用于硝酸氮污染地下水修复的释碳材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于硝酸氮污染地下水修复的释碳材料，主要由释碳剂、捕氧剂、ＫＨ↓［２］ＰＯ↓［４］、微量元素、粗砂、水泥和水构成。释碳剂为微生物的反硝化降解过程提供碳源；捕氧剂起到捕获消耗地下水中溶解氧，创造厌氧环境的作用；ＫＨ↓［２］ＰＯ↓［４］和微量元素为微生物的新陈代谢提供所必需的营养元素；粗砂用以增加释碳材料的渗透性；水泥和水则起到将释碳材料中其它各组分粘结在一起的作用。通过对地下水中硝酸氮反硝化降解的对比试验发现，使用本发明专利技术的营养复合型释碳材料，可以使原水中的溶解氧的浓度由４．１ｍｇ／Ｌ降低至０．１ｍｇ／Ｌ左右，硝酸氮的浓度则由１０３．４ｍｇ／Ｌ降至２．５ｍｇ／Ｌ，降解率高达到９７．６％；而对比试验的硝酸氮降解效率仅为５０．２％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及污染地下水修复
，特别涉及遭受硝酸氮污染地下水的微生物修复 过程中溶解氧捕获、碳源及营养供给的复合型材料及制备方法。
技术介绍
地下水中硝酸氮污染程度呈逐年累积加重态势。引用硝酸氮浓度过高的水不仅对孕妇 和婴幼儿有致命危害，而且会引发一些癌症的发生，甚至会直接导致以地下水为补给的地 表水的"富营养化"问题。目前常采用抽出处理的方式处理硝酸氮污染的地下水通过抽水井把已污染的地下水 抽至地表，然后采用各种污水处理手段将硝酸氮去除。根据硝酸氮去除机理的不同可分为 蒸馏法、反渗透法、电渗析法、离子交换法、膜分离法等。但上述方法成本高、工艺复杂， 且由于受到反应器负载和处理能力的限制，不适于大面积硝酸氮污染的地下水修复。利用微生物的反硝化作用也是硝酸氮污染地下水常用的修复方法。该方法通过向硝酸 氮污染的含水层中补充微生物新陈代谢过程中所需的碳源，在厌氧条件下利用土著微生物 或外加优势菌的反硝化作用来降解硝酸氮。然而，地下水中含有的溶解氧使得地下水环境 很难达到厌氧条件，且补充的碳源和外加优势菌在地下水水动力场条件下极易流失，造成 了微生物降解效率的低下。也有研究者培养分离出耐氧反硝化菌，在好氧条件下也可达到 硝酸氮的降解去除，但是，好氧反硝化条件苛刻以及修复成本昂贵，使得其在污染地下水 的现场修复工程中几乎不可能实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有硝酸氮污染地下水的微生物修复技术中的缺点，提供 一种新颖、'高效、经济可行的营养复合型释碳材料及制备方法。该材料用于硝酸氮污染地 下水的修复过程时，不仅可以作为微生物的碳源，还可以提供微生物生长繁殖所需的各种 营养元素，同时，该材料能够捕获消耗地下水中的溶解氧，创造有利于微生物反硝化降解 硝酸氮的厌氧环境。本专利技术的营养复合型释碳材料的组成如下释碳剂 25% 40%;捕氧剂 10% 30%;KH线 5% 腦；微量元素 1% 5%;粗砂 10% 18%; 水泥 10% 15%; 余量为水。本专利技术的营养复合型释碳材料主要由释碳剂、捕氧剂、K&POo微量元素、粗砂、水泥和水构成。其中释碳剂主要指葡萄糖、柠檬酸钠、锯屑、白糖、小麦粉或玉米粉一种或两种以上混合；捕氧剂主要指次磷酸钠、亚硫酸钠或硫酸亚铁一种或两种以上混合；微量 元素主要指MgS04 7H20、 Fe2(S0》3、 MnS(X H20和ZnS04 H20的混合物。营养复合型释碳 材料中各组分的作用如下释碳剂为微生物的反硝化降解过程提供碳源；捕氧剂起到捕获 消耗地下水中溶解氧，创造厌氧环境的作用；KH2P04和微量元素为微生物的新陈代谢提供 所必需的营养元素；粗砂用以增加释碳材料的渗透性；水泥和水则起到将释碳材料中其它 各组分粘结在一起的作用。本专利技术是通过下述技术方案加以实现的将释碳剂、捕氧剂、KH2P04、微量元素、粗 砂、水泥按照一定比例混合均匀，加水送入造粒机造粒，即得营养复合型释碳材料固体颗 粒。通过挖一一填或其它技术手段，将本专利技术的释碳材料固体颗粒置于遭受硝酸氮污染的 地下含水层。当污染地下水流经该材料时，营养复合型释碳材料中的释碳剂释放出有机碳， 同时KH2P04和其它的无机盐组分溶于地下水中。由于本专利技术使用了能够捕获地下水中溶解 氧的捕获剂，可以消耗地下水中的溶解氧，造成有利于微生物反硝化降解硝酸氮的厌氧环 境。