一種利用天然磁黃鐵礦同步去除地下水中硝酸鹽和砷的方法及其應用技術

本發明專利技術公開了一種利用天然磁黃鐵礦同步去除地下水中硝酸鹽和砷的方法及其應用，屬于水資源凈化技術領域。本發明專利技術包括(a)材料準備：將天然磁黃鐵礦破碎成顆粒，酸洗后用水沖洗至中性(b)菌種篩選：利用特定的篩選培養基從厭氧污泥中篩選以天然磁黃鐵礦為硫源的硫自養反硝化菌作為目標菌種；(c)污水處理：取含硝酸鹽和砷的地下水，接種目標菌種后置于含天然磁黃鐵礦的反應器中進行反應；(d)固液分離。本發明專利技術利用天然磁黃鐵礦作為硫自養反硝化菌的硫源進行反硝化，將水中的硝酸鹽還原轉化為氮氣；磁黃鐵礦及其氧化產物能夠利用化學沉淀和吸附等作用去除水中的砷，從而實現對地下水中硝酸鹽和砷的同步高效去除。本方法運行方便，成本低廉。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于水資源凈化
，更具體地說，涉及一種利用天然磁黃鐵礦同步去除地下水中硝酸鹽和砷的方法及其應用。
技術介紹
農業大量的氮肥施用加上特殊的地質因素會造成地下水大規模的硝酸鹽和砷的復合污染，對當地居民飲水安全造成了巨大的威脅。地下水硝酸鹽和砷的復合污染在我國尤為嚴重，據相關文獻報道，天津、哈爾濱、西安、長春等城市的地下水中普遍存在硝酸鹽和砷的污染。目前，對水中硝酸鹽和砷的去除都是分別進行的，尚未有成熟的同時對硝酸鹽和砷去除的方法，分別處理兩種污染物不但會大量增加成本還會使處理流程變得繁瑣，所以有效、廉價、便捷的技術是目前處理地下水中硝酸鹽和砷污染研究的主要方向。地下水中硝酸鹽的去除方法分為物理法，化學法和生物法，而物理法和化學法投資和運營成本都很高，對于巨大的地下水處理量，應用受到較大的限制；生物異養反硝化脫氮技術，雖然處理效果較好，但面臨著地下水碳源不足需外加碳源導致的成本升高，易形成二次污染等問題。地下水除砷工藝主要有混凝沉淀法、離子交換法、生物法、膜分離法及吸附法等，而鑒于投資成本和技術穩定性等原因，目前在工業生產和處理生活飲用水中應用最廣泛成熟的除砷方法還是混凝沉淀法。硫自養反硝化菌在地下水和沉積物等厭氧環境中普遍存在，它能夠在厭氧條件下以還原態硫(S2-、S0、S2O32-等)為電子供體，以硝酸鹽為電子受體進行自養反硝化，將水中的硝酸鹽還原為氮氣。硫自養反硝化菌能夠以天然的磁黃鐵礦(Fe(1-X)S)為硫源進行自養反硝化去除硝酸鹽，但是目前利用天然磁黃鐵礦同步去除地下水中硝酸鹽和砷的研究還未見報道。中國專利“利用厭氧鐵氧化、反硝化菌凈化污水中砷和硝酸鹽的方法”(專利申請號：201310070136.5)公布了利用厭氧鐵氧化、反硝化菌同步去除水中砷和硝酸鹽的方法。該方法利用鐵氧化反硝化菌以Fe2+為電子供體進行反硝化，產生的Fe3+氧化物可吸附砷的特性達到同步脫氮除砷的目的。但是該方法氮砷的去除率并不理想，在Fe2+充分的條件下反應30d，對硝酸鹽和砷的去除效率只有30％-70％和40％-70％；另外反應全部發生在溶液中，難以連續運行和菌液分離；需要外加碳源，可能會造成出水污染物超標；實用性較差。
技術實現思路
