本發(fā)明屬于地下水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種去除地下水中錳和硝酸鹽污染物的方法。

背景技術(shù)：

日益嚴(yán)重的地下水污染問(wèn)題引起了全世界很多國(guó)家的關(guān)注，在中國(guó)，地下水常見(jiàn)的污染物為硝酸鹽，鐵錳離子等。在北方地區(qū)，特別是農(nóng)村，硝酸鹽污染更為嚴(yán)重。

過(guò)量的攝入硝酸鹽會(huì)導(dǎo)致各類慢性疾病或者癌癥。硝酸鹽經(jīng)過(guò)人體消化系統(tǒng)能夠被轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽。經(jīng)飲食進(jìn)入人體的硝態(tài)氮在胃腸中可還原生成亞硝態(tài)氮，后者能迅速進(jìn)入血液形成無(wú)法運(yùn)載氧氣的高鐵血紅蛋白，造成人體缺氧，患高鐵血紅蛋白癥。水中過(guò)量錳離子會(huì)影響水的感官性狀。當(dāng)錳離子超標(biāo)時(shí)會(huì)使得衣服，白色固定設(shè)備染色。高濃度的錳離子還能產(chǎn)生不良的味道，錳離子氧化物在水管內(nèi)壁上形成黑色沉淀。

目前去除地下水硝酸鹽的去除是利用電滲析、反滲透、離子交換法和蒸餾等方法，通過(guò)物理化學(xué)作用使硝酸鹽富集或者轉(zhuǎn)移至其他介質(zhì)中。然而，這些技術(shù)操作復(fù)雜，費(fèi)用高昂。地下水因?yàn)橛袡C(jī)營(yíng)養(yǎng)貧乏，硝酸鹽的生物降解往往因缺乏足夠的電子供體而受到限制。投加甲醇、乙醇、乙酸及纖維素等均可以作為硝酸鹽還原的電子供體，但這些有機(jī)碳源存在成本高、有后續(xù)有機(jī)污染等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用生物方法同步去除地下水錳和硝酸鹽污染物的方法，有效解決地下水體mn²⁺和no3^-污染物超標(biāo)問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：

一種地下水中錳和硝酸鹽同步去除方法，包括如下步驟：

步驟一、密閉厭氧條件下，向待處理地下水中添加營(yíng)養(yǎng)液ⅰ進(jìn)行培養(yǎng)后收集沉淀污泥；

步驟二、向沉淀污泥中加入營(yíng)養(yǎng)液ⅱ進(jìn)行培養(yǎng)后，倒掉上清液，所得沉淀物進(jìn)行深次培養(yǎng)，深次培養(yǎng)包括：第一階段，向沉淀物中按體積比為1:1加入營(yíng)養(yǎng)液ⅱ和滅菌地下水進(jìn)行培養(yǎng)，第二階段，倒掉第一階段的上清液，向沉淀物中按體積比為1:2加入營(yíng)養(yǎng)液ⅱ和滅菌地下水進(jìn)行培養(yǎng)，第三階段，倒掉第二階段的上清液，向沉淀物中按體積比為1:3加入營(yíng)養(yǎng)液ⅱ和滅菌地下水進(jìn)行培養(yǎng)，第四階段，倒掉第三階段的上清液，加入滅菌地下水進(jìn)行培養(yǎng)直至出現(xiàn)散狀污泥，收集散狀污泥；

步驟三、利用步驟二得到的散狀污泥進(jìn)行濾料掛膜得到生物填料，將待處理地下水通過(guò)生物填料同步去除錳和硝酸鹽，當(dāng)待處理地下水mn²⁺/no3^-小于1時(shí)，待處理地下水在生物填料中停留時(shí)間為10h-12h，當(dāng)待處理地下水mn²⁺/no3^-大于1時(shí)，待處理地下水在生物填料中停留時(shí)間為6h-8h

所述營(yíng)養(yǎng)液ⅰ包括：碳酸氫鈉1.0g，nano30.2g，kh2po40.2g，mnso40.5g，蒸餾水1000ml。

所述營(yíng)養(yǎng)液ⅱ包括：碳酸氫鈉0.5g，nano30.1g，kh2po40.1g，mnso40.3g，蒸餾水1000ml。

步驟三中濾料掛膜包括：取散狀污泥加入營(yíng)養(yǎng)液ⅲ，攪拌制成富集馴化菌液；密閉條件下，向?yàn)V料中加入富集馴化菌液與營(yíng)養(yǎng)液ⅲ，進(jìn)行掛膜，得到掛膜后的濾料；

所述營(yíng)養(yǎng)液ⅲ包括：碳酸氫鈉：1.0g，nano3：0.3g，kh2po4：0.2g，mnso4：1.0g，乙酸鈉：0.05g，nh4cl：0.02g，微量元素溶液：5ml，蒸餾水：1000ml；

