一种延长活性沸石覆盖层寿命的方法
【专利摘要】本发明提供了一种延长活性沸石覆盖层寿命的方法，该方法按照以下步骤进行：将天然沸石放入容器中，加入阳离子溶液，体系温度为28℃，调节体系pH值为9，以120r/min的转速在恒温水浴摇床上进行改性，连续反应24h；倒掉上清液，用去离子水冲洗改性沸石干净后，置于烘箱内烘干，得到改性沸石；对改性后的沸石进行挂膜活化，挂膜改性沸石的最大再生率可达到85.74％，远远高于改性沸石的69.12％和未改性沸石的54.29％。改性挂膜沸石四次重复使用的原位再生率均在95％以上，远高于未改性的天然沸石76％，进一步说明改性及活化的方法大幅度提高了沸石的原位再生率。
【专利说明】一种延长活性沸石覆盖层寿命的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水处理【技术领域】，具体涉及一种延长活性覆盖层寿命的方法，提高单 层沸石覆盖修复污染底泥的效果，特别适用于内源氮、磷负荷严重的河流、湖泊和水库底泥 的修复。
【背景技术】
[0002] 抑制污染底泥向水体释放氮、磷污染物是控制水体富营养化的有效措施，现有的 自然消减法对重度污染底泥效果甚微，而底泥疏浚存在工程量大、二次污染、破坏水体生态 环境等弊端。覆盖法是目前世界各国研究的热点，由传统厚的物理掩蔽，发展为薄的活性层 覆盖。然而，活性覆盖材料对污染物吸附饱和后将丧失作用能力、寿命有限是活性层覆盖技 术修复重度污染底泥的瓶颈。目前主要通过增加沸石、方解石等覆盖层厚度、增大其吸附容 量等方法延长使用寿命，尽管这种发方法有一定的效果，但工程费用大幅度提高，限制了其 在实际工程中的应用。因此，开发廉价、高效的延长活性沸石覆盖层寿命的方法对于重度污 染底泥原位修复、控制水体富营养化具有重要意义。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种通过钠改性和分步挂 膜方法提高沸石中附着硝化细菌和反硝化细菌的数量，大幅度提高沸石的原位再生率，延 长沸石覆盖层的寿命。采用阳离子改性沸石，菌种分步挂膜活化沸石，共同作用提高沸石原 位再生率，突破现有技术中沸石覆盖层寿命短、原位再生难的技术瓶颈。
[0004] 为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现：
[0005] -种延长活性沸石覆盖层寿命的方法，该方法按照以下步骤进行：
[0006] 步骤一，对天然沸石进行改性，具体的改性方法按照以下步骤进行：
[0007] 步骤1. 1，将天然沸石放入容器中，加入阳离子溶液，体系温度为28°C?50°C，调 节体系pH值在4?11范围内，在恒温水浴摇床上进行吸附交换，连续反应24h，得到改性沸 石；
[0008] 其中，每5g?15g天然沸石对应200mL浓度为1. Omol/L?2. Omol/L的阳离子溶 液；
[0009] 步骤1. 2,倒掉上清液，用去离子水冲洗改性沸石干净后，置于烘箱内烘干，得到改 性沸石；
[0010] 步骤二，对步骤一改性后的沸石进行分步挂膜活化，具体的分步挂膜活化活化方 法按照以下步骤进行：
[0011] 硝化细菌为假单胞菌 SY1 (Pseudomonas sp. SY1)，保藏编号 CCTCCNO :M209181 ;反 硝化细菌为假单胞菌HY1 (Pseudomonas sp. HY1)，保藏编号CCTCCN0 :M209180 ;
[0012] 步骤2. 1 :将上述硝化细菌和反硝化细菌分别接种于硝化细菌液体培养基和反硝 化细菌液体培养基中，在25?30°C、120rpm恒温条件下振荡培育2?3d，分别得到富集硝 化细菌和反硝化细菌菌液；
[0013] 步骤2. 2 :将原水在压力蒸汽消毒器中进行灭菌，灭菌条件为温度120?126°C， 压力0. 10?0. 14MPa，时间30min，然后将步骤2. 1得到的富集硝化细菌菌液和反硝化菌液 分别与原水按照体积比为1 : 9投加至原水中，在25?30°C、120rpm条件下水浴恒温振荡 2?3d，原水变浑浊后，分别得到沸石挂膜使用的硝化细菌挂膜菌液和反硝化细菌挂膜菌 液；
