一种生物炭固定微生物填充的可渗透反应墙的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生物炭固定微生物填充的可渗透反应墙的制备方法，属于地下水污染修复领域，本发明专利技术的可渗透反应墙，包括煤渣进水层、铁粉混合填料层、固定化微生物层、煤渣出水层的四层结构，其中的煤渣进水层、煤渣出水层、铁粉混合填料层可以达到降低水中溶解氧的目的，固定化微生物层中采用生物炭制作降解菌的固定化颗粒，与石英砂混合后一起填入可渗透反应墙中，下游再添加煤渣出水层，是应用固定化厌氧型微生物降解地下水中污染物，减少菌种流失，能够提高污水处理效率，且本发明专利技术的可渗透反应墙成本低，微生物流失少、活性高、抗冲击能力强，可应用厌氧型微生物。

A preparation method of permeable reaction wall filled with biochar immobilized microorganisms

The invention discloses a preparation method of a permeable reaction wall filled with Biocharcoal fixed microorganisms, belonging to the field of groundwater pollution remediation. The permeable reaction wall of the invention includes four layers of structure: coal slag water inlet layer, iron powder mixed filler layer, immobilized microorganism layer and coal slag water outlet layer, in which coal slag water inlet layer, coal slag water outlet layer and iron powder mixed filler layer can be lowered. For the purpose of dissolved oxygen in low water, the immobilized particles of degrading bacteria in immobilized microbial layer are made of biochar, mixed with quartz sand and filled into permeable reaction wall together, and the coal slag effluent layer is added downstream. The immobilized anaerobic microorganism is used to degrade pollutants in groundwater, reduce bacterial loss and improve sewage treatment efficiency, and the permeable reaction wall of the present invention is also provided. Low cost, low loss of microorganisms, high activity, strong impact resistance, can be applied to anaerobic microorganisms.

【技术实现步骤摘要】
一种生物炭固定微生物填充的可渗透反应墙的制备方法
本专利技术属于地下水污染修复领域，更具体地说涉及一种生物炭固定微生物填充的可渗透反应墙的制备方法。
技术介绍
