一种间歇性曝气式地下水氨氮、有机污染生物的修复方法技术

本发明专利技术公开了一种间歇性曝气式地下水氨氮、有机污染生物的修复方法，包括以下步骤：将源于淹水稻田土的原生土著微生物，经过室内驯化、筛选和培养，得到复合菌株的菌液，所述菌液里含有驯化培养的复合菌株，所述复合菌株为Fe(III)还原菌、反硝化菌和铁氨氧化菌，再通过挂膜的方式，将菌液里驯化培养后的复合菌株负载至颗粒粒径2‑4mm Fe(III)铁氧化矿物表面，形成生物膜，得到修复功能材料，将修复功能材料加入至受污染的地下水中；再通过间歇性曝气调控溶解氧，构建间歇性厌氧/好氧环境，实现地下水氨氮、有机污染同步生物修复。本发明专利技术的方法具有在低碳源条件下节省能源、改善脱氮效果且用利于短程硝化过程的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种间歇性曝气式地下水氨氮、有机污染生物的修复方法
本专利技术涉及一种修复方法，特别涉及一种间歇性曝气式地下水氨氮、有机污染生物的修复方法。
技术介绍
2019年《中国生态环境状况公报》显示，中国地下水质量状况总体不容乐观，全国1万多个国家级地下水水质监测点位中，劣五类水体占比涨到18.8％，污染超标因子包括氟化物、氨氮、有机物等。大量研究表明，在一些典型污染场地,如垃圾填埋场、工矿企业污染场地,其地下水中氨氮、有机物已成为较普遍的特征污染物。受氨氮、有机污染的地下水作为饮用水源时，水处理系统会产生有害消毒副产物和不良气味，配水系统易出现硝化菌再生的问题；地下水中氨氮经过含水层氧化反应带后，可被转化为硝酸盐，当其被婴幼儿摄入后，会引起高铁血红蛋白症，即蓝婴综合症；有机污染更容易引起人体消化系统癌变。近年来，厌氧微生物在地下环境中氨氮、有机污染物的自然衰减过程扮演的重要角色，引起了研究人员的广泛关注。含水层的一些氧化还原反应带中，微生物能够在厌氧或缺氧条件下利用硝酸盐、硫酸盐、或Fe(Ⅲ)(Mn)氧化物作为电子受体，以有机物为电子供体进行自身新陈代谢。在被污染含水层的一些厌氧区域，Fe(III)还原菌对苯、及其它芳香族化合物的自然降解能力非常显著，地杆菌在这一过程扮演着非常重要的角色。厌氧铁氨氧化是指在厌氧条件下，氨氧化过程耦合Fe(III)生物还原过程，这一过程能够将氨氮转化为氮气、亚硝酸盐或硝酸盐。厌氧铁氨氧化可在不同环境下发生，且不同条件下NH4+可以被厌氧氧化为NO3-、NO2-、N2等产物，产物的差异性可能与反应环境及控制条件有关。从反应动能来判断，厌氧铁氨氧化反应更容易生成N2，而非NO2-和NO3-[41]。由于一步脱氮对溶解氧等反应条件控制较为苛刻，目前还没有一种合适的反应条件能实现NH4+直接被氧化为N2，解决厌氧铁氨氧化产生的亚硝酸盐难题，限制了当前厌氧铁氨氧化修复氨氮有机污染的技术发展。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种能够解决厌氧铁氨氧化产生的亚硝酸盐难题，实现地下水中氨氮和有机物的高效协同去除的间歇性曝气式地下水氨氮、有机污染生物的修复方法。为了实现上述目的本专利技术采取的技术方案是：一种间歇性曝气式地下水氨氮、有机污染生物的修复方法，包括以下步骤：将源于淹水稻田土的原生土著微生物，经过室内驯化、筛选和培养，得到复合菌株的菌液，所述菌液里含有驯化培养的复合菌株，所述复合菌株为Fe(III)还原菌、反硝化菌和铁氨氧化菌，再通过挂膜的方式，将菌液里驯化培养后的复合菌株负载至颗粒粒径2-4mmFe(III)铁氧化矿物表面，形成生物膜，得到修复功能材料，将修复功能材料加入至受污染的地下水中；在厌氧环境中，在经驯化培养的Fe(III)还原菌和铁氨氧化菌的作用下，将地下水中的铁氧化矿物表面Fe(III)转化为Fe(II)，NH4+转化NO2-，有机物转化为中分子有机物、HCO3-、CO2；通过间歇性好氧曝气，Fe(II)曝气氧化为Fe(III)、NO2-曝气氧化为NO3-；中分子有机物、HCO3-、CO2氧化为小分子有机物；在厌氧环境中，并在经驯化培养的反硝化菌和铁还原菌的作用下，使Fe(III)转化为Fe(II)，NO3-转化为N2，小分子有机物厌氧氧化为HCO3-、CO2。