[0014] 步骤2. 3 :首先将步骤2. 2得到的硝化细菌挂膜菌液倒入盛有步骤1. 2得到的改 性沸石的容器中，按照每克沸石投加20mL?40mL的比例投加，在20°C?40°C、密闭条件下 进行挂膜，此时水中有一定的溶解氧，低氧有利于硝化细菌的生长，2d?3d后，再将2. 2步 骤得到的反硝化细菌挂膜菌液按照每克沸石投加20mL?40mL的比例投加，此时控制厌氧 状态，无氧有利于反硝化细菌生长，在20°C?40°C、密闭条件下进行挂膜，3d?4d后，采用 连续水流冲掉填料表面的吸附的细菌，得到改性挂膜沸石。
[0015] 优选的，上述所述的阳离子溶液为含有Na+、K+、Ca2+或Mg2+的离子溶液。
[0016] 优选的，一种延长沸石覆盖层寿命的方法，该方法按照以下步骤进行：
[0017] 步骤一，对天然沸石进行改性，具体的改性方法按照以下步骤进行：
[0018] 步骤1. 1，将天然沸石放入容器中，加入阳离子溶液，体系温度为28°C，调节体系 pH值为9,以120r/min的转速在恒温水浴摇床上进行改性，连续反应24h ;
[0019] 其中，每10g天然沸石对应200mL浓度为1. Omol/L的阳离子溶液；
[0020] 所述的阳离子溶液为含有Na+、K+、Ca2+或Mg2+的离子溶液；
[0021] 步骤1. 2,倒掉上清液，用去离子水冲洗改性沸石干净后，置于烘箱内烘干，得到改 性沸石；
[0022] 步骤二，对步骤一改性后的沸石进行挂膜活化，具体的活化方法按照以下步骤进 行：
[0023] 硝化细菌为假单胞菌 SY1 (Pseudomonas sp. SY1)，保藏编号 CCTCCNO :M209181 ;反 硝化细菌为假单胞菌HY1 (Pseudomonas sp. HY1)，保藏编号CCTCCN0 :M209180 ;
[0024] 步骤2. 1 :将上述硝化细菌和反硝化细菌分别接种于硝化细菌液体培养基和反硝 化细菌液体培养基中，在25?30°C、120rpm恒温条件下振荡培育2?3d，分别得到富集硝 化细菌和反硝化细菌菌液；
[0025] 步骤2. 2 :将原水在压力蒸汽消毒器中进行灭菌，灭菌条件为温度120?126°C， 压力0. 10?0. 14MPa，时间30min，然后将步骤2. 1得到的富集硝化细菌菌液和反硝化菌液 分别与原水按照体积比为1 : 9投加至原水中，在25?30°C、120rpm条件下水浴恒温振荡 2?3d，原水变浑浊后，分别得到沸石挂膜使用的硝化细菌挂膜菌液和反硝化细菌挂膜菌 液；
[0026] 步骤2. 3 :首先将步骤2. 2得到的硝化细菌挂膜菌液倒入盛有步骤1. 2得到的改 性沸石的容器中，按照每克沸石投加20mL?40mL的比例投加，在20°C?40°C、密闭条件下 进行挂膜，此时水中有一定的溶解氧，低氧浓度有利于硝化细菌的生长，2d?3d后水中溶 解氧消耗殆尽，再将2. 2步骤得到的反硝化细菌挂膜菌液按照每克沸石投加20mL?40mL 的比例投加，此时控制厌氧状态，无氧有利于反硝化细菌生长，在20°C?40°C、密闭条件下 进行挂膜，3d?4d后，采用连续水流冲掉填料表面的吸附的细菌，得到改性挂膜沸石。
[0027] 优选的，所述的阳离子溶液为Na+离子溶液。
[0028] 优选的，步骤1. 1中所述的恒温水浴摇床的转速为120r/min。
[0029] 优选的，所述的阳离子溶液中：Na+离子溶液采用NaCl配制，K+离子溶液采用KC1 配制，Ca 2+离子溶液采用CaCl2配制，Mg2+离子溶液采用Mg Cl2配制。
[0030] 本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
