一種利用硫酸鹽還原菌去除入湖河水礦化度的方法

2023-04-26 16:13:51

專利名稱：一種利用硫酸鹽還原菌去除入湖河水礦化度的方法
技術領域：
本發明涉及一種去除入湖河水礦化度的方法，特別涉及到採用A/0運行方式的水體自淨強化系統，利用硫酸鹽還原菌去除入湖河水礦化度的方法。
背景技術：
已知國內很多行業，如電力、石油煉製、有色金屬冶煉、硫酸製備、化纖生產及煉焦、輕工、食品發酵和製藥工業等行業，都會帶來大量的富含硫酸鹽或硫化物的廢水，這些含有硫酸鹽的工業廢水排入河道和湖泊等水體，如果不加以有效處理，含有硫酸鹽的水體在長期的厭氧環境中將會大面積的消耗水體中的溶解氧，並降低水體的PH值，產生潛在的腐蝕性，破壞土壤和低泥結構，對水域的食物鏈和生態環境造成嚴重的損害。在地下水的監測中，我國西北部分地區地下水中的硫酸鹽含量都極高，局部地區地下水中硫酸鹽的含量甚至超過1000mg/L，目前國內有部分河流和湖泊水體的年平均礦化度已超過3g/L，對生活用水、工業用水及農田灌溉都會產生不利影響，對礦化度高的河流或湖泊水體的使用，除了採用常規的水處理工藝或措施外，對水體中較高的礦化度或含鹽量都必須另外採用專門的除鹽工藝才可以使出水水質達到使用要求，也就相當於加大了原水處理的運行成本。另外，水體中礦化度的提高，相當於提高了水體的鹽度，而鹽度的提升將對水體中的生物進行適應性區分，加快水體中生物種群多樣化的削減，以及水體底泥厚度快速增大等不利現象，因此對水體礦化度的有效去除顯得相當緊迫。目前許多湖泊水體的礦化度已經升高，對庫容量巨大的水體的已有礦化度進行成熟而有效地削減，尚需完善許多技術細節，因此，採用實用的技術處理入湖河流等水體中的礦化度就顯得非常重要。對含硫酸鹽廢水或河道水體的處理，如果採用傳統的物理化學脫硫法，一般都要將江河道水體進行外引，引入岸邊設立或放置的需電力驅動的水處理裝置，投加化學藥品， 實現對水體的快速除硫，除硫效率較高外，則這些除硫工藝或裝置一般都具有能耗高、處理費用昂貴，以及汙泥處置困難等難以克服的缺陷。生物脫硫的主體是硫酸鹽還原菌，如脫硫弧菌(Desulfovibrio desulfuricans) 等細菌，將硫酸鹽還原為低價硫，一般都是將其直接投放在需要處理的河道或湖泊水體中， 或者將硫酸鹽還原菌附著固定在投入水體中的惰性介質上，在厭氧或兼氧條件下，這些特性降解菌群可以硫酸鹽作為有機氧化時的受氫體，將硫酸鹽中的硫還原為S2—，而在有氧條件下，S2—可以進一步被轉化為單質硫而從水體中析出。代表性的化學轉化式如下
2CH3CH (OH ) COO _ + SO, — 2CH3C00 「 +S2- + 2C0 2+ 2H20 (以乳酸為培養基質) 工程試驗中所使用的硫酸鹽還原菌，一般可從含硫酸鹽廢水汙染的水體底泥中採樣， 從中培養和分離出能降解硫化物的硫酸鹽還原菌，這些細菌目前都可以在純菌或者混合菌群的培養環境中，實現對水體中硫酸鹽的有效降解和去除，利用硫酸鹽還原菌除硫的生化過程都具有汙泥產量少和運行成本低等優點。因此，針對入湖河道水體如果採用投加硫酸鹽還原菌、固定化硫酸鹽還原菌或者將河道水體外引至固定硫酸鹽還原菌生化工藝設備，來去除水體中的硫酸鹽等礦化度，相比常規的物化處理工藝，普遍都將具有成本低、工藝簡潔、去除效率高和汙泥產量小等優點。目前已經有採用向水體中投加電氣石和鐵屑等方法提高硫酸鹽還原菌生物活性的方法，如中國專利申請號200710072766. 