一种地下水中锰和硝酸盐同步去除方法与流程

本发明属于地下水处理技术领域，具体涉及一种去除地下水中锰和硝酸盐污染物的方法。

背景技术：

日益严重的地下水污染问题引起了全世界很多国家的关注，在中国，地下水常见的污染物为硝酸盐，铁锰离子等。在北方地区，特别是农村，硝酸盐污染更为严重。

过量的摄入硝酸盐会导致各类慢性疾病或者癌症。硝酸盐经过人体消化系统能够被转化成亚硝酸盐。经饮食进入人体的硝态氮在胃肠中可还原生成亚硝态氮，后者能迅速进入血液形成无法运载氧气的高铁血红蛋白，造成人体缺氧，患高铁血红蛋白症。水中过量锰离子会影响水的感官性状。当锰离子超标时会使得衣服，白色固定设备染色。高浓度的锰离子还能产生不良的味道，锰离子氧化物在水管内壁上形成黑色沉淀。

目前去除地下水硝酸盐的去除是利用电渗析、反渗透、离子交换法和蒸馏等方法，通过物理化学作用使硝酸盐富集或者转移至其他介质中。然而，这些技术操作复杂，费用高昂。地下水因为有机营养贫乏，硝酸盐的生物降解往往因缺乏足够的电子供体而受到限制。投加甲醇、乙醇、乙酸及纤维素等均可以作为硝酸盐还原的电子供体，但这些有机碳源存在成本高、有后续有机污染等问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用生物方法同步去除地下水锰和硝酸盐污染物的方法，有效解决地下水体mn²⁺和no3^-污染物超标问题。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术方案：

一种地下水中锰和硝酸盐同步去除方法，包括如下步骤：

步骤一、密闭厌氧条件下，向待处理地下水中添加营养液ⅰ进行培养后收集沉淀污泥；

步骤二、向沉淀污泥中加入营养液ⅱ进行培养后，倒掉上清液，所得沉淀物进行深次培养，深次培养包括：第一阶段，向沉淀物中按体积比为1:1加入营养液ⅱ和灭菌地下水进行培养，第二阶段，倒掉第一阶段的上清液，向沉淀物中按体积比为1:2加入营养液ⅱ和灭菌地下水进行培养，第三阶段，倒掉第二阶段的上清液，向沉淀物中按体积比为1:3加入营养液ⅱ和灭菌地下水进行培养，第四阶段，倒掉第三阶段的上清液，加入灭菌地下水进行培养直至出现散状污泥，收集散状污泥；

步骤三、利用步骤二得到的散状污泥进行滤料挂膜得到生物填料，将待处理地下水通过生物填料同步去除锰和硝酸盐，当待处理地下水mn²⁺/no3^-小于1时，待处理地下水在生物填料中停留时间为10h-12h，当待处理地下水mn²⁺/no3^-大于1时，待处理地下水在生物填料中停留时间为6h-8h

所述营养液ⅰ包括：碳酸氢钠1.0g，nano30.2g，kh2po40.2g，mnso40.5g，蒸馏水1000ml。

所述营养液ⅱ包括：碳酸氢钠0.5g，nano30.1g，kh2po40.1g，mnso40.3g，蒸馏水1000ml。

步骤三中滤料挂膜包括：取散状污泥加入营养液ⅲ，搅拌制成富集驯化菌液；密闭条件下，向滤料中加入富集驯化菌液与营养液ⅲ，进行挂膜，得到挂膜后的滤料；

所述营养液ⅲ包括：碳酸氢钠：1.0g，nano3：0.3g，kh2po4：0.2g，mnso4：1.0g，乙酸钠：0.05g，nh4cl：0.02g，微量元素溶液：5ml，蒸馏水：1000ml；

所述微量元素溶液包括：以质量浓度计，1.0g/ledta、1.0g/lmgso4·7h2o、0.2g/lcacl2、0.1g/lznso4、0.2g/lmncl2·4h2o、1.0g/lfeso4·7h2o、0.1g/lcuso4·5h2o、0.2g/lcocl2·6h2o。

