一种利用天然磁黄铁矿同步去除地下水中硝酸盐和砷的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种利用天然磁黄铁矿同步去除地下水中硝酸盐和砷的方法及其应用，属于水资源净化技术领域。本发明专利技术包括(a)材料准备：将天然磁黄铁矿破碎成颗粒，酸洗后用水冲洗至中性(b)菌种筛选：利用特定的筛选培养基从厌氧污泥中筛选以天然磁黄铁矿为硫源的硫自养反硝化菌作为目标菌种；(c)污水处理：取含硝酸盐和砷的地下水，接种目标菌种后置于含天然磁黄铁矿的反应器中进行反应；(d)固液分离。本发明专利技术利用天然磁黄铁矿作为硫自养反硝化菌的硫源进行反硝化，将水中的硝酸盐还原转化为氮气；磁黄铁矿及其氧化产物能够利用化学沉淀和吸附等作用去除水中的砷，从而实现对地下水中硝酸盐和砷的同步高效去除。本方法运行方便，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水资源净化
，更具体地说，涉及一种利用天然磁黄铁矿同步去除地下水中硝酸盐和砷的方法及其应用。
技术介绍
农业大量的氮肥施用加上特殊的地质因素会造成地下水大规模的硝酸盐和砷的复合污染，对当地居民饮水安全造成了巨大的威胁。地下水硝酸盐和砷的复合污染在我国尤为严重，据相关文献报道，天津、哈尔滨、西安、长春等城市的地下水中普遍存在硝酸盐和砷的污染。目前，对水中硝酸盐和砷的去除都是分别进行的，尚未有成熟的同时对硝酸盐和砷去除的方法，分别处理两种污染物不但会大量增加成本还会使处理流程变得繁琐，所以有效、廉价、便捷的技术是目前处理地下水中硝酸盐和砷污染研究的主要方向。地下水中硝酸盐的去除方法分为物理法，化学法和生物法，而物理法和化学法投资和运营成本都很高，对于巨大的地下水处理量，应用受到较大的限制；生物异养反硝化脱氮技术，虽然处理效果较好，但面临着地下水碳源不足需外加碳源导致的成本升高，易形成二次污染等问题。地下水除砷工艺主要有混凝沉淀法、离子交换法、生物法、膜分离法及吸附法等，而鉴于投资成本和技术稳定性等原因，目前在工业生产和处理生活饮用水中应用最广泛成熟的除砷方法还是混凝沉淀法。硫自养反硝化菌在地下水和沉积物等厌氧环境中普遍存在，它能够在厌氧条件下以还原态硫(S2-、S0、S2O32-等)为电子供体，以硝酸盐为电子受体进行自养反硝化，将水中的硝酸盐还原为氮气。硫自养反硝化菌能够以天然的磁黄铁矿(Fe(1-X)S)为硫源进行自养反硝化去除硝酸盐，但是目前利用天然磁黄铁矿同步去除地下水中硝酸盐和砷的研究还未见报道。中国专利“利用厌氧铁氧化、反硝化菌净化污水中砷和硝酸盐的方法”(专利申请号：201310070136.5)公布了利用厌氧铁氧化、反硝化菌同步去除水中砷和硝酸盐的方法。该方法利用铁氧化反硝化菌以Fe2+为电子供体进行反硝化，产生的Fe3+氧化物可吸附砷的特性达到同步脱氮除砷的目的。但是该方法氮砷的去除率并不理想，在Fe2+充分的条件下反应30d，对硝酸盐和砷的去除效率只有30％-70％和40％-70％；另外反应全部发生在溶液中，难以连续运行和菌液分离；需要外加碳源，可能会造成出水污染物超标；实用性较差。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有硝酸盐和砷复合污染的地下水处理方法存在分步处理成本高昂、工艺复杂，处理效果不理想等问题，本专利技术的目的之一是提供一种利用天然磁黄铁矿同步去除地下水中硝酸盐和砷的方法，硫自养反硝化菌利用天然磁黄铁矿作为硫源进行反硝化去除水中的硝酸盐；磁黄铁矿的生物氧化产物Fe2+、Fe3+能够通过沉淀作用去除水中的砷。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种利用天然磁黄铁矿同步去除地下水中硝酸盐和砷的方法，包括以下步骤：(a)材料准备：将磁黄铁矿破碎成颗粒，酸洗后再用水冲洗至pH呈中性以去除矿物表面的氧化物及其它污染物，备用；(b)菌种筛选：利用特定的筛选培养基从厌氧污泥中筛选出以天然磁黄铁矿为硫源的硫自养反硝化菌作为目标菌种；(c)污水处理：取含硝酸盐和砷的地下水，接种目标菌种后置于反应器中，再投加一定量的磁黄铁矿震荡后进行充分反应；(d)固液分离：将反应后的混合液静置沉淀，上清液检测达标后排放。更进一步地，步骤(a)中使用的磁黄铁矿为天然磁黄铁矿，破碎粒径在0.1-20mm之间。更进一步地，步骤(b)中筛选以天然磁黄铁矿为硫源的硫自养反硝化菌的筛选培养基的主要成分及浓度分别为NaS2O3·5H2O5g/L、KNO32g/L、KH2PO42g/L、NaHCO31g/L、MgCl2·6H2O0.5g/L、NH4Cl0.5g/L、FeSO4·7H2O0.01g/L。更进一步地，步骤(c)中目标菌种的接种量为待处理污水体积的5～10％。更进一步地，步骤(c)中磁黄铁矿的投加量为100～250g/L，即投加磁黄铁矿后，反应体系中的磁黄铁矿的浓度为100～250g/L。更进一步地，步骤(c)中的最适反应温度为15～30℃。更进一步地，步骤(c)中的反应时间为5～15d。更进一步地，步骤(c)中的反应pH范围为6～8之间。