一种同步去除矿山废水中重金属和硝酸盐的方法及反应器技术

本发明专利技术公开了一种同步去除矿山废水中重金属和硝酸盐的方法及反应器，步骤包括：污泥富集驯化、生物菌剂制备、双层铁碳填料制备、生物挂膜和反应器运行。反应器包括自上而下的双层铁碳填料、气洗板、导流板、承托层、出口曝气系统和滤板；反应器底部设置反冲洗阀，由反冲洗水箱通过反冲洗流量计控制流量、进水泵抽水配合气洗板实现反冲洗；反应器顶部设有两个排气孔；经出水口出水后进入沉淀池进行沉淀排水。本发明专利技术采用的双层铁碳填料，在微生物作用下去除硝酸盐，并且生成微生物沉淀(FeOOH、Fe

【技术实现步骤摘要】
一种同步去除矿山废水中重金属和硝酸盐的方法及反应器
本专利技术涉及矿山废水中重金属和硝酸盐处理
，具体涉及一种同步去除矿山废水中硝酸盐和重金属的方法及反应器。
技术介绍
随着我国经济不断发展，采矿、工业和农业等人类活动使得大量重金属、硝酸盐污染物被释放到环境中，如今日益严重的矿山废水污染问题备受关注。矿山废水中含有大量镉、铅、镍等有毒重金属，其具有不可生物降解性、持久性和生物积累性，同时含有过量硝酸盐、重金属的污水直接排放，会导致各类慢性疾病、癌症以及土壤和地下水条件恶化。因此，针对含大量重金属矿山废水的处理问题上，我们迫切需要一种经济且高效的方法来去除这些污染物。目前常见的重金属污染废水处理技术包括离子交换、膜分离、吸附和化学沉淀等，硝酸盐的去除包括电渗析、反渗透、离子交换法和蒸馏等方法，通过物理化学作用使硝酸盐富集或者转移至其他介质中，这两种污染物的传统治理方法都具有二次污染、成本高、操作复杂、对于大流量低浓度的有害污染难处理的缺点。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种矿山废水重金属和硝酸盐同步去除方法以及该方法所采用的反应器，利用新型双层铁碳填料进行生物挂膜，实现铁离子电子得失与反硝化过程相结合，除去硝酸盐以及利用微生物沉淀(FeOOH、Fe2O3、Fe(OH)3)产物实现对Cd2+、Pb2+和Ni2+的吸附去除，达到同步解决矿山废水中重金属与硝酸盐污染物超标问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种矿山废水重金属和硝酸盐同步去除方法，包括如下步骤：步骤1，污泥富集驯化：密闭厌氧条件下，取待处理矿山废水与FJY培养液进行富集培养，并收集沉淀污泥；步骤2，生物菌剂制备：向所得沉淀污泥中按照体积比为2～4:1加入待处理矿山废水与SJP培养液混匀，恒温下培养3-5天后，除去上清液，之后每隔一定周期更换一次SJP培养液，驯化培养12-14天，形成深黑色散状污泥，得到生物菌剂；步骤3，双层铁碳填料制备：按重量百分比为40-55％铁粉、10-20％活性炭、20-25％污泥、4-5％锰粉、3-4％镁粉、5-8％硅酸钠和水混合均匀，搅拌制成球状颗粒，再用按重量百分比为30-50％水泥和50-70％粘土制成的混合物覆盖在球状颗粒外表面，干燥,焙烧,自然冷却至室温,即得双层铁碳填料；步骤4，双层铁碳填料生物菌剂挂膜：按照体积比为1：(40～60)将GMT培养液与生物菌剂混合，得到浸泡液，将双层铁碳填料浸泡于浸泡液中，常温下挂膜2-4天,填料表面形成浅黄色生物膜后，挂膜结束,冲掉双层铁碳填料表面吸附的细菌；步骤5，反应器运行：将挂膜后双层铁碳填料放入反应器的承托层上，待处理矿山废水经挂膜后双层铁碳填料后，和硝酸盐被同步去除。所述FJY培养液包括以下质量比的原料：C6H5Na3O7·6H2O0.8～1.2份，NaHCO30.8～1.2份，NaNO30.1～0.3份，KH2PO40.08～0.12份，MgCl20.08～0.12份，CaCl20.04～0.06份，FeCl2·4H2O0.4～0.6份，微量元素溶液Ⅰ1份，蒸馏水1000份。所述微量元素溶液Ⅰ包括：以质量浓度计，0.4～0.6g/LMgSO4·7H2O、0.9～1.1g/LEDTA、0.1～0.3g/LZnSO4、0.09～0.11g/LMnCl2·4H2O、0.4～0.6g/LFeSO4·7H2O、0.4～0.6g/LCuSO4·5H2O、0.1～0.3g/LCoCl2·6H2O。所述SJP培养液包括以下质量比的原料：C6H5Na3O7·6H2O0.8～1.2份，NaHCO30.4～0.6份，NaNO30.1～0.3份，KH2PO40.04～0.06份，MgCl20.04～0.06份，CaCl20.04～0.06份，FeCl2·4H2O0.2～0.4份，微量元素溶液Ⅱ2份，蒸馏水1000份。