土壤地下水污染是目前社会面临的一个严峻的环境污染问题，处理污染地下水的修复方式包括原位修复和异位修复两大类，虽然异位修复在治理初期效果显著，对于后期处理却收效甚微，只能作为一种临时性的控制方法，因此异位修复技术逐渐被原位修复技术所取代。地下水污染的原位修复技术，按照修复机理可分为物理修复、化学修复、生物修复等。物理修复如气体抽提技术和化学修复如氧化剂修复技术都存在处理成本高、易产生二次污染、工程可行性差等缺点，未得到更广泛的应用。生物修复具有投资少、操作简单、对周围环境影响小且不产生二次污染等优点，在降解污染物方面表现出了巨大的潜力。尽管生物修复技术有着上述优点，但也存在着局限性：微生物修复效果受环境因素影响大、高效菌种易流失导致细菌密度降低、与土著微生物的竞争力差等。固定化微生物技术是将特选的微生物固定在某种载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。这种技术应用于废水处理，有利于提高生物反应器内微生物（尤其是特殊功能的微生物）的浓度，有利于微生物抵抗不利环境的影响，有利于反应后的固液分离，缩短处理所需的时间。目前用作微生物载体的材料主要有：有机高分子载体、无机高分子载体和复合材料载体。有机高分子载体又分为天然和人工合成两类。天然有机高分子载体对生物无毒性，传质性能好，但机械强度低，在厌氧条件下易被微生物分解；人工合成的有机高分子载体一般强度较大，但传质性能较差固定微生物时对其活性影响较大；无机载体机械强度高、比表面积大、耐酸碱性能好，但吸附量有限且易流失；复合载体种类繁多，制作工艺难易程度也不一。目前主要的微生物固定化方法有吸附法、交联法、包埋法和截留法。吸附法操作简便，不影响微生物活性，但受载体种类和比表面积影响大，菌体易从载体分离；交联法结合牢固，细胞高度密集，但化学交联会影响细胞活性且操作价格贵；包埋法物化稳定性强，颗粒强度大，但操作过程复杂，对传质性能影响大；截留法可针对性调控反应底物但膜易受污染易堵塞，成本高。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的问题，公开了一种生物炭固定微生物填充的可渗透反应墙的制备方法，本专利技术用生物炭固定微生物填充的可渗透反应墙处理地下水污染，主要用生物炭吸附固定微生物并填充应用在PRB中，减少微生物流失，提高微生物处理地下水污染效果。本专利技术是这样实现的：一种生物炭固定微生物填充的可渗透反应墙的制备方法，其特征在于，所述的可渗透反应墙，包括煤渣进水层、铁粉混合填料层、固定化微生物层、煤渣出水层。通过在渗透反应墙上游布置的上述四层结构，其中的煤渣进水层、煤渣出水层、铁粉混合填料层可以达到降低水中溶解氧的目的。其中的固定化微生物层中采用生物炭吸附固定厌氧降解菌的固态颗粒，与煤渣混合后一起填入可渗透反应墙中，下游再添加煤渣出水层，是应用固定化厌氧型微生物降解地下水中污染物，减少菌种流失，能够提高污水处理效率。并且利用本专利技术的可渗透反应墙的原位修复方法，修复目的明确，布置灵活，材料成本低。具体的制备方法如下：步骤一，挖好基坑后，在水流方向的上游侧布置框架和铁丝网，首先填充煤渣进水层，煤渣进水层为煤渣和石英砂混合物，；步骤二，布置第一层框架，在第一层框架下填入铁粉混合填料层；所述的铁粉混合填料层为零价铁粉和石英砂的混合物，铁粉混合填料层可达到除氧作用，降低水中溶解氧的效果；步骤三，在所述的铁粉混合填料层下布置第二层的框架，在第二层的框架下填入固定化微生物层；所述的固定化微生物层为固定化厌氧微生物颗粒和石英砂的混合物；步骤四，在所述的固定化微生物层下布置第三层框架，在第三层框架下填充煤渣出水层，煤渣出水层为煤渣和石英砂混合物。进一步，所述的煤渣进水层由粒径5mm~10mm的煤渣和粒径0.5~1mm的石英砂按体积1:1混合后填充，厚度20cm~30cm（具体视地下水流速而定）。进一步，所述的铁粉混合填料层由粒径0~0.25mm的零价铁粉和粒径0.5~1mm的石英砂按体积1:1混合后填充，厚度20cm~30cm（具体视地下水流速和地下水氧化还原电位而定）。进一步，所述的固定化微生物层由粒径0.2~0.45mm的生物炭固定化微生物颗粒和粒径0.5~1mm的石英砂按体积2:1混合后填充，厚度40cm~60cm（具体视地下水流速和污染物浓度而定）。进一步，所述的固定化微生物颗粒制作方法为：1）碎木块粉碎后置于马弗炉内，升温速率10℃/min，达到600℃后保持该温度缺氧碳化2h，将黑色残渣研磨过40目筛（0.45mm）和80目（0.2mm）筛，取中间截留物得到粒径范围0.2~0.45mm的生物炭；2）用1mol/L的NaOH浸泡上述步骤一中的生物炭24h，再用去离子水冲洗至pH稳定,于110℃烘箱内烘干；3）将烘干后的生物炭粉末与0.2~0.4的菌悬液10:100（m:V）混合，搅拌吸附24h；4）过滤后真空冷冻干燥，得到固定化微生物颗粒。进一步，所述的煤渣出水层由粒径6mm~10mm的煤渣和粒径0.5~1mm的石英砂按体积1:1混合后填充，厚度20cm~30cm（具体视地下水流速而定）。