1.要解決的問題針對現有硝酸鹽和砷復合污染的地下水處理方法存在分步處理成本高昂、工藝復雜，處理效果不理想等問題，本專利技術的目的之一是提供一種利用天然磁黃鐵礦同步去除地下水中硝酸鹽和砷的方法，硫自養反硝化菌利用天然磁黃鐵礦作為硫源進行反硝化去除水中的硝酸鹽；磁黃鐵礦的生物氧化產物Fe2+、Fe3+能夠通過沉淀作用去除水中的砷。2.技術方案為了解決上述問題，本專利技術所采用的技術方案如下：一種利用天然磁黃鐵礦同步去除地下水中硝酸鹽和砷的方法，包括以下步驟：(a)材料準備：將磁黃鐵礦破碎成顆粒，酸洗后再用水沖洗至pH呈中性以去除礦物表面的氧化物及其它污染物，備用；(b)菌種篩選：利用特定的篩選培養基從厭氧污泥中篩選出以天然磁黃鐵礦為硫源的硫自養反硝化菌作為目標菌種；(c)污水處理：取含硝酸鹽和砷的地下水，接種目標菌種后置于反應器中，再投加一定量的磁黃鐵礦震蕩后進行充分反應；(d)固液分離：將反應后的混合液靜置沉淀，上清液檢測達標后排放。更進一步地，步驟(a)中使用的磁黃鐵礦為天然磁黃鐵礦，破碎粒徑在0.1-20mm之間。更進一步地，步驟(b)中篩選以天然磁黃鐵礦為硫源的硫自養反硝化菌的篩選培養基的主要成分及濃度分別為NaS2O3·5H2O5g/L、KNO32g/L、KH2PO42g/L、NaHCO31g/L、MgCl2·6H2O0.5g/L、NH4Cl0.5g/L、FeSO4·7H2O0.01g/L。更進一步地，步驟(c)中目標菌種的接種量為待處理污水體積的5～10％。更進一步地，步驟(c)中磁黃鐵礦的投加量為100～250g/L，即投加磁黃鐵礦后，反應體系中的磁黃鐵礦的濃度為100～250g/L。更進一步地，步驟(c)中的最適反應溫度為15～30℃。更進一步地，步驟(c)中的反應時間為5～15d。更進一步地，步驟(c)中的反應pH范圍為6～8之間。上述的一種利用天然磁黃鐵礦同步去除地下水中硝酸鹽和砷的方法在地下水凈化領域中的應用。本專利技術的原理是：硫自養反硝化菌利用天然磁黃鐵礦作為硫源進行反硝化去除水中的硝酸鹽；磁黃鐵礦的生物氧化產物Fe2+、Fe3+能夠通過沉淀作用去除水中的砷，Fe2+、Fe3+的氫氧化物如呈無定形態的Fe(OH)3對砷也有很強的吸附去除效果；最終實現了生物脫氮和化學除砷的自然耦合，其中硫自養反硝化菌利用磁黃鐵礦進行自養反硝化反應的方程式如下：3.有益效果相比于現有技術，本專利技術的有益效果為：(1)本專利技術提供了一種利用天然磁黃鐵礦同步去除地下水中硝酸鹽和砷的方法，硫自養反硝化菌氧化磁黃鐵礦產生的無定形態的Fe(OH)3對砷有很強的吸附去除效果，遠優于磁黃鐵礦本身或自然氧化對砷的去除效果，實現了對低碳氮比地下水生物脫氮和化學除砷的自然耦合；(2)本專利技術實現了對地下水中硝酸鹽和砷的同步去除，適用范圍廣、處理速度快、去除效率高、且不用外加碳源；(3)本專利技術所采用天然磁黃鐵礦來源廣泛，價格低廉，還是許多礦山開采后的廢棄礦石，容易產生酸性礦山廢水，而本專利技術將廢棄的天然礦石資源化利用，起到了資源回收和避免污染的功效；(4)本專利技術篩選的目標菌種本身增殖速度快，適宜生長溫度廣泛，附著天然磁黃鐵礦上對水中的硝酸鹽和砷進行去除時，反硝化速率快、無需外加試劑、菌液分離效果好，可以連續運行、適用條件廣泛；(5)本專利技術處理地下水成本低、處理效果好，易于工程化應用。附圖說明圖1為本專利技術實施例1中處理人工配水同步脫氮除砷的效果；圖2為本專利技術實施例2中處理人工配水同步脫氮除砷的效果；圖3為本專利技術實施例3中處理人工配水同步脫氮除砷的效果；圖4為本專利技術實施例4中處理某市地下水同步脫氮除砷的效果。