申請(qǐng)日2016.05.19
公開(kāi)(公告)日2016.08.03
IPC分類(lèi)號(hào)C02F3/34; G21F9/18; C02F103/06; C02F101/20
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種生物硫鐵復(fù)合材料，包括硫化亞鐵和結(jié)合于硫化亞鐵上的復(fù)合菌群，復(fù)合菌群微生物個(gè)數(shù)與單位質(zhì)量的硫酸亞鐵的比例為3.3×107～5×107cfu/mg，復(fù)合菌群以脫硫弧菌(Desulfovibrio)和梭菌屬(Clostridium)為主。本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于生物硫鐵的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻，包括：反應(yīng)井，其設(shè)置在含有鈾污染地下水的土壤中，位于地下水水流路徑上，且頂部與地面齊平，反應(yīng)井的頂部具有朝上的第一開(kāi)口;反應(yīng)介質(zhì)，其設(shè)置在反應(yīng)井內(nèi)，反應(yīng)介質(zhì)為上述生物硫鐵復(fù)合材料。本發(fā)明制備的材料和裝置對(duì)水體中鈾的去除率高，無(wú)二次污染，再生性能好，滿足當(dāng)前地下水鈾污染滲透反應(yīng)墻材料的需要。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種生物硫鐵復(fù)合材料，其特征在于，包括硫化亞鐵和結(jié)合于所述硫化亞鐵上的復(fù)合菌群，所述復(fù)合菌群微生物個(gè)數(shù)與單位質(zhì)量的硫酸亞鐵的比例為3.3×107～5×107cfu/mg，所述復(fù)合菌群包括脫硫弧菌(Desulfovibrio)和梭菌屬(Clostridium)。
2.如權(quán)利要求1所述的生物硫鐵復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合菌群還包括檸檬酸桿菌(Citrobacter)、明串珠菌(Trichococcus)、不動(dòng)桿菌(Acinetobacter)、假單胞菌(Pseudomonas)、地桿菌(Geobacter)、脫硫桿菌(Desulfurispora)和硫磺單胞菌(Sulfurospirillum)。
3.如權(quán)利要求2所述的生物硫鐵復(fù)合材料，其特征在于，以重量份計(jì)，所述復(fù)合菌群中包括脫硫弧菌15-20份、梭菌屬9-11份、檸檬酸桿菌1-2份、明串珠菌0.2-0.3份、不動(dòng)桿菌0.05-0.08份、假單胞菌0.02-0.05份、地桿菌0.02-0.05份、脫硫桿菌0.01-0.02份，硫磺單胞菌0.01-0.02份。
4.一種基于權(quán)利要求1所述的生物硫鐵的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻，其特征在于，包括：
反應(yīng)井，其設(shè)置在含有鈾污染地下水的土壤中，位于地下水水流路徑上，且頂部與地面齊平，所述反應(yīng)井的頂部具有朝上的第一開(kāi)口;
反應(yīng)介質(zhì)，其設(shè)置在所述反應(yīng)井內(nèi)，所述反應(yīng)介質(zhì)為權(quán)利要求1所述的生物硫鐵復(fù)合材料。
5.如權(quán)利要求4所述的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻，其特征在于，所述反應(yīng)井被分割為位于上部的第一容置空間和位于下部的第二容置空間，所述反應(yīng)介質(zhì)位于所述第二容置空間內(nèi)，以供鈾污染地下水滲流入所述反應(yīng)介質(zhì)。
6.如權(quán)利要求5所述的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻，其特征在于，還包括：
介質(zhì)更換裝置，其包括移動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)裝置沿所述反應(yīng)井的豎直方向進(jìn)行往返移動(dòng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，所述移動(dòng)裝置設(shè)置在所述反應(yīng)井內(nèi)，且所述反應(yīng)介質(zhì)被容納于所述移動(dòng)裝置中，所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述反應(yīng)井的井壁上，在所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，所述移動(dòng)裝置帶動(dòng)所述反應(yīng)介質(zhì)沿所述反應(yīng)井的豎直方向移動(dòng);
扶梯，其設(shè)置于所述第一容置空間內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻，其特征在于，所述移動(dòng)裝置包括底托和鐵鏈，所述底托設(shè)置于所述反應(yīng)介質(zhì)的底部，所述鐵鏈的一端固定在所述底托上，所述鐵鏈的另一端與所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)連接，所述鐵鏈和所述底托形成一容納空間，所述反應(yīng)介質(zhì)位于所述容納空間內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻，其特征在于，所述鐵鏈設(shè)置有三條，其中一條鐵鏈的一端固定在所述底托的中心處，剩余兩條鐵鏈沿所述底托的縱向軸線對(duì)稱固定于所述底托的外圈上。