所述微量元素溶液包括：以質(zhì)量濃度計(jì)，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。

營(yíng)養(yǎng)液ⅰ中加入2ml微量元素溶液ⅰ，所述微量元素溶液ⅰ包括：以質(zhì)量濃度計(jì)，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。

步驟一中培養(yǎng)包括；利用營(yíng)養(yǎng)液ⅰ進(jìn)行多次培養(yǎng)，每次培養(yǎng)用營(yíng)養(yǎng)液ⅰ的濃度均低于前一次，直至營(yíng)養(yǎng)液ⅰ中碳酸氫鈉、nano、kh2po4、mgso4·7h2o、cacl2質(zhì)量濃度分別為0.1g/l、0.02g/l、0.02g/l、0.02g/l和0.02g/l時(shí)結(jié)束培養(yǎng)。

營(yíng)養(yǎng)液ⅱ中加入3ml微量元素溶液ⅱ，所述微量元素溶液ⅱ包括：以質(zhì)量濃度計(jì)，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。

步驟一厭氧條件包括：通入5-10l/分鐘氮?dú)?，每?分鐘。

步驟三中富集馴化菌液與營(yíng)養(yǎng)液ⅲ加入體積比為1:1；掛膜7-10天；濾料采用粒徑為5mm-10mm生物陶粒

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明處理地下水的生物方法顛覆了以往技術(shù)人員通過(guò)兩個(gè)反應(yīng)裝置分別去除硝酸鹽和錳離子，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)地下水硝酸鹽和錳離子的同步去除，大大降低了基建和運(yùn)行費(fèi)用。

(2)本發(fā)明同步去除地下水的硝酸鹽和錳離子，通過(guò)富集馴化得到的沉淀污泥，沉淀污泥中含有土著錳自養(yǎng)反硝化細(xì)菌，無(wú)需外加菌源；

(3)本發(fā)明通過(guò)富集馴化獲得生物菌劑，將菌劑掛膜于陶粒獲得生物填料，獲得的生物填料具有生物活性高、適應(yīng)能力強(qiáng)、處理效果好的優(yōu)點(diǎn)，可以在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同步去除地下水的硝酸鹽和錳離子，避免了以往生物處理方法需要額外添加硫鐵礦和其它金屬離子的缺點(diǎn)，具有操作簡(jiǎn)單、管理方便、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中實(shí)施例1去除硝酸鹽結(jié)果；

圖2為本發(fā)明中實(shí)施例1去除二價(jià)錳結(jié)果；

圖3為本發(fā)明中實(shí)施例2去除硝酸鹽結(jié)果；

圖4為本發(fā)明中實(shí)施例3去除硝酸鹽結(jié)果。

以下結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

具體實(shí)施方式

以下所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

利用本方法同步去除地下水中錳和硝酸鹽時(shí)，步驟一至三要求苛刻，需嚴(yán)格按照本方法規(guī)定的步驟以及添加順序、添加量執(zhí)行。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種地下水錳和硝酸鹽同步去除方法，實(shí)施例1待治理的地下水來(lái)自于西安市郭杜鎮(zhèn)某農(nóng)戶自用地下水。

包括以下步驟：

步驟一、取10l待處理的地下水加入密閉反應(yīng)器中，早中晚向反應(yīng)器中通入3次氮?dú)?，每?分鐘，充入氮?dú)饬繛?l/分鐘，以保證反應(yīng)器厭氧環(huán)境。馴化初始，以營(yíng)養(yǎng)液ⅰ作為馴化培養(yǎng)液。

馴化過(guò)程逐漸降低營(yíng)養(yǎng)液ⅰ濃度，直至營(yíng)養(yǎng)液濃度為0.1g/l碳酸氫鈉、0.02g/lnano、0.02g/lkh2po4、、0.02g/lmgso4·7h2o、0.02g/lcacl2、0.4ml微量元素溶液，采用上述方法馴化30d完成污泥富集得到沉淀污泥。

營(yíng)養(yǎng)液ⅰ的配方為：碳酸氫鈉：1.0g，nano3：0.2g，kh2po4：0.2g，mnso4：0.5g，微量元素溶液：2ml，蒸餾水：1000ml；

微量元素溶液為：以質(zhì)量濃度計(jì)，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。

步驟二、收集反應(yīng)器中的沉淀物質(zhì)。向沉淀物質(zhì)中加入營(yíng)養(yǎng)液ⅱ，25℃培養(yǎng)5天后，沉淀30min，倒掉上清液，之后每3天更換一次，更換次序依次為：1體積營(yíng)養(yǎng)液ⅱ與1體積滅菌地下水、1體積營(yíng)養(yǎng)液ⅱ與2體積滅菌地下水、1體積營(yíng)養(yǎng)液ⅱ與3體積滅菌地下水、滅菌地下水。當(dāng)?shù)叵滤撞啃纬缮詈谏钗勰鄷r(shí)，收集散狀污泥。

