一种去除地下水暂时硬度的生物方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理领域，具体涉及一种去除地下水暂时硬度的生物方法。
【背景技术】
[0002]我国目前地下水开采量约占全国城市总用水量的30%，饮用地下水的城镇居民达1亿人以上。暂时硬度即碳酸盐硬度，是总硬度的一部分，相当于与水中重碳酸盐和少量碳酸盐结合的钙、镁所形成的硬度。当水煮沸时，钙、镁的重碳酸盐分解生成沉淀从而降低水的硬度，可以用煮沸的方法来清除的硬度，该部分硬度比较容易除去，称之为暂时硬度。如果硬水中钙和镁主要以硫酸盐、硝酸盐和氯化物等形式存在，即为永久硬度，它们不能用煮沸的方法除去。地下水是我国重要的水源地，高暂时硬度的地下水是目前居民用的比较多的重要的水源。
[0003]我国《生活饮用水卫生标准》规定，饮用水的硬度标准为450mg/L(以Ca⑶3计)。很多地下水的总硬度数值在300mg/L-450mg/L之间，虽未超过规定标准，但由于暂时硬度中HC03—离子的存在，导致符合标准的饮用水普遍存在煮沸后出现大量沉淀或漂浮物，形成水垢，在热水器具内结垢严重，饮用开水感官上不仅难以接受，而且存在诸多的危害。如用水器结垢、肥皂清洁剂效率低、皮肤干燥、衣服发硬等。随着人们对生活质量要求和健康认识的不断提高，寻求一种运行简单可靠和经济的地下水除垢技术是迫切需要的。
[0004]目前，水的软化处理主要的几种方法:一是基于浓度积原理，加入某些药剂，把水中钙、镁离子转变成难溶化合物使之沉淀析出，这一方法称为水的药剂软化法或沉淀软化法;二是基于离子交换原理，利用某些离子交换剂所具有的阳离子与水中钙、镁离子进行反应，达到软化的目的，称为水的离子交换软化法;还有基于电渗析原理，此外，膜软化法近年来也被逐渐用于水的软化处理。
[0005]上述传统的软化处理，无论是工程投资及运行费用均较高，基建和运行管理复杂，对于欠发达地区，实施此类项目存在一定难度。对于总硬度不超标，而由暂时硬度形成的水垢是供水面临的主要问题，在以往的供水中问题不突出，未得到足够的重视，而现有的研究和应用中治理地下水结垢的技术方法鲜见，寻求建设及运行简单可靠的地下水暂时硬度去除的方法，是当前迫切需要的技术方法。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的缺陷或不足，本发明目的在于提供一种处理地下水暂时硬度的生物方法，通过该方法颠覆了以往技术人员去除水中硬度只关注去除水中钙离子或镁离子等的观念，本发明另辟蹊径，发现当水体缺少碳酸氢盐的时候，钙镁离子不能形成碳酸氢钙和碳酸氢镁，从而实现对地下水中暂时硬度去除的目的。不仅大大降低了成本，同时去除效果好，处理时间快。
[0007]为实现上述技术任务，本发明采取的技术手段为:
[0008]—种去除地下水暂时硬度的生物方法，包括驯化地下水中以碳酸氢盐为自养源的自养细菌得到生物菌剂，将生物菌剂通过挂膜的方式固定于生物滤料上进行地下水中碳酸氢盐的去除；
[0009]当地下水中Fe2+浓度小于0.3mg/L时，所述的生物滤料为陶粒；
[0010]当地下水中Fe2+浓度大于或等于0.3mg/L时，所述的生物滤料为石英砂。
[0011 ]具体的，以陶粒为生物滤料进行地下水中碳酸氢盐的去除时间为1?2小时；以石英砂为生物滤料进行地下水中碳酸氢盐的去除时间为2?3小时。
[0012]更具体的，所述的驯化地下水中以碳酸氢盐为自养源的自养细菌包括:
[0013]步骤一:向待治理地下水中投加JGF1富集培养液进行培养，收集培养后的沉淀物质；
[0014]步骤二:向步骤一中得到的沉淀物质中加入JGF2富集培养液培养，之后依次将JGF2富集培养液替换为1体积JGF2富集培养液与1体积灭菌地下水组成的液体培养基、1体积JGF2富集培养液与2体积灭菌地下水组成的液体培养基和1体积JGF2富集培养液与3体积灭菌地下水组成的液体培养基进行培养得到生物菌剂；
[0015]所述的JGF1富集培养液的配方为:
[0016]NaHC03:2.0g,
[0017]CaCl2:1.0g,
[0018]NH4Cl:0.5g,
[0019]NaN03:0.1g,
[0020]KH2P04:0.3g,
[0021]FeS04.7H20:0.1g,
[0022]蒸馏水:1000mL，pH调整为7.0;
[0023]JGF2富集培养液的配方为:
[0024]NaHC03:0.5g，
[0025]CaCl2:1.0g,
[0026]NH4Cl:0.1g,
[0027]NaN03:0.05g，
[0028]KH2P04:0.1g,
[0029]MgS04.7H20:0.01g,
[0030]微量元素溶液:5ml，
[0031]蒸馏水:10001^，？!1调整为7.5;
[0032]所述微量元素溶液为:以质量浓度计，0.5g/L CaCl2、0.5g/L EDTA、0.1g/L ZnS〇4、0.2g/L MnCb.4H20、0.2g/L FeS04.7H20、0.lg/LCuS〇4.5H20和0.lg/LCoCh.6H2O的水溶液。
[0033]再具体的，所述的步骤一中待治理地下水与JGF1富集培养液的体积比为2?3:1;所述的步骤二中，沉淀物质与JGF2富集培养液的体积比为1:8?12。