营养液ⅰ中加入2ml微量元素溶液ⅰ，所述微量元素溶液ⅰ包括：以质量浓度计，1.0g/ledta、1.0g/lmgso4·7h2o、0.3g/lznso4、0.1g/lcacl2、0.5g/lfeso4·7h2o、0.5g/lcuso4·5h2o和0.2g/lcocl2·6h2o。

步骤一中培养包括；利用营养液ⅰ进行多次培养，每次培养用营养液ⅰ的浓度均低于前一次，直至营养液ⅰ中碳酸氢钠、nano、kh2po4、mgso4·7h2o、cacl2质量浓度分别为0.1g/l、0.02g/l、0.02g/l、0.02g/l和0.02g/l时结束培养。

营养液ⅱ中加入3ml微量元素溶液ⅱ，所述微量元素溶液ⅱ包括：以质量浓度计，1.0g/ledta、1.0g/lmgso4·7h2o、0.2g/lcacl2、0.1g/lznso4、0.2g/lmncl2·4h2o、1.0g/lfeso4·7h2o、0.1g/lcuso4·5h2o、0.2g/lcocl2·6h2o。

步骤一厌氧条件包括：通入5-10l/分钟氮气，每次5分钟。

步骤三中富集驯化菌液与营养液ⅲ加入体积比为1:1；挂膜7-10天；滤料采用粒径为5mm-10mm生物陶粒

本发明的有益效果为：

(1)本发明处理地下水的生物方法颠覆了以往技术人员通过两个反应装置分别去除硝酸盐和锰离子，本发明可以实现地下水硝酸盐和锰离子的同步去除，大大降低了基建和运行费用。

(2)本发明同步去除地下水的硝酸盐和锰离子，通过富集驯化得到的沉淀污泥，沉淀污泥中含有土著锰自养反硝化细菌，无需外加菌源；

(3)本发明通过富集驯化获得生物菌剂，将菌剂挂膜于陶粒获得生物填料，获得的生物填料具有生物活性高、适应能力强、处理效果好的优点，可以在一个反应器内同步去除地下水的硝酸盐和锰离子，避免了以往生物处理方法需要额外添加硫铁矿和其它金属离子的缺点，具有操作简单、管理方便、运行费用低等优点。

附图说明

图1为本发明中实施例1去除硝酸盐结果；

图2为本发明中实施例1去除二价锰结果；

图3为本发明中实施例2去除硝酸盐结果；

图4为本发明中实施例3去除硝酸盐结果。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

利用本方法同步去除地下水中锰和硝酸盐时，步骤一至三要求苛刻，需严格按照本方法规定的步骤以及添加顺序、添加量执行。

实施例1

本实施例提供一种地下水锰和硝酸盐同步去除方法，实施例1待治理的地下水来自于西安市郭杜镇某农户自用地下水。

包括以下步骤：

步骤一、取10l待处理的地下水加入密闭反应器中，早中晚向反应器中通入3次氮气，每次5分钟，充入氮气量为5l/分钟，以保证反应器厌氧环境。驯化初始，以营养液ⅰ作为驯化培养液。

驯化过程逐渐降低营养液ⅰ浓度，直至营养液浓度为0.1g/l碳酸氢钠、0.02g/lnano、0.02g/lkh2po4、、0.02g/lmgso4·7h2o、0.02g/lcacl2、0.4ml微量元素溶液，采用上述方法驯化30d完成污泥富集得到沉淀污泥。

营养液ⅰ的配方为：碳酸氢钠：1.0g，nano3：0.2g，kh2po4：0.2g，mnso4：0.5g，微量元素溶液：2ml，蒸馏水：1000ml；

微量元素溶液为：以质量浓度计，1.0g/ledta、1.0g/lmgso4·7h2o、0.3g/lznso4、0.1g/lcacl2、0.5g/lfeso4·7h2o、0.5g/lcuso4·5h2o和0.2g/lcocl2·6h2o的水溶液。

步骤二、收集反应器中的沉淀物质。向沉淀物质中加入营养液ⅱ，25℃培养5天后，沉淀30min，倒掉上清液，之后每3天更换一次，更换次序依次为：1体积营养液ⅱ与1体积灭菌地下水、1体积营养液ⅱ与2体积灭菌地下水、1体积营养液ⅱ与3体积灭菌地下水、灭菌地下水。当地下水底部形成深黑色散状污泥时，收集散状污泥。