[0031] 本发明采用Na+改性联合分步密闭挂膜活化的方法来提高沸石中附着的硝化细菌 和反硝化细菌的数量，大幅度提高沸石的原位再生能力，延长活性沸石覆盖层的寿命，通过 Na+改性来增加沸石吸附氨氮的能力，增强优势细菌在沸石内的繁殖能力，密闭分步挂膜， 在低氧条件下接种硝化细菌进行挂膜，在无氧条件下接种反硝化细菌进行挂膜，使两种细 菌分别在各自适宜的环境中生长繁殖，与改性前相比改性后硝化细菌数量增大100倍，反 硝化细菌数量增大了 200倍，无需连续曝气，方法简单，可大幅度提高沸石原位再生率，延 长活性沸石覆盖层的寿命。挂膜改性沸石的原位再生率可达到85. 74%，远远高于改性沸石 的69. 12%和未改性沸石的54. 29%。改性挂膜沸石四次重复使用的原位再生率均在95% 以上，远高于未改性的天然沸石76%，进一步说明改性及分步挂膜活化的方法大幅度提高 了沸石的原位再生率，延长活性沸石覆盖层的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0032] 图1是不同无机盐阳离子改性后的沸石F1对氨氮的吸附量。
[0033] 图2是不同改性溶液Na+浓度对吸附后氨氮质量浓度和氨氮去除率的影响。
[0034] 图3是不同沸石投加量对氨氮吸附量的影响。
[0035] 图4是不同温度对氨氮吸附量的影响。
[0036] 图5是不同pH值对氨氮吸附量的影响。
[0037] 图6是不同无机盐阳离子改性后的沸石F2对氨氮的吸附量。
[0038] 图7是挂膜沸石细菌总数随时间的变化曲线
[0039] 图8是挂膜沸石硝化菌数量随时间的变化曲线
[0040] 图9是挂膜沸石反硝化菌数量随着时间的变化曲线
[0041] 图10是Na+离子改性后的沸石F3对氨氮的吸附量。
[0042] 图11是实施例1与对比例1、对比例2的铵吸附沸石原位再生率随时间的变化曲 线。
[0043] 图12是实施例1与对比例1、对比例2的铵吸附沸石原位再生时上覆水体中氨氮 质量变化曲线。
[0044] 图13是实施例1与对比例1、对比例2的是铵吸附沸石原位再生时上覆水体中硝 氮质量变化曲线。
[0045] 图14是实施例1与对比例1、对比例2的是铵吸附沸石原位再生时上覆水体中亚 硝氮质量变化曲线。
[0046] 图15是挂膜时间对沸石氨氮吸附的变化曲线。
[0047] 图16是菌液与沸石投量固液比对沸石氨氮吸附的变化曲线。
[0048] 图17、18是沸石改性温度对原位再生的影响。
[0049] 图19是挂膜温度对天然沸石原位再生的影响。
[0050] 图20是挂膜温度对改性沸石原位再生的影响。
[0051] 图21是不同挂膜方式的总氮浓度变化。
[0052] 图22是不同挂膜方式的氨氮浓度变化。
[0053] 图23是不同挂膜方式的硝氮浓度变化。
[0054] 图24是不同挂膜方式的亚硝氮浓度变化。
[0055] 图25是上覆水体中总氮的消减率变化曲线图。
[0056] 以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。
【具体实施方式】
[0057] 本发明涉及筛选的高效菌种为从黑河水库底泥中筛选得到硝化细菌SY1 (假单胞 菌SY1)和反硝化细菌HY1 (假单胞菌HY1)，该两菌种于2009年8月24日保藏于中国典型 培养物保藏中心，简称CCTCC，并登记入册，该生物菌种于2009年8月24日起保存30年。 其中硝化细菌假单胞菌SY1 (Pseudomonas sp. SY1)，保藏号为：CCTCCNO :M209181 ;反硝化 细菌假单胞菌 HY1 (Pseudomonas sp.HYl)保藏号为：CCTCCN0:M209180。
[0058] 其中硝化细菌SY1和反硝化细菌HY1菌株均属于假单胞菌属，其各自具有如下特 征：
[0059] 表I菌落形态特征和菌体形态特征
[0060]
【权利要求】
1. 一种延长活性沸石覆盖层寿命的方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行： 步骤一，对天然沸石进行改性，具体的改性方法按照以下步骤进行： 步骤1. 1，将天然沸石放入容器中，加入阳离子溶液，体系温度为28°C?50°C，调节体 系pH值在4?11范围内，在恒温水浴摇床上进行吸附交换，连续反应24h，得到改性沸石； 其中，每5g?15g天然沸石对应200mL浓度为1. Omol/L?2. Omol/L的阳离子溶液； 步骤1. 