[0034]进一步的，其特征在于，以陶粒为生物滤料进行生物菌剂的挂膜包括:
[0035]以1体积生物菌剂与1体积JGF2富集培养液组成的液体培养基在陶粒表面进行挂膜。
[0036]优选的，所述的陶粒的粒径为5?10mm，挂膜温度为25?30°C，挂膜时间为7?10天。
[0037]进一步的，以石英砂为生物滤料进行生物菌剂挂膜包括:
[0038]以1体积生物菌剂与1体积JGF2富集培养液组成的液体培养基在石英砂表面进行挂膜。
[0039]优选的，所述的石英砂的粒径为2?4mm，挂膜温度为25?30°C，挂膜时间为12?15天。
[0040]实现所述的去除地下水暂时硬度的生物方法的反应装置，包括去除地下水暂时硬度单元和二次过滤单元，去除地下水暂时硬度单元包括第一滤柱，二次过滤单元包括第二滤柱；
[0041]第一滤柱由上到下依次设置第一进水区、除水暂时硬度区和第一承托区，除地下水暂时硬度区装填有挂上生物菌剂膜的生物滤料；
[0042]第二滤柱由上到下依次设置第二进水区、过滤区和第二承托区，过滤区内装填有石英砂生物滤料。
[0043]具体的，所述的第一滤柱的高度与第二滤柱的高度和内径均相同，且第一进水区与第二进水区的高度相同，除地下水暂时硬度区与过滤区的高度相同，第一承托区与第二承托区的高度相同；
[0044]第一滤柱的内径为0.5?1.0m，第一进水区的高度为0.4?0.6m，除地下水暂时硬度区的高度为3?6m，第一承托区的高度为0.2?0.5m。
[0045]与现有技术相比，本发明得优点在于:
[0046](1)本发明去除地下水暂时硬度的生物方法，利用地下水中的土著自养细菌作为菌源，自养细菌利用碳酸氢盐进行生长繁殖，从而将地下水体中的碳酸氢盐去除；
[0047](2)本发明的处理地下水暂时硬度的生物方法颠覆了以往技术人员去除地下水中硬度只关注去除水中钙离子或镁离子等的观念，本发明另辟蹊径，从去除水中碳酸氢根入手实现对水中暂时硬度去除的目的，不仅大大降低了成本，同时去除效果好，处理时间快；
[0048](3)通过向水体中加入NaHC03和CaCl2，使细菌适应高Ca2+环境，能够利用HC03—的细菌大量生长繁殖获得生物制剂，将生物菌剂通过挂膜的方式固定于生物滤料，利用生物滤料建立二级反应装置，其中第一级装置主要作用是去除水体暂时硬度，第二级装置去除水体暂时硬度兼有截留脱落的生物膜的作用，具有操作简单、管理方便、其运行费用低于其他的常用处理工艺。
【附图说明】
[0049]图1为本发明中的反应器的结构示意图；
[0050]图1中各标号表示为:A-去除地下水暂时硬度单元、1-第一水体参数测量位点、2-第一水栗、3-第一水槽、4-第一滤柱、41-第一进水区、42-除地下水暂时硬度区、43-第一承托区；B-二次过滤单元、5-第二水体参数测量位点、6-第二水槽、7-第二水栗、8-第二滤柱、81-第二进水区、82-过滤区、83-第二承托区；
[0051]图2为实施例一中以石英砂为生物滤料去除水中暂时硬度效果图；
[0052]图3为实施例一中以石英砂为生物滤料去除水中二价铁效果图；
[0053]图4为实施例一中处理前后地下水煮沸效果对比图；
[0054]图5为实施例二中以陶粒为生物滤料去除暂时硬度效果图；
[0055]图6为实施例二中处理前后地下水煮沸效果对比图；
[0056]以下结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明做具体说明。
【具体实施方式】
[0057]地下水煮沸后产生沉淀的原因是其中的碳酸氢根受热分解，生成碳酸根、二氧化碳和水，生成的碳酸根会与水中的钙镁离子结合，生成碳酸钙和碳酸镁沉淀，从而导致了沉淀的产生。
[0058]2HC03——C032—+α)2?+Η20
[0059]C032—+Ca2+—CaC03 丄
[0060]C032—+Mg2+—MgC03 丄
[0061]基于以上存在的问题，发明了专门应用于治理地下水暂时硬度的处理方法，利用地下水中的土著自养细菌作为菌源，自养细菌利用碳酸氢盐进行生长繁殖，从而将水体中碳酸氢盐去除。发明采取如下的技术解决方案:
[0062]步骤一，生物菌剂制备:取待治理地下水中2L，向水中投加JGF1富集培养液，密闭25°C培养7天，用离心机8000转/分钟，离心5分钟，收集沉淀物质。向沉淀物质中加入JGF2富集培养液，25°C培养7天，之后每7天更换一次液体培养液，更换次序依次为:1体积JGF2富集培养液与1体积灭菌地下水组成的液体培养基、1体积JGF2富集培养液与2体积灭菌地下水组成的液体培养基、1体积JGF2富集培养液与3体积灭菌地下水组成的液体培养基、灭菌地下水组成的液体培养基。
[0063]步骤一所述的JGF1培养液的配方为:
[0064]NaHC03:2.0g,
[0065]CaCl2:1.0g,
[0066]NH4Cl:0.5g,
[0067]NaN03:0.1g，
[0068]KH2P04:0.3g,
[0069]FeS04.7H20:0.1g,
[0070]蒸馏水:1000mL，pH调整为7.0。
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