上述的一种利用天然磁黄铁矿同步去除地下水中硝酸盐和砷的方法在地下水净化领域中的应用。本专利技术的原理是：硫自养反硝化菌利用天然磁黄铁矿作为硫源进行反硝化去除水中的硝酸盐；磁黄铁矿的生物氧化产物Fe2+、Fe3+能够通过沉淀作用去除水中的砷，Fe2+、Fe3+的氢氧化物如呈无定形态的Fe(OH)3对砷也有很强的吸附去除效果；最终实现了生物脱氮和化学除砷的自然耦合，其中硫自养反硝化菌利用磁黄铁矿进行自养反硝化反应的方程式如下：3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术提供了一种利用天然磁黄铁矿同步去除地下水中硝酸盐和砷的方法，硫自养反硝化菌氧化磁黄铁矿产生的无定形态的Fe(OH)3对砷有很强的吸附去除效果，远优于磁黄铁矿本身或自然氧化对砷的去除效果，实现了对低碳氮比地下水生物脱氮和化学除砷的自然耦合；(2)本专利技术实现了对地下水中硝酸盐和砷的同步去除，适用范围广、处理速度快、去除效率高、且不用外加碳源；(3)本专利技术所采用天然磁黄铁矿来源广泛，价格低廉，还是许多矿山开采后的废弃矿石，容易产生酸性矿山废水，而本专利技术将废弃的天然矿石资源化利用，起到了资源回收和避免污染的功效；(4)本专利技术筛选的目标菌种本身增殖速度快，适宜生长温度广泛，附着天然磁黄铁矿上对水中的硝酸盐和砷进行去除时，反硝化速率快、无需外加试剂、菌液分离效果好，可以连续运行、适用条件广泛；(5)本专利技术处理地下水成本低、处理效果好，易于工程化应用。附图说明图1为本专利技术实施例1中处理人工配水同步脱氮除砷的效果；图2为本专利技术实施例2中处理人工配水同步脱氮除砷的效果；图3为本专利技术实施例3中处理人工配水同步脱氮除砷的效果；图4为本专利技术实施例4中处理某市地下水同步脱氮除砷的效果。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进一步进行描述。实施例1一种利用天然磁黄铁矿同步去除地下水中硝酸盐和砷的方法，其处理对象是由自来水、硝酸钾、磷酸二氢钾配制而成的人工配水，其步骤为：(a)材料准备：将产自安徽铜陵铁硫含量分别为58％和39％的天然磁黄铁矿破碎至80～100目，酸洗后再用蒸馏水冲洗至出水的pH值在6～8之间，然后在30℃的真空干燥箱内烘干备用；(b)菌种筛选：利用筛选培养基从南京扬子石化污水厂UASB工艺厌氧污泥中筛选硫自养反硝化菌作为目标菌种；筛选培养基的主要成分及浓度分别为NaS2O3·5H2O5g/L、KNO32g/L、KH2PO42g/L、NaHCO31g/L、MgCl2·6H2O0.5g/L、NH4Cl0.5g/L、FeSO4·7H2O0.01g/L。(c)污水处理：取硝酸盐氮和砷的初始浓度分别为34.9mg/L、27.3mg/L的配水，接种7％(v/v)的目标菌种于反应器中，再投加浓度为230g/L的天然磁黄铁矿震荡后在27℃下反应13d；本实施例中采用的反应器为类似序批式反应器，厌氧环境更好，更加有利于厌氧的硫自养反硝化菌生长；(d)固液分离：将反应后的混合液静置沉淀，上清液检测达标后排放，硝酸盐氮和砷的去除效果如图1所示，反应13d本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用天然磁黄铁矿同步去除地下水中硝酸盐和砷的方法，包括以下步骤：(a)材料准备：将磁黄铁矿破碎成颗粒，酸洗后再用水冲洗至pH呈中性，备用；(b)菌种筛选：从厌氧污泥中筛选出以天然磁黄铁矿为硫源的硫自养反硝化菌作为目标菌种；(c)污水处理：取含硝酸盐和砷的地下水，接种目标菌种后置于反应器中，再投加一定量的磁黄铁矿震荡后进行充分反应；(d)固液分离：将反应后的混合液静置沉淀，上清液检测达标后排放。

【技术特征摘要】
1.一种利用天然磁黄铁矿同步去除地下水中硝酸盐和砷的方法，包括以下步骤：(a)材料准备：将磁黄铁矿破碎成颗粒，酸洗后再用水冲洗至pH呈中性，备用；(b)菌种筛选：从厌氧污泥中筛选出以天然磁黄铁矿为硫源的硫自养反硝化菌作为目标菌种；(c)污水处理：取含硝酸盐和砷的地下水，接种目标菌种后置于反应器中，再投加一定量的磁黄铁矿震荡后进行充分反应；(d)固液分离：将反应后的混合液静置沉淀，上清液检测达标后排放。2.根据权利要求1所述的一种利用天然磁黄铁矿同步去除地下水中硝酸盐和砷的方法，其特征在于：步骤(a)中使用的磁黄铁矿为天然磁黄铁矿，破碎粒径在0.1-20mm之间。3.根据权利要求1或2所述的一种利用天然磁黄铁矿同步去除地下水中硝酸盐和砷的方法，其特征在于：步骤(b)中筛选以天然磁黄铁矿为硫源的硫自养反硝化菌的筛选培养基的主要成分及浓度分别为NaS2O3·5H2O5g/L、KNO32g/L、KH2PO42g/L、NaHCO31g/L、MgCl2·6H2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李睿华，刘卓，沈建华，肖才林，施鹏，戴建军，李爱民，仓基俊，
申请(专利权)人：南京大学，南京大学盐城环保技术与工程研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32