所述复合菌株的菌液体积与Fe(III)铁氧化矿物的重量比为8-12mL:1g。所述驯化、筛选和培养所述复合菌株的菌液的步骤为：厌氧处理去离子水：将去离子水置于厌氧反应瓶中，通入氮气，进行厌氧处理；加入稻田土后恒温震荡：称取新鲜稻田土，加入到厌氧处理后的去离子水中，通入氮气，盖紧瓶塞，以100-150rpm的转速、20-25℃下恒温震荡1.5-2.5h；所述去离子水与稻田土的用量比为40-60mL：2-4g；装瓶：取震荡后的上层菌液，转移至装有培养基和Fe(III)铁氧化矿物颗粒的厌氧反应瓶中；所述上层菌液、培养基和Fe(III)铁氧化矿物颗粒的体积质量比为：2mL:15-25mL:8-12g；培养：给厌氧反应瓶通入3-6minN2和CO2的混合气体，所述N2：CO2混合体积比为70-90：20，于室温25℃下避光培养1个月，得到培养菌液；传代培养：给培养菌液每月加入1次培养基，得到二代培养菌液，所述培养菌液与培养基的体积比：10:90-110，然后取10％体积(v/v)的二代培养菌液，接种至新鲜制备的培养基中，所述新鲜制备的培养基的体积为二代培养菌液体积的9-11倍，共传代3-5次，得到驯化培养的复合菌株的菌液。所述培养基为微量元素混合溶液、Wolfe’s维生素溶液和碳酸氢盐缓冲液的混合液；每升培养基中微量元素混合溶液mL、Wolfe’s维生素溶液mL和碳酸氢盐缓冲液mmol的用量比为8-12:8-12：25-35；1升微量元素混合溶液的组分含量为：0.05-0.1gCoCl2·6H2O，0.21-0.425gMnCl2·4H2O，0.02-0.05gZnCl2，0.01-0.02gNiCl2·6H2O，0.015-0.03gCuSO4·5H2O，0.01-0.02gNa2MoO4·2H2O，0.01-0.02gNa2SeO4·2H2O。进一步地，装入瓶中的培养基为经过通入4-6min氮气和高压蒸汽灭菌处理的培养基。所述高压蒸汽灭菌处理为100-130℃灭菌处理15-25min。所述Fe(III)铁氧化矿物为赤铁矿、褐铁矿或针铁矿。所述间歇性好氧曝气的方式包括采用地面式曝气风机，所述曝气风机连接曝气管；或采用地埋式曝气风机，通过自动化控制，改变曝气频率与曝气流量，从而实现地下水中溶解氧环境的可变式调控。所述地下水的进水恒定流量为0.15-0.35mL·min-1，水力停留时间设定为3.5-4.5小时，当曝气时，打开曝气阀门，将曝气流量设置为0.01-0.02L/min，使反应系统进行好氧状态，曝气频率为10-13h/d。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本专利技术针对基于Fe(III)生物还原厌氧氧化氨氮、有机物的去除不彻底这一特点，通过间歇性曝气，调控溶解氧环境，可以实现彻底反硝化、以及有机物的全量氧化，促进Fe(III)与Fe(II)的循环转化，实现氨氮向氮气的完全氧化，解决厌氧铁氨氧化产生的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮去除不彻底的问题，进而实现地下水中氨氮和有机物的协同高效去除。(2)能够实现有机物的进一步氧化，可实现大分子、中分子有机物向小分子有机物持续转变氧化的用途。