另外，由于将粉末状的释碳材料混合物制成固体颗粒，降低了比表面积，减缓了释碳 剂的有机碳释放速率，同时避免了在地下水水动力场条件下的流失。当地下水穿过本专利技术 的营养复合型释碳材料固体颗粒后，其中的溶解氧被捕获消耗，同时地下水会带着充足的 有机碳以及微生物生长所需的营养元素进入下游区域，最终在微生物的反硝化作用下，使 得遭受硝酸氮污染的地下水得到净化。本专利技术的独特之处如下几点1) 由于营养复合型释碳材料中使用了捕氧剂，可以捕获消耗地下水中的溶解氧，创造 有利于硝酸氮的反硝化降解的厌氧环境。2) 由于营养复合型释碳材料中同时使用了释碳剂和微生物生长所需的营养元素，使得 本专利技术在用于硝酸氮污染地下水的微生物修复过程时，集碳源和营养供给为一体； 另外，将粉末状的释碳材料混合物制成固体颗粒，降低了比表面积，减缓了释碳剂 的有机碳释放速率，同时避免了在地下水水动力场条件下的流失。3) 由于营养复合型释碳材料中使用了水泥作为各组分的粘结剂，起到固体颗粒材料的 "骨架"作用，当本专利技术用于地下水环境中时，不会因为水的作用而坍塌变形。本专利技术的营养复合型释碳材料，将改变地下水的氧环境、寡营养状态和碳源供给为一 体，构成了反硝化降解地下水中硝酸氮污染物的理想、高效的体系。正是由于上述手段的 合理组合，解决了目前利用微生物厌氧降解机制的硝酸氮污染地下水修复
存在的 问题，具有广阔的应用前景。具体实施方式实施例1 -营养复合型释碳材料的制备过程是将葡萄糖、次磷酸钠、KH2P0.，、微量元素(由 MgS04*7H20、 Fe2(S04):i、 MnS04 H20、 ZnS04 H20组成)、粗砂、水泥混合均匀，加入水后 送入造粒机造粒，即得营养复合型释碳材料的固体颗粒。上述混合物的质量百分比如下 葡萄糖为25%;次磷酸钠为30%; KH2P(X为5%;微量元素为5% (其中MgS04 '7&0为1.45 %、 Fe2(SO,)3为1. 05%、 MnS04 *仏0为1.30%、 ZnS(X H20为1. 20%);粗砂为15%;水 泥为10%;水为10%。实施例2:营养复合型释碳材料的制作过程是将柠檬酸钠、硫酸亚铁、KH2P(X、微量元素(由MgS04*7H20、 Fe2(S04)3、 MnS04 H20、 ZnSO.! H20组成)、粗砂、水泥混合均匀，加入水后 送入造粒机造粒，即得营养复合型释碳材料的固体颗粒。上述混合物的质量百分比如下-柠檬酸钠为40%;硫酸亚铁为19%; KH2P(X为10%;微量元素为1% (其中MgS04 7H20 为0. 30%、 Fe2(S0》3A 0. 15%、 MnS04 H20为0. 40%、 ZnS04 H20为0. 15%);粗砂为 10%;水泥为15%;水为5%。实施例3:营养复合型释碳材料的制作过程是将玉米粉、亚硫酸钠、KH2P04、微量元素(由 MgS04.7H20、 Fe2(S04)3、 MnS04 H20、 ZnS04 H20组成)、粗砂、水泥混合均匀，加入水后 送入造粒机造粒，即得营养复合型释碳材料的固体颗粒。上述混合物的质量百分比如下 玉米粉为35%;亚硫酸钠为10%; K仏P04为8%;微量元素为3% (其中MgS04 *7H20为1. 00 %、 Fe2(S04)3为0. 50%、 MnS04'貼为0. 95%、 ZnS04 H20为0. 55%);粗砂为18%;水 泥为13%;水为13%。 实施例4:营养复合型释碳材料的制备过程是将葡萄糖、锯屑、次磷酸钠、硫酸亚铁、KH2P04、 微量元素(由MgS04 7H20、 Fe2(S04)3、 MnS04 H20、 ZnS04 H20组成)、粗砂、水泥混合均 匀，加入水后送入造粒机造粒，即得营养本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于硝酸氮污染地下水修复的释碳材料，其特征是组成和重量百分比含量如下：释碳剂　２５％～４０％；捕氧剂１０％～３０％；ＫＨ↓［２］ＰＯ↓［４］５％～１０％；微量元素１％～５％，粗砂１０％～１８％；水泥１０％～１５％；余量为水。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涉江，赵林，谭欣，刘秀丽，齐云，毛国柱，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]