营养液ⅱ的配方为：碳酸氢钠：0.5g，nano3：0.1g，kh2po4：0.1g，mnso4：0.3g，微量元素溶液：3ml，蒸馏水：1000ml；

微量元素溶液为：以质量浓度计，1.0g/ledta、1.0g/lmgso4·7h2o、0.2g/lcacl2、0.1g/lznso4、0.2g/lmncl2·4h2o、1.0g/lfeso4·7h2o、0.1g/lcuso4·5h2o、0.2g/lcocl2·6h2o的水溶液。

步骤三、取散状污泥加入营养液ⅲ制成富集驯化菌液，以粒径为10mm的陶粒作为滤料，每公斤陶粒加入1.5l的富集驯化菌液及等比例的营养液ⅲ。反应器密闭，25℃挂膜7天，每隔8小时利用n2进行一次曝气搅拌，每次30分钟，以便加速挂膜并保持反应器的厌氧环境。陶粒表面形成浅黄色生物膜后表明挂膜结束,倒掉培养液，加入待处理的地下水，每隔1天换成新的地下水。连续培养3天。承托层采用粒径20mm左右的鹅卵石。

营养液ⅲ的配方为：碳酸氢钠：1.0g，nano3：0.3g，kh2po4：0.2g，mnso4：1.0g，乙酸钠：0.05g，nh4cl：0.02g，微量元素溶液：5ml，蒸馏水：1000ml；

微量元素溶液为：以质量浓度计，1.0g/ledta、1.0g/lmgso4·7h2o、0.2g/lcacl2、0.1g/lznso4、0.2g/lmncl2·4h2o、1.0g/lfeso4·7h2o、0.1g/lcuso4·5h2o、0.2g/lcocl2·6h2o的水溶液。

装置的运行：滤柱种滤料层高度为3m，承托层高度为0.2m，内径为0.5m，超高0.5m；向滤柱中由上至下依次添装挂膜的生物滤料和承托层，根据需要对进水的锰离子进行了适当调整，进水ph值为7.5，不需调整ph值，水利停留时间设置为10小时。滤柱每隔15天进行一次反冲洗。滤柱反冲洗强度为8l/s·m²,反冲洗时间为2min。

从图1和图2可以看出，装置运行初期对硝酸盐和锰离子的去除率较低，这可能是由于其中的菌活性未达到最高，也间接说明，停留时间的设置很有必要。随着时间的延长，反应器对硝酸盐和锰离子的去除率逐渐增加，反应器稳定期对硝酸盐的去除率可以达到75.84％，对锰离子的去除率可以达到70.94％，表现出很好的同步去除硝酸盐和锰离子的能力。

实施例2

本实施例提供一种地下水锰和硝酸盐同步去除方法，实施例2待治理的地下水来自于陕西省千阳县某地下水井，包括以下步骤：

步骤一、取5l待处理的地下水加入密闭反应器中，其他同实施例1；

步骤二、同实施例1；

步骤三、取散状污泥加入营养液ⅲ制成富集驯化菌液，以粒径为5mm的陶粒作为滤料，每公斤陶粒加入2l的富集驯化菌液及等比例的营养液ⅲ。反应器密闭，25℃挂膜9天，每隔8小时利用n2进行一次曝气搅拌，每次30分钟。陶粒表面形成浅黄色生物膜后表明挂膜结束,倒掉培养液，加入待处理的地下水，每隔1天换成新的地下水。承托层采用粒径20mm左右的鹅卵石。装置的运行滤柱种滤料层高度为3m，承托层高度为0.2m，内径为0.5m，超高0.5m。根据需要对进水的锰离子进行了适当调整，进水ph值为7.8，不需调整ph值，水利停留时间设置为12小时。

从图3和图4可以看出，由于进水硝酸盐和锰离子浓度较低，前期对硝酸盐和锰离子的去除效果较差，试验后期整个装置的运行进入到稳定期，反应器对硝酸盐的去除率可以达到49.22％，对锰离子的去除率可以达到70.19％，表现出较好的同步去除硝酸盐和锰离子的能力，硝酸盐浓度低于2mg/l，符合地下水水质标准ⅰ类的要求。