本专利技术与现有技术的有益效果在于：1）本专利技术利用的可渗透反应墙技术（PRB），能够在自然水力梯度下，地下水污染羽渗流通过反应介质，污染物与介质发生物理、化学或生物作用得到阻截或去除，处理后的地下水从PRB的另一侧流出，将其中的污染物转化为环境可接受的形式，但不破坏地下水流动性；2）通过设置铁粉混合填料层降低地下水中溶解氧浓度，即使在浅层地下水中也可保证厌氧降解菌的生存环境从而发挥降解作用；3）固定化微生物技术是将特选的微生物固定在某种载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术；本专利技术将固定化微生物技术应用于废水处理，有利于提高生物反应器内微生物（尤其是特殊功能的微生物）的浓度，有利于微生物抵抗不利环境的影响，有利于反应后的固液分离，缩短处理所需的时间。4）本专利技术的可渗透反应墙可减少微生物流失，提高微生物处理地下水污染效果，并且成本低，微生物流失少、活性高、抗冲击能力强，可应用厌氧型微生物。附图说明图1为本专利技术用固定化微生物填充的可渗透反应墙的结构示意图；其中，1-煤渣进水层，2-第一层框架，3-铁粉混合填料层，4-固定化微生物层，5-煤渣出水层，6-第二层框架，7-第三层框架。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本专利技术进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，图1为本专利技术用固定化微生物填充的可渗透反应墙的结构示意图；本专利技术的可渗透反应墙从水流方向的上游到下游依次包括煤渣进水层1、铁粉混合填料层3、固定化微生物层4、煤渣出水层5的四层结构。具体的制备过程为：步骤一，首先在水流方向的上游侧布置框架和铁丝网，首先填充煤渣进水层1，煤渣进水层1由粒径5mm~10mm的煤渣和粒径0.5~1mm的石英砂按体积1:1混合后填充，厚度20cm~30cm（具体视地下水流速而定）；步骤二，布置第一层框架本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物炭固定微生物填充的可渗透反应墙的制备方法，其特征在于，所述的可渗透反应墙，包括煤渣进水层（1）、铁粉混合填料层（3）、固定化微生物层（4）、煤渣出水层（5），具体的制备方法如下：步骤一，首先在水流方向的上游侧布置框架和铁丝网，首先填充煤渣进水层（1），煤渣进水层（1）为煤渣和石英砂混合物；步骤二，布置第一层框架（2），在第一层框架（2）下填入铁粉混合填料层（3）；所述的铁粉混合填料层（3）为零价铁粉和石英砂的混合物；步骤三，在所述的铁粉混合填料层（3）下布置第二层的框架（6），在第二层的框架（6）下填入固定化微生物层（4）；所述的固定化微生物层（4）为固定化厌氧微生物颗粒和石英砂的混合物；步骤四，在所述的固定化微生物层（4）下布置第三层框架（7），在第三层框架（7）下填充煤渣出水层（5），煤渣出水层（5）为煤渣和石英砂混合物。

【技术特征摘要】
1.一种生物炭固定微生物填充的可渗透反应墙的制备方法，其特征在于，所述的可渗透反应墙，包括煤渣进水层（1）、铁粉混合填料层（3）、固定化微生物层（4）、煤渣出水层（5），具体的制备方法如下：步骤一，首先在水流方向的上游侧布置框架和铁丝网，首先填充煤渣进水层（1），煤渣进水层（1）为煤渣和石英砂混合物；步骤二，布置第一层框架（2），在第一层框架（2）下填入铁粉混合填料层（3）；所述的铁粉混合填料层（3）为零价铁粉和石英砂的混合物；步骤三，在所述的铁粉混合填料层（3）下布置第二层的框架（6），在第二层的框架（6）下填入固定化微生物层（4）；所述的固定化微生物层（4）为固定化厌氧微生物颗粒和石英砂的混合物；步骤四，在所述的固定化微生物层（4）下布置第三层框架（7），在第三层框架（7）下填充煤渣出水层（5），煤渣出水层（5）为煤渣和石英砂混合物。2.根据权利要求1所述的一种生物炭固定微生物填充的可渗透反应墙的制备方法，其特征在于，所述的煤渣进水层（1）由粒径5mm~10mm的煤渣和粒径0.5~1mm的石英砂按体积1:1混合后填充，厚度20cm~30cm。3.根据权利要求1所述的一种生物炭固定微生物填充的可渗透反应墙的制备方法，其特征在于，所述的铁粉混合填料层（3）由粒径0~0.25mm的零价铁粉和...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶淑君，刘芷彤，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32