0，授權公開號CN100558657C，該發明的一種提高硫酸鹽還原菌的方法通過在硫酸鹽還原菌所處理的水體中加入電氣石和亞鐵鹽使水體中的硫酸鹽還原菌大量增長，提高了硫酸鹽還原菌的活性8% 20%，提高了汙水處理效果。該發明的不足之處在於，投加物部分將轉入水體的底泥中，並增加生化除硫措施的運行成本。如果直接往水體中投加硫酸鹽還原菌或者填料固定化硫酸鹽還原菌，雖然操作簡單易行，但菌種在水體中的適應性和降解效率都將因受環境因素的影響而波動較大，水體除硫效果難以湊效和控制；而如果將河道水體外引至岸邊固定處理設施，雖然處理效果穩定，但將帶來較大的佔地面積和較高的水處理投資成本。由此可見，採用向水體中直接投加用填料表面固定化的硫酸鹽還原菌，進行水體除硫，將發揮運行成本低和操作簡單易行的優點，這類發明有著很強的實際應用價值。填料表面附著固定化的硫酸鹽還原菌，如果投加在固定的生化反應裝置，在穩定相對恆定的環境參數下，如溫度在25° C上下波動，避免低溫和高溫環境，或者避免溫度波動範圍較大，一般均可以持續地發揮其生物降解活性。但在低溫結冰環境中，填料在結冰的情況下，填料表面的固定化微生物在0° C以下，大多已經基本喪失繼續還原硫酸鹽的生物活性，因此，固定化的生化除硫裝置大多在冬季都不能繼續穩定運行，基本處於停滯狀態； 而在春夏氣溫修復回升，水體溫度適宜微生物正常生長和代謝的要求，基本可以保證生化裝置能夠能夠正常運行，但反應裝置卻往往又面臨著填料需要重新掛膜和啟動困難等諸多需要克服的問題。如果對主體生化反應器採用保溫措施，在寒冷地區，往往需要消耗更多的能源，如電力、水蒸氣或煤，在相當程度上，都將加大生化反應裝置的運行成本。

發明內容
發明要解決的技術問題
針對現有技術於中存在的以下問題採用傳統的物理化學脫硫法去除季節性低溫、乾旱且冬季結冰的河流、湖泊水體中硫酸鹽等汙染物，存在能耗高、處理費用昂貴的問題，以及汙泥處置困難等難以克服的缺陷；直接往水體中投加硫酸鹽還原菌或者填料固定化硫酸鹽還原菌，菌種在水體中的適應性和降解效率都將因受環境因素的影響而波動較大，水體除硫效果難以湊效和控制，本發明提供了一種利用硫酸鹽還原菌去除入湖河水礦化度的方法，採用A/0運行方式的水體自淨強化系統，能有效降低水體中的硫酸根、有機物和氨氮等汙染物的濃度，並降低水體的酸度。技術方案
發明的原理在培養基上富集和放大培養硫酸鹽還原菌，然後投加到水體自淨強化系統裡進行馴化和固定化，依靠富集的硫酸鹽還原菌去除水體中的礦化度及其它的汙染物。以上本發明的技術目的通過以下技術方案實現
一種利用硫酸鹽還原菌去除入湖河水礦化度的方法，它的步驟為 1)構建水體自淨強化系統在河道上順河流流動方向構建水體自淨強化系統，它包括兩個反應區，分別為兼氧區和好氧區，其中兼氧區採用封閉式結構，無攪拌設備；好氧區則採用敞開式結構，底部設置微孔曝氣裝置，微孔曝氣裝置通過太陽能裝置提供動力；整個水體自淨強化系統的反應器材料選用帶固定架的油布或者使用鋼筋水泥牆，對自淨強化系統內外及兼氧區和好氧區之間的水體進行有效區隔，其中，兼氧區水位高於好氧區水位約 5 30cm，兼氧區與好氧區之間的水流採用上部重力溢流；兼氧區和好氧區內布置固定人工水草；所述的步驟1)中水體自淨強化系統的人工水草，上端固定於浮標，下端無固定，隨水流浮動，浮標固定在河床的底架上。2)在培養基上富集培養硫酸鹽還原菌；