9.如權(quán)利要求7所述的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻，其特征在于，所述鐵鏈與所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)之間還設(shè)置有定滑輪。
10.如權(quán)利要求5所述的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻，其特征在于，還包括：
井蓋，其設(shè)置在所述反應(yīng)井的上方，封閉所述第一開(kāi)口，所述井蓋包括第一井蓋和第二井蓋，所述第一井蓋上開(kāi)設(shè)有第二開(kāi)口，所述第二井蓋設(shè)置于所述第一井蓋上，以封閉或打開(kāi)所述第二開(kāi)口。
說(shuō)明書(shū)
生物硫鐵及基于其的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于環(huán)境與地下水處理領(lǐng)域，特別涉及一種生物硫鐵及基于其的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻。
背景技術(shù)
過(guò)去幾十年，由于鈾礦的開(kāi)采和濃縮鈾加工工業(yè)的廣泛開(kāi)展，造成了大量地下水體的鈾污染。盡管放射性核素鈾的活度較低，但其半衰期長(zhǎng)、廢物數(shù)量大、分布面廣，對(duì)環(huán)境構(gòu)成長(zhǎng)久潛在危害。鈾的危害主要表現(xiàn)在其重金屬化學(xué)毒性和放射性輻射兩種形式上。當(dāng)其進(jìn)入人體后，主要蓄積于肝臟、腎臟和骨骼中，根據(jù)劑量大小的不同，可引起急性或慢性中毒，并誘發(fā)多種疾病，引起肝臟損傷和誘發(fā)癌癥。
核素鈾隨著地下水流動(dòng)而遷移與彌散是核素向周?chē)h(huán)境中擴(kuò)散的主要途徑，特別是在山谷型尾礦庫(kù)中，地下水水力坡度大，流動(dòng)速度快，更有利于核素在地下水環(huán)境中的擴(kuò)散遷移，核素進(jìn)入地下水流后遷移主要有分子擴(kuò)散遷移、滲流遷移、滲流彌散遷移。核素在運(yùn)動(dòng)的地下水中遷移時(shí)，同時(shí)存在上述3種遷移方式。只是在不同條件下各種遷移方式所占份額不一。
在被污染的地下水體中，鈾主要是以溶解態(tài)的六價(jià)鈾(U(Ⅵ))、鈾酰(UO22+)或多種氫氧化雙氧鈾和碳酸鈾酰鹽化合物的形式存在。這種形態(tài)的鈾溶解度非常高，極易隨地下水流動(dòng)而遷移，如果治理措施不得當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致這種形態(tài)的鈾滲入地下環(huán)境，從而使這種形態(tài)的鈾隨地下水不斷遷移、擴(kuò)散，長(zhǎng)期如此，將對(duì)地下水和周?chē)鷳B(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染、破壞，從而造成大范圍的地下水污染。因此，研究如何防治鈾滲透液污染地下水對(duì)保護(hù)和改善水資源環(huán)境具有重要意義。
生物法是目前處理重金屬?gòu)U水最有前途的方法之一，但微生物的適應(yīng)性、產(chǎn)物穩(wěn)定性以及重金屬的去除效率等問(wèn)題都有待提高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種生物硫鐵復(fù)合材料，本發(fā)明的生物硫鐵復(fù)合材料中含有多種菌平衡生態(tài)關(guān)系，解決了以往單一微生物適應(yīng)性差、產(chǎn)物穩(wěn)定性低以及重金屬的去除效率低等問(wèn)題。
本發(fā)明再有一個(gè)目的是提供一種基于生物硫鐵的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻，本發(fā)明采用地下水滲透反應(yīng)墻技術(shù)(PRB)，在鈾尾礦等存在鈾污染的土地下修建滲透反應(yīng)墻，利用反應(yīng)墻中的反應(yīng)介質(zhì)來(lái)原位修復(fù)地下水污染。
為此，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
一種生物硫鐵復(fù)合材料，包括硫化亞鐵和結(jié)合于所述硫化亞鐵上的復(fù)合菌群，所述復(fù)合菌群微生物個(gè)數(shù)與單位質(zhì)量的硫酸亞鐵的比例為3.3×107～5×107cfu/mg，所述復(fù)合菌群包括脫硫弧菌(Desulfovibrio)和梭菌屬(Clostridium)。
優(yōu)選的是，所述的生物硫鐵復(fù)合材料中，所述復(fù)合菌群還包括檸檬酸桿菌(Citrobacter)、明串珠菌(Trichococcus)、不動(dòng)桿菌(Acinetobacter)、假單胞菌(Pseudomonas)、地桿菌(Geobacter)、脫硫桿菌(Desulfurispora)和硫磺單胞菌(Sulfurospirillum)。
更優(yōu)選的是，所述的生物硫鐵復(fù)合材料中，以重量份計(jì)，所述復(fù)合菌群中包括脫硫弧菌15-20份、梭菌屬9-11份、檸檬酸桿菌1-2份、明串珠菌0.2-0.3份、不動(dòng)桿菌0.05-0.08份、假單胞菌0.02-0.05份、地桿菌0.02-0.05份、脫硫桿菌0.01-0.02份，硫磺單胞菌0.01-0.02份。
一種基于生物硫鐵的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻，包括：
反應(yīng)井，其設(shè)置在含有鈾污染地下水的土壤中，位于地下水水流路徑上，且頂部與地面齊平，所述反應(yīng)井的頂部具有朝上的第一開(kāi)口;