所述微量元素溶液Ⅱ包括：以质量浓度计，0.4～0.6g/LMgSO4·7H2O、0.8～1.2g/LEDTA、0.1～0.3g/LZnSO4、0.04～0.06g/LMnCl2·4H2O、0.08～0.12g/LFeSO4·7H2O、0.4～0.6g/LCuSO4·5H2O、0.08～0.12g/LCoCl2·6H2O。所述GMT培养液包括以下质量比的原料：灭菌后的待处理矿山废水1000份、微量元素Ⅲ2份。所述微量元素Ⅲ为：以质量浓度计,0.1～0.3g/LEDTA、0.04～0.06g/LZnSO2、0.01～0.03g/LMnCl2·4H2O、0.01～0.03g/LCuSO4·5H2O的水溶液。对于上述技术方案，本方案还有进一步优选的方案：进一步，所述步骤1中，厌氧条件包括：每天向反应器中通入4次氮气，通入4-9L/min氮气，每次5分钟。进一步，所述步骤2中，每隔3天更换一次SJP培养液，更换次序为：将1体积SJP培养液与1体积含有Cd2+、Pb2+、Ni2+2mg/L的pH＝7.0混合溶液组成的液体培养液A更换SJP培养基；再将1体积的SJP培养液与2体积含有Cd2+、Pb2+、Ni2+4mg/L的pH＝6.5混合溶液组成的液体培养基B更换液体培养液A；再将1体积的SJP培养液与3体积含有Cd2+、Pb2+、Ni2+6mg/L的pH＝4.5混合溶液组成的液体培养基C更换液体培养基B；再将含有Cd2+、Pb2+、Ni2+10mg/L的pH＝5.0混合溶液更换液体培养基C。进一步，所述步骤3中，双层铁碳填料制备中，加水搅拌制备粒径为1-3cm的球状颗粒，然后于100-120℃下干燥30-50min,再于焙烧炉内500-600℃下焙烧60-80min,自然冷却至室温,即得双层铁碳填料。相应地，本专利技术提供了一种所述方法采用的反应器，包括反应器本体，反应器本体由上自下依次为双层铁碳填料、气洗板、导流板、承托层、出口曝气系统和滤板；所述气洗板和出口曝气系统通过鼓风机由曝气管连接；反应器底部通过反冲洗阀连通反冲洗泵和反冲洗水箱、反应器顶部通过进水泵连通自来水管配合气洗板进行反冲洗；反冲洗顶部设有排气孔；底部侧壁连通沉淀池。进一步，所述承托层采用粒径2.0-4.0cm的鹅卵石，铺设厚度0.25-0.40m；所述双层铁碳填料铺设厚度1.1-1.5m。上述反应器的运行方法，包括如下步骤：1)打开进水阀，待处理矿山水经进水泵通过进水口进入装置，流经双层铁碳填料，去除待处理水中硝酸盐和有机物，产生的气体通过排气孔排入大气；2)水流通过导流板进入承托层，再于出口曝气系统间歇曝气曝气，控制曝气阶段溶解氧浓度，使得过量Fe2+得以进一步氧化，以避免出水水质出现铁超标问题；3)处理后的出水经出水口流入沉淀池；4)反应器运行一定时间后每隔3～10天进行反冲洗，通过气洗板实现气洗，打开反冲洗阀实现水洗，二者配合完成气水反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步去除矿山废水中重金属和硝酸盐的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，污泥富集驯化：/n密闭厌氧条件下，取待处理矿山废水与FJY培养液进行富集培养，并收集沉淀污泥；/n步骤2，生物菌剂制备：/n向所得沉淀污泥中按照体积比为2～4:1加入待处理矿山废水与SJP培养液混匀，恒温下培养3-5天后，除去上清液，之后每隔一定周期更换一次SJP培养液，驯化培养12-14天，形成深黑色散状污泥，得到生物菌剂；/n步骤3，双层铁碳填料制备：/n按重量百分比为40-55％铁粉、10-20％活性炭、20-25％污泥、4-5％锰粉、3-4％镁粉、5-8％硅酸钠和水混合均匀，搅拌制成球状颗粒，再用按重量百分比为30-50％水泥和50-70％粘土制成的混合物覆盖在球状颗粒外表面,干燥,焙烧,自然冷却至室温,即得双层铁碳填料；/n步骤4，双层铁碳填料生物菌剂挂膜：/n按照体积比为1：(40～60)将GMT培养液与生物菌剂混合，得到浸泡液，将双层铁碳填料浸泡于浸泡液中，常温下挂膜2-4天,填料表面形成浅黄色生物膜后，挂膜结束,冲掉双层铁碳填料表面吸附的细菌；/n步骤5，反应器运行：/n将挂膜后双层铁碳填料放入反应器的承托层上，待处理矿山废水经挂膜后双层铁碳填料后，和硝酸盐被同步去除。/n...