所述的步驟2)中硫酸鹽還原菌，分離自含硫酸鹽水體所在的底泥；對硫酸鹽還原菌進行培養，具體的分離和培養過程為
A)IL 培養基中，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泥裝於含培養基500-600m1的錐形瓶中，用塑料薄膜封口並用橡皮筋紮緊，經過6-8天的培養，上層培養液由乳白色變為濃黑色；
C)取100ml-150ml培養液，裝入250ml錐形瓶中110°C _120°C高壓蒸汽滅菌15-25 分鐘，在無菌操作環境中，再從步驟B)移入IOml初次培養菌液至本步驟經高壓蒸汽滅菌的培養液中，用塑料薄膜封口，置25°C-30°C恆溫箱中培養，如此加富培養3-4次，最終獲得富集培養的硫酸鹽還原菌。3)投加、馴化和固定化硫酸鹽還原菌將培養的硫酸鹽還原菌按照103-104個/ml 投加到水體自淨強化系統的兼氧區，對兼氧區的人工水草進行掛膜，掛膜時間長度4-6周； 好氧區的人工水草則採用河水自然掛膜，掛膜時間長度15-30天。河流靜止時，人工水草處於垂直狀態，有水流動時，人工水草類隨之飄動。這些飄浮類介質豎立在水當中，如同自然界的水草一樣與河水相接觸，水位降低時呈漂流狀，水位升高時呈垂直狀；冬季結冰時，人工水草的上部分處於固定狀態，下端部分仍可隨水流飄動，或處於活動狀態，在水深的地方會有魚類啄食介質上附著的微生物，而水體自淨強化系統本身也可以做為魚類等各種水生生物繁衍共生的場所。根據硫酸鹽降解菌的厭氧還原， 以及S2—需要氧化才能從水體中去除的特性，該水體自淨強化系統採用不同的掛膜過程，採取分區運行的工藝方案。有益效果
相比於現有技術，本發明一種利用硫酸鹽還原菌去除入湖河水礦化度的方法，具有以下有益效果
(1)水體自淨強化系統中的人工水草類在春夏都處於懸浮飄動狀態，生物活性處於較佳狀態，對河流中硫酸鹽等汙染物的去除作用較好；
(2)採用特殊的掛膜過程和分區運行工藝，在低溫和水體結冰等過程中仍然可以實現對水體中的礦化度，尤其是硫酸鹽的有效去除；
(3)水體自淨強化系統中包括兼氧區，硫酸鹽降解菌的在兼氧區發生還原反應；
(4)水體自淨強化系統中包括好氧區，使人工水草上的生物膜的生物相處於廣譜狀態， 對水體中的有機物、氨氮等其它汙染物也具有較好的去除效果；
(5)在氣溫升高和無冰狀況下，該水體自淨強化系統能仍能迅速恢復活性並開始正常運行，由於填料上生物膜的不斷生長和脫落，將產生的少量的生物汙泥，這些生物汙泥隨後可進入水生生物的食物鏈；
(6)利用人工水草對硫酸鹽還原菌的固定化作用，附著和富集硫酸鹽還原菌，提高其抗水體流失的能力，並維持相當的生物活性。說明書附圖


圖1為本發明的人工自淨強化系統的結構示意圖。圖中1-入湖河水；2-兼氧區；3-人工水草；4-好氧區；5-處理後的河水；6_微孔曝氣裝置；7-太陽能裝置。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步介紹。結合圖1的人工自淨強化系統的結構示意圖，一種利用硫酸鹽還原菌去除入湖河水礦化度的方法，它的步驟為
