柱200内以好氧共代谢的方式将污染物完全矿化。

在实际工作时，系统中厌氧反应柱100内的氧化还原电位维持在-100毫伏，好氧反应柱200内的氧化还原电位维持在100毫伏。

下面结合上述处理系统，对含氯乙烯污染物处理方法作进一步详细的说明：

步骤一、向厌氧反应柱100中植入厌氧混合菌群，通过管路向厌氧反应柱100中加入无机盐、碳源及污染水源，在厌氧反应柱100中四氯乙烯与三氯乙烯转化为二氯乙烯及氯乙烯，由厌氧反应柱取样口108取水样进行检测。检测的具体方法为，采集水样于25摄氏度下恒温1小时，待测物达到气液平衡时，以顶空方式抽出气体，注入气相分析仪，分析浓度。碳源为醋酸钠溶液或乳酸溶液，营养盐与碳源的混合物中碳、氮、磷、矿物质、微量营养素的重量比为100:10:1:0.1:0.01。

步骤二、厌氧反应柱100内产生的代谢产物由混合接管300进入好氧反应柱200，并同时向好氧反应柱200中通入氧源，好氧反应柱200内植入有好氧混合菌群。由接管取样口301取水样进行检测，具体方法为，采集水样于25摄氏度下恒温1小时，待测物达到气液平衡时，以顶空方式抽出气体，注入气相分析仪，分析浓度。其中，氧源为过氧化氢溶液。

步骤三、好氧反应柱200利用厌氧反应柱100中代谢产生的甲烷，提供好氧共代谢辅助基质，将二氯乙烯与氯乙烯完全降解，由好氧反应柱取样口204取水样进行检测。检测的具体方法为，采集水样于25摄氏度下恒温1小时，待测物达到气液平衡时，以顶空方式抽出气体，注入气相分析仪，分析浓度。

步骤四、水流收集瓶206收集处理后的溶液并进行检测。

本发明地下水中含氯乙烯污染物处理系统的特点如下：（1）建立一个可以完全生物治理含氯乙烯污染场地的系统；（2）加快含氯乙烯污染场地的整治时间，减少其生物降解副产物迟滞停留于地下环境造成二次污染的可能性；（3）添加已驯化的具体降解四氯乙烯功能的厌氧混合菌群与具有降解二氯乙烯功能的好氧混合菌群；（4）由此模拟系统可以得知四氯乙烯生物降解速率，借此推知地下环境状态改变的适当地位；（5）了解微生物菌群在地下环境系统中的传输。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。