【技术特征摘要】
1.一种同步去除矿山废水中重金属和硝酸盐的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，污泥富集驯化：
密闭厌氧条件下，取待处理矿山废水与FJY培养液进行富集培养，并收集沉淀污泥；
步骤2，生物菌剂制备：
向所得沉淀污泥中按照体积比为2～4:1加入待处理矿山废水与SJP培养液混匀，恒温下培养3-5天后，除去上清液，之后每隔一定周期更换一次SJP培养液，驯化培养12-14天，形成深黑色散状污泥，得到生物菌剂；
步骤3，双层铁碳填料制备：
按重量百分比为40-55％铁粉、10-20％活性炭、20-25％污泥、4-5％锰粉、3-4％镁粉、5-8％硅酸钠和水混合均匀，搅拌制成球状颗粒，再用按重量百分比为30-50％水泥和50-70％粘土制成的混合物覆盖在球状颗粒外表面,干燥,焙烧,自然冷却至室温,即得双层铁碳填料；
步骤4，双层铁碳填料生物菌剂挂膜：
按照体积比为1：(40～60)将GMT培养液与生物菌剂混合，得到浸泡液，将双层铁碳填料浸泡于浸泡液中，常温下挂膜2-4天,填料表面形成浅黄色生物膜后，挂膜结束,冲掉双层铁碳填料表面吸附的细菌；
步骤5，反应器运行：
将挂膜后双层铁碳填料放入反应器的承托层上，待处理矿山废水经挂膜后双层铁碳填料后，和硝酸盐被同步去除。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述FJY培养液包括以下质量比的原料：C6H5Na3O7·6H2O0.8～1.2份，NaHCO30.8～1.2份，NaNO30.1～0.3份，KH2PO40.08～0.12份，MgCl20.08～0.12份，CaCl20.04～0.06份，FeCl2·4H2O0.4～0.6份，微量元素溶液Ⅰ1份，蒸馏水1000份；
所述微量元素溶液Ⅰ包括：以质量浓度计，0.4～0.6g/LMgSO4·7H2O、0.9～1.1g/LEDTA、0.1～0.3g/LZnSO4、0.09～0.11g/LMnCl2·4H2O、0.4～0.6g/LFeSO4·7H2O、0.4～0.6g/LCuSO4·5H2O、0.1～0.3g/LCoCl2·6H2O。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SJP培养液包括以下质量比的原料：C6H5Na3O7·6H2O0.8～1.2份，NaHCO30.4～0.6份，NaNO30.1～0.3份，KH2PO40.04～0.06份，MgCl20.04～0.06份，CaCl20.04～0.06份，FeCl2·4H2O0.2～0.4份，微量元素溶液Ⅱ2份，蒸馏水1000份；
所述微量元素溶液Ⅱ包括：以质量浓度计，0.4～0.6g/LMgSO4·7H2O、0.8～1.2g/LEDTA、0.1～0.3g/LZnSO4、0.04～0.06g/LMnCl2·4H2O、0.08～0.12g/LFeSO4·7H2O、0.4～0.6g/LCuSO4·5H2O、0.08～0.12g/LCoCl2·6H2O。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏俊峰，王悦，黄廷林，赵廷宝，高志宏，白一涵，孙毅，杨玉珠，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61