1)構建水體自淨強化系統在河道上順河流流動方向構建水體自淨強化系統，它包括兩個反應區，分別為兼氧區2和好氧區4，其中兼氧區2採用封閉式結構，無攪拌設備；好氧區則採用敞開式結構，底部設置微孔曝氣裝置6，微孔曝氣裝置6通過太陽能裝置7提供動力；整個水體自淨強化系統的反應器材料選用帶固定架的油布或者使用鋼筋水泥牆，對自淨強化系統內外及兼氧區2和好氧區4之間的水體進行有效區隔，其中，兼氧區2水位高於好氧區4水位約5 30cm，兼氧區2與好氧區4之間的水流採用上部重力溢流；兼氧區2和好氧區4內布置固定人工水草3 ；所述的步驟1)中水體自淨強化系統的人工水草3，上端固定於浮標，下端無固定，隨水流浮動，浮標固定在河床的底架上。2)在培養基上富集培養硫酸鹽還原菌；
所述的步驟2)中硫酸鹽還原菌，分離自含硫酸鹽水體所在的底泥；對硫酸鹽還原菌進行培養，具體的分離和培養過程為
A)IL 培養基中，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泥裝於含培養基500-600m1的錐形瓶中，用塑料薄膜封口並用橡皮筋紮緊，經過6-8天的培養，上層培養液由乳白色變為濃黑色；
C)取100ml-150ml培養液，裝入250ml錐形瓶中110°C _120°C高壓蒸汽滅菌15-25 分鐘，在無菌操作環境中，再從步驟B)移入IOml初次培養菌液至本步驟經高壓蒸汽滅菌的培養液中，用塑料薄膜封口，置25°C-30°C恆溫箱中培養，如此加富培養3-4次，最終獲得富集培養的硫酸鹽還原菌。3)投加、馴化和固定化硫酸鹽還原菌將培養的硫酸鹽還原菌按照103-104個/ ml投加到水體自淨強化系統的兼氧區2，對兼氧區2的人工水草3進行掛膜，掛膜時間長度 4-6周；好氧區4的人工水草3則採用河水自然掛膜，掛膜時間長度15-30天。實施例1
本發明的一種利用硫酸鹽還原菌去除入湖河水礦化度的方法，在富含硫酸鹽的河道中，根據河道河床自然結構，設置水體自淨強化系統，採用厭氧/好氧的分區結構，入湖河水1進入水體自淨強化系統，處理後的河水5通過水體自淨強化系統入湖，實現河道水體中硫酸鹽的有效去除，其步驟為
1)構建水體自淨強化系統在河道上順河流流動方向設置兩個反應區，分別為兼氧區 2和好氧區4，其中兼氧區2採用封閉式結構，無攪拌設備；好氧區4則採用敞開式結構，底部設置微孔曝氣裝置6，微孔曝氣裝置6通過太陽能裝置7提供動力來源；整個水體自淨強化系統的反應器材料選用帶固定架的油布，對自淨強化系統內外及兼氧區2和好氧區4之間的水體進行有效區隔，其中，兼氧區2水位高於好氧區4水位約5cm，兼氧區2與好氧區4 之間的水流採用上部重力溢流；兼氧區2和好氧區4內布置固定人工水草3 ；兼氧區2和好氧區4內布置採用日本TBR公司的人工水草3，選用的型號是PP+K-45(材料polypropylene +vinylon),比表面積1. 6m2/m，其細密纖維絲加尼龍支撐架的結構利於多種生物膜的固定生長，人工水草3上端固定於浮標(高密度浮球)，下端無固定，隨水流浮動，浮標固定在河床的底架上。2)在培養基上富集培養硫酸鹽還原菌，硫酸鹽還原菌分離自含硫酸鹽的水體所在的底泥，對硫酸鹽還原菌進行培養，具體的分離和培養過程為
A)IL培養基中所含的主要成分分別為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汙泥裝於含培養基500m 1的錐形瓶中，用塑料薄膜封口並用橡皮筋紮緊，經過6天的培養，上層培養液由乳白色變為濃黑色；