反應(yīng)介質(zhì)，其設(shè)置在所述反應(yīng)井內(nèi)，所述反應(yīng)介質(zhì)為所述的生物硫鐵復(fù)合材料。
優(yōu)選的是，所述的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻中，所述反應(yīng)井被分割為位于上部的第一容置空間和位于下部的第二容置空間，所述反應(yīng)介質(zhì)位于所述第二容置空間內(nèi)，以供鈾污染地下水滲流入所述反應(yīng)介質(zhì)。
優(yōu)選的是，所述的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻，還包括：
介質(zhì)更換裝置，其包括移動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)裝置沿所述反應(yīng)井的豎直方向進(jìn)行往返移動(dòng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，所述移動(dòng)裝置設(shè)置在所述反應(yīng)井內(nèi)，且所述反應(yīng)介質(zhì)被容納于所述移動(dòng)裝置中，所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述反應(yīng)井的井壁上，在所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，所述移動(dòng)裝置帶動(dòng)所述反應(yīng)介質(zhì)沿所述反應(yīng)井的豎直方向移動(dòng);
扶梯，其設(shè)置于所述第一容置空間內(nèi)。
優(yōu)選的是，所述的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻中，所述移動(dòng)裝置包括底托和鐵鏈，所述底托設(shè)置于所述反應(yīng)介質(zhì)的底部，所述鐵鏈的一端固定在所述底托上，所述鐵鏈的另一端與所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)連接，所述鐵鏈和所述底托形成一容納空間，所述反應(yīng)介質(zhì)位于所述容納空間內(nèi)。
更優(yōu)選的是，所述的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻中，所述鐵鏈設(shè)置有三條，其中一條鐵鏈的一端固定在所述底托的中心處，剩余兩條鐵鏈沿所述底托的縱向軸線對(duì)稱固定于所述底托的外圈上。
優(yōu)選的是，所述的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻中，所述鐵鏈與所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)之間還設(shè)置有定滑輪。
優(yōu)選的是，所述的鈾污染地下水處理滲透反應(yīng)墻，還包括：
井蓋，其設(shè)置在所述反應(yīng)井的上方，封閉所述第一開(kāi)口，所述井蓋包括第一井蓋和第二井蓋，所述第一井蓋上開(kāi)設(shè)有第二開(kāi)口，所述第二井蓋設(shè)置于所述第一井蓋上，以封閉或打開(kāi)所述第二開(kāi)口。
本發(fā)明至少包括以下有益效果：
本發(fā)明利用復(fù)合菌群復(fù)合菌進(jìn)行地下水中的鈾的去除，復(fù)合菌群是一種兼性厭氧菌，廣泛存在于土壤、海水、河水、地下管道以及油氣井等缺氧環(huán)境中，可把硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽等硫氧化物以及元素硫還原成硫化氫，產(chǎn)生明顯的臭雞蛋味道。接種復(fù)合菌群后，復(fù)合菌群即可通過(guò)異化作用，利用有機(jī)物將SO42-還原為S2-，S2-與溶液中的Fe2+結(jié)合生成硫鐵化物。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程非常迅速均勻，產(chǎn)物的產(chǎn)率高。并且，復(fù)合菌群可以利用厭氧污泥簡(jiǎn)單富集篩選即可獲得，成本低廉，生長(zhǎng)條件容易控制，來(lái)源廣泛。同時(shí)，整個(gè)制備體系容易構(gòu)建，操作簡(jiǎn)便，條件容易控制，成本低廉，適宜大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
本發(fā)明的裝置是以滲透反應(yīng)墻為理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的反應(yīng)井，滲透反應(yīng)墻的深度由地下水徑流深度決定，井的直徑由鈾污染現(xiàn)狀決定。本發(fā)明的裝置設(shè)計(jì)了上部第一容置空間結(jié)構(gòu)，能增大截留的地下水量，同時(shí)也為更換反應(yīng)介質(zhì)提供了方便，降低成本。本裝置的自動(dòng)化程度高，用三根鐵鏈固定在底托上并將其上拉，提高了更換裝置的可靠性，提高了鈾去除的工作效率。當(dāng)鈾尾礦中的鈾進(jìn)入地下水流后，隨地下水遷移，被污染的地下水體流向低處的滲透反應(yīng)墻，進(jìn)入本裝置的反應(yīng)介質(zhì)材料，經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng)，從而去除水體中的鈾。本發(fā)明制備的材料和裝置對(duì)水體中鈾的去除率高，無(wú)二次污染，再生性能好，滿足當(dāng)前地下水鈾污染滲透反應(yīng)墻材料的需要。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