附图说明图1是本专利技术实施例1中提供的修复方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的试验装置示意图；图3为本专利技术实施例提供的氨氮浓度变化曲线；图4为本专利技术实施例提供的有机物浓度变化曲线；图5为本专利技术实施例提供的反应介质渗透性曲线。具体实施方式为使本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种间歇性曝气式地下水氨氮、有机污染生物的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将源于淹水稻田土的原生土著微生物，经过室内驯化、筛选和培养，得到复合菌株的菌液，所述菌液里含有驯化培养的复合菌株，所述复合菌株为Fe(III)还原菌、反硝化菌和铁氨氧化菌，再通过挂膜的方式，将菌液里驯化培养后的复合菌株负载至颗粒粒径2-4mm Fe(III)铁氧化矿物表面，形成生物膜，得到修复功能材料，将修复功能材料加入至受污染的地下水中；/n在厌氧环境中，在经驯化培养的Fe(III)还原菌和铁氨氧化菌的作用下，将地下水中的铁氧化矿物表面Fe(III)转化为Fe(II)，NH

【技术特征摘要】
1.一种间歇性曝气式地下水氨氮、有机污染生物的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
将源于淹水稻田土的原生土著微生物，经过室内驯化、筛选和培养，得到复合菌株的菌液，所述菌液里含有驯化培养的复合菌株，所述复合菌株为Fe(III)还原菌、反硝化菌和铁氨氧化菌，再通过挂膜的方式，将菌液里驯化培养后的复合菌株负载至颗粒粒径2-4mmFe(III)铁氧化矿物表面，形成生物膜，得到修复功能材料，将修复功能材料加入至受污染的地下水中；
在厌氧环境中，在经驯化培养的Fe(III)还原菌和铁氨氧化菌的作用下，将地下水中的铁氧化矿物表面Fe(III)转化为Fe(II)，NH4+转化NO2-，有机物转化为中分子有机物、HCO3-、CO2；
通过间歇性好氧曝气，Fe(II)曝气氧化为Fe(III)、NO2-曝气氧化为NO3-；中分子有机物、HCO3-、CO2氧化为小分子有机物；
在厌氧环境中，并在经驯化培养的反硝化菌和铁还原菌的作用下，使Fe(III)转化为Fe(II)，NO3-转化为N2，小分子有机物厌氧氧化为HCO3-、CO2。


2.根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于：
所述复合菌株的菌液体积与Fe(III)铁氧化矿物的重量比为8-12mL:1g。


3.根据权利要求2所述的修复方法，其特征在于：
所述驯化、筛选和培养所述复合菌株的菌液的步骤为：
厌氧处理去离子水：将去离子水置于厌氧反应瓶中，通入氮气，进行厌氧处理；
加入稻田土后恒温震荡：称取新鲜稻田土，加入到厌氧处理后的去离子水中，通入氮气，盖紧瓶塞，以100-150rpm的转速、20-25℃下恒温震荡1.5-2.5h；
所述去离子水与稻田土的用量比为40-60mL：2-4g；
装瓶：取震荡后的上层菌液，转移至装有培养基和Fe(III)铁氧化矿物颗粒的厌氧反应瓶中；
所述上层菌液、培养基和Fe(III)铁氧化矿物颗粒的体积质量比为：2mL:15-25mL:8-12g；
培养：给厌氧反应瓶通入3-6minN2和CO2的混合气体，所述N2：CO2混合体积比为70-90：20，于室温25℃下避光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李来庆，姜玉，陶盈冰，吴晶晶，胡贵省，牟永明，郑明霞，李瑞，徐红灯，张琪，
申请(专利权)人：北京泷涛环境修复有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11