C)取100ml培養液，裝入250ml錐形瓶中110°C高壓蒸汽滅菌15分鐘，在無菌操作環境中，再從步驟B)移入IOml初次培養菌液至本步驟經高壓蒸汽滅菌的培養液中，用塑料薄膜封口，置25°C恆溫箱中培養，如此加富培養3次，最終獲得富集培養的硫酸鹽還原菌。3)投加、馴化和固定化硫酸鹽還原菌將培養的硫酸鹽還原菌按照IO3個/ml投加到水體自淨強化系統的兼氧區2，對兼氧區2的人工水草3進行掛膜，時間長度約4周；好氧區4的人工水草則採用河水自然掛膜過程，時間為15天。通過本發明的一種利用硫酸鹽還原菌去除入湖河水礦化度的方法處理前、後的有機物和懸浮物平均去除效果對比，如表1所示。表1水體自淨強化系統對硫酸鹽、有機物和懸浮物的平均去除效果
權利要求
1.一種利用硫酸鹽還原菌去除入湖河水礦化度的方法，其特徵在於，它的步驟為1)構建水體自淨強化系統在河道上順河流流動方向構建水體自淨強化系統，它包括兩個反應區，分別為兼氧區(2)和好氧區G)，其中兼氧區(2)採用封閉式結構，無攪拌設備；好氧區(4)則採用敞開式結構，底部設置微孔曝氣裝置(6)，微孔曝氣裝置(6)通過太陽能裝置(7)提供動力；整個水體自淨強化系統的反應器材料選用帶固定架的油布或者使用鋼筋水泥牆，對自淨強化系統內外及兼氧區( 和好氧區(4)之間的水體進行有效區隔，其中，兼氧區⑵水位高於好氧區⑷水位約5 30cm，兼氧區⑵與好氧區⑷之間的水流採用上部重力溢流；兼氧區( 和好氧區內布置固定人工水草(3)；2)在培養基上富集培養硫酸鹽還原菌；3)投加、馴化和固定化硫酸鹽還原菌將培養的硫酸鹽還原菌按照IO3-IO4個/ml投加到水體自淨強化系統的兼氧區O)，對兼氧區O)的人工水草C3)進行掛膜，掛膜時間長度 4-6周；好氧區的人工水草C3)則採用河水自然掛膜，掛膜時間長度15-30天。
2.根據權利要求1所述一種利用硫酸鹽還原菌去除入湖河水礦化度的方法，其特徵在於，所述的步驟1)中水體自淨強化系統的人工水草(3)，上端固定於浮標，下端無固定，隨水流浮動，浮標固定在河床的底架上。
3.根據權利要求1所述的一種利用硫酸鹽還原菌去除入湖河水礦化度的方法，其特徵在於，所述的步驟2)中硫酸鹽還原菌，分離自含硫酸鹽水體所在的底泥；對硫酸鹽還原菌進行培養，具體的分離和培養過程為A)IL 培養基中，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泥裝於含培養基500-600m 1的錐形瓶中，用塑料薄膜封口並用橡皮筋紮緊，經過6-8天的培養，上層培養液由乳白色變為濃黑色；C)取100ml-150ml培養液，裝入250ml錐形瓶中110°C _120°C高壓蒸汽滅菌15-25 分鐘，在無菌操作環境中，再從步驟B)移入IOml初次培養菌液至本步驟經高壓蒸汽滅菌的培養液中，用塑料薄膜封口，置25°C-30°C恆溫箱中培養，如此加富培養3-4次，最終獲得富集培養的硫酸鹽還原菌。
全文摘要
本發明涉及一種去除入湖河水礦化度的方法,公開了一種利用硫酸鹽還原菌去除入湖河水礦化度的方法。它的步驟為1)構建水體自淨強化系統；2)在培養基上富集培養硫酸鹽還原菌；3)投加、馴化和固定化硫酸鹽還原菌。本發明的方法採用A/O運行方式的水體自淨強化系統，能有效降低水體中的硫酸根、有機物和氨氮等汙染物的濃度，並降低水體的酸度。
文檔編號C02F3/30GK102491535SQ20111042062
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者丁原紅, 任洪強, 牛川, 王慶, 肖椿 申請人:南京大學