營(yíng)養(yǎng)液ⅱ的配方為：碳酸氫鈉：0.5g，nano3：0.1g，kh2po4：0.1g，mnso4：0.3g，微量元素溶液：3ml，蒸餾水：1000ml；

微量元素溶液為：以質(zhì)量濃度計(jì)，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。

步驟三、取散狀污泥加入營(yíng)養(yǎng)液ⅲ制成富集馴化菌液，以粒徑為10mm的陶粒作為濾料，每公斤陶粒加入1.5l的富集馴化菌液及等比例的營(yíng)養(yǎng)液ⅲ。反應(yīng)器密閉，25℃掛膜7天，每隔8小時(shí)利用n2進(jìn)行一次曝氣攪拌，每次30分鐘，以便加速掛膜并保持反應(yīng)器的厭氧環(huán)境。陶粒表面形成淺黃色生物膜后表明掛膜結(jié)束,倒掉培養(yǎng)液，加入待處理的地下水，每隔1天換成新的地下水。連續(xù)培養(yǎng)3天。承托層采用粒徑20mm左右的鵝卵石。

營(yíng)養(yǎng)液ⅲ的配方為：碳酸氫鈉：1.0g，nano3：0.3g，kh2po4：0.2g，mnso4：1.0g，乙酸鈉：0.05g，nh4cl：0.02g，微量元素溶液：5ml，蒸餾水：1000ml；

微量元素溶液為：以質(zhì)量濃度計(jì)，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。

裝置的運(yùn)行：濾柱種濾料層高度為3m，承托層高度為0.2m，內(nèi)徑為0.5m，超高0.5m；向?yàn)V柱中由上至下依次添裝掛膜的生物濾料和承托層，根據(jù)需要對(duì)進(jìn)水的錳離子進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)水ph值為7.5，不需調(diào)整ph值，水利停留時(shí)間設(shè)置為10小時(shí)。濾柱每隔15天進(jìn)行一次反沖洗。濾柱反沖洗強(qiáng)度為8l/s·m²,反沖洗時(shí)間為2min。

從圖1和圖2可以看出，裝置運(yùn)行初期對(duì)硝酸鹽和錳離子的去除率較低，這可能是由于其中的菌活性未達(dá)到最高，也間接說(shuō)明，停留時(shí)間的設(shè)置很有必要。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)器對(duì)硝酸鹽和錳離子的去除率逐漸增加，反應(yīng)器穩(wěn)定期對(duì)硝酸鹽的去除率可以達(dá)到75.84％，對(duì)錳離子的去除率可以達(dá)到70.94％，表現(xiàn)出很好的同步去除硝酸鹽和錳離子的能力。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種地下水錳和硝酸鹽同步去除方法，實(shí)施例2待治理的地下水來(lái)自于陜西省千陽(yáng)縣某地下水井，包括以下步驟：

步驟一、取5l待處理的地下水加入密閉反應(yīng)器中，其他同實(shí)施例1；

步驟二、同實(shí)施例1；

步驟三、取散狀污泥加入營(yíng)養(yǎng)液ⅲ制成富集馴化菌液，以粒徑為5mm的陶粒作為濾料，每公斤陶粒加入2l的富集馴化菌液及等比例的營(yíng)養(yǎng)液ⅲ。反應(yīng)器密閉，25℃掛膜9天，每隔8小時(shí)利用n2進(jìn)行一次曝氣攪拌，每次30分鐘。陶粒表面形成淺黃色生物膜后表明掛膜結(jié)束,倒掉培養(yǎng)液，加入待處理的地下水，每隔1天換成新的地下水。承托層采用粒徑20mm左右的鵝卵石。裝置的運(yùn)行濾柱種濾料層高度為3m，承托層高度為0.2m，內(nèi)徑為0.5m，超高0.5m。根據(jù)需要對(duì)進(jìn)水的錳離子進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)水ph值為7.8，不需調(diào)整ph值，水利停留時(shí)間設(shè)置為12小時(shí)。

從圖3和圖4可以看出，由于進(jìn)水硝酸鹽和錳離子濃度較低，前期對(duì)硝酸鹽和錳離子的去除效果較差，試驗(yàn)后期整個(gè)裝置的運(yùn)行進(jìn)入到穩(wěn)定期，反應(yīng)器對(duì)硝酸鹽的去除率可以達(dá)到49.22％，對(duì)錳離子的去除率可以達(dá)到70.19％，表現(xiàn)出較好的同步去除硝酸鹽和錳離子的能力，硝酸鹽濃度低于2mg/l，符合地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)ⅰ類的要求。