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進一步進行描述。實施例1一種利用天然磁黃鐵礦同步去除地下水中硝酸鹽和砷的方法，其處理對象是由自來水、硝酸鉀、磷酸二氫鉀配制而成的人工配水，其步驟為：(a)材料準備：將產自安徽銅陵鐵硫含量分別為58％和39％的天然磁黃鐵礦破碎至80～100目，酸洗后再用蒸餾水沖洗至出水的pH值在6～8之間，然后在30℃的真空干燥箱內烘干備用；(b)菌種篩選：利用篩選培養基從南京揚子石化污水廠UASB工藝厭氧污泥中篩選硫自養反硝化菌作為目標菌種；篩選培養基的主要成分及濃度分別為NaS2O3·5H2O5g/L、KNO32g/L、KH2PO42g/L、NaHCO31g/L、MgCl2·6H2O0.5g/L、NH4Cl0.5g/L、FeSO4·7H2O0.01g/L。(c)污水處理：取硝酸鹽氮和砷的初始濃度分別為34.9mg/L、27.3mg/L的配水，接種7％(v/v)的目標菌種于反應器中，再投加濃度為230g/L的天然磁黃鐵礦震蕩后在27℃下反應13d；本實施例中采用的反應器為類似序批式反應器，厭氧環境更好，更加有利于厭氧的硫自養反硝化菌生長；(d)固液分離：將反應后的混合液靜置沉淀，上清液檢測達標后排放，硝酸鹽氮和砷的去除效果如圖1所示，反應13d本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用天然磁黃鐵礦同步去除地下水中硝酸鹽和砷的方法，包括以下步驟：(a)材料準備：將磁黃鐵礦破碎成顆粒，酸洗后再用水沖洗至pH呈中性，備用；(b)菌種篩選：從厭氧污泥中篩選出以天然磁黃鐵礦為硫源的硫自養反硝化菌作為目標菌種；(c)污水處理：取含硝酸鹽和砷的地下水，接種目標菌種后置于反應器中，再投加一定量的磁黃鐵礦震蕩后進行充分反應；(d)固液分離：將反應后的混合液靜置沉淀，上清液檢測達標后排放。

【技術特征摘要】
1.一種利用天然磁黃鐵礦同步去除地下水中硝酸鹽和砷的方法，包括以下步驟：(a)材料準備：將磁黃鐵礦破碎成顆粒，酸洗后再用水沖洗至pH呈中性，備用；(b)菌種篩選：從厭氧污泥中篩選出以天然磁黃鐵礦為硫源的硫自養反硝化菌作為目標菌種；(c)污水處理：取含硝酸鹽和砷的地下水，接種目標菌種后置于反應器中，再投加一定量的磁黃鐵礦震蕩后進行充分反應；(d)固液分離：將反應后的混合液靜置沉淀，上清液檢測達標后排放。2.根據權利要求1所述的一種利用天然磁黃鐵礦同步去除地下水中硝酸鹽和砷的方法，其特征在于：步驟(a)中使用的磁黃鐵礦為天然磁黃鐵礦，破碎粒徑在0.1-20mm之間。3.根據權利要求1或2所述的一種利用天然磁黃鐵礦同步去除地下水中硝酸鹽和砷的方法，其特征在于：步驟(b)中篩選以天然磁黃鐵礦為硫源的硫自養反硝化菌的篩選培養基的主要成分及濃度分別為NaS2O3·5H2O5g/L、KNO32g/L、KH2PO42g/L、NaHCO31g/L、MgCl2·6H2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李睿華，劉卓，沈建華，肖才林，施鵬，戴建軍，李愛民，倉基俊，
申請(專利權)人：南京大學，南京大學鹽城環保技術與工程研究院，
類型：發明
國別省市：江蘇;32