2,倒掉上清液，用去离子水冲洗改性沸石干净后，置于烘箱内烘干，得到改性沸 石； 步骤二，对步骤一改性后的沸石进行分步挂膜活化，具体的分步挂膜活化方法按照以 下步骤进行： 硝化细菌为假单胞菌SY1 (Pseudomonas sp. SY1)，保藏编号CCTCCNO :M209181 ;反硝化 细菌为假单胞菌 HY1 (Pseudomonas sp. HY1)，保藏编号 CCTCCNO :M209180 ; 步骤2. 1 :将上述硝化细菌和反硝化细菌分别接种于硝化细菌液体培养基和反硝化细 菌液体培养基中，在25?30°C、120rpm恒温条件下振荡培育2?3d，分别得到富集硝化细 菌和反硝化细菌菌液； 步骤2. 2 :将原水在压力蒸汽消毒器中进行灭菌，灭菌条件为温度120?126°C，压力 0. 10?0. 14MPa，时间30min，然后将步骤2. 1得到的富集硝化细菌菌液和反硝化菌液分别 与原水按照体积比为1 : 9投加至原水中，在25?30°C、120rpm条件下水浴恒温振荡2? 3d，分别得到沸石挂膜使用的硝化细菌挂膜菌液和反硝化细菌挂膜菌液； 步骤2. 3 :首先将步骤2. 2得到的硝化细菌挂膜菌液倒入盛有步骤1. 2得到的改性沸 石的容器中，按照每克沸石投加20mL?40mL的比例投加，在20°C?40°C、密闭条件下进行 挂膜，2d?3d后再将2. 2步骤得到的反硝化细菌挂膜菌液按照每克沸石投加20mL?40mL 的比例投加，在20°C?40°C、密闭条件下进行挂膜，3d?4d后采用连续水流冲掉填料表面 的吸附的细菌，得到改性挂膜沸石。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行： 步骤一，对天然沸石进行改性，具体的改性方法按照以下步骤进行： 步骤1. 1，将天然沸石放入容器中，加入阳离子溶液，体系温度为28°C，调节体系pH值 为9,在恒温水浴摇床上进行改性，连续反应24h ; 其中，每l〇g天然沸石对应200mL浓度为1. Omol/L的阳离子溶液； 步骤1. 2,倒掉上清液，用去离子水冲洗改性沸石干净后，置于烘箱内烘干，得到改性沸 石； 步骤二，对步骤一改性后的沸石进行挂膜活化，具体的活化方法按照以下步骤进行： 硝化细菌为假单胞菌SY1 (Pseudomonas sp. SY1)，保藏编号CCTCCNO :M209181 ;反硝化 细菌为假单胞菌 HY1 (Pseudomonas sp. HY1)，保藏编号 CCTCCNO :M209180 ; 步骤2. 1 :将上述硝化细菌和反硝化细菌分别接种于硝化细菌液体培养基和反硝化细 菌液体培养基中，在25?30°C、120rpm恒温条件下振荡培育2?3d，分别得到富集硝化细 菌和反硝化细菌菌液； 步骤2. 2 :将原水在压力蒸汽消毒器中进行灭菌，灭菌条件为温度120?126°C，压力 0. 10?0. 14MPa，时间30min，然后将步骤2. 1得到的富集硝化细菌菌液和反硝化菌液分别 与原水按照体积比为1 : 9投加至原水中，在25?30°C、120rpm条件下水浴恒温振荡2? 3d，分别得到沸石挂膜使用的硝化细菌挂膜菌液和反硝化细菌挂膜菌液； 步骤2. 3 :首先将步骤2. 2得到的硝化细菌挂膜菌液倒入盛有步骤1. 2得到的改性沸 石的容器中，按照每克沸石投加20mL?40mL的比例投加，在20°C?40°C、密闭条件下进行 挂膜，2d?3d后再将2. 2步骤得到的反硝化细菌挂膜菌液按照每克沸石投加20mL?40mL 的比例投加，在20°C?40°C、密闭条件下进行挂膜，3d?4d后采用连续水流冲掉填料表面 的吸附的细菌，得到改性挂膜沸石。
3. 如权利要求1和2任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述的阳离子溶液为含 有Na+、K+、Ca2+或Mg 2+的离子溶液。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的阳离子溶液为Na+离子溶液。
5. 如权利要求1和2任一权利要求所述的方法，其特征在于：步骤1. 1中所述的恒温 水浴摇床的转速为120r/min。
6. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的阳离子溶液中：Na+离子溶液采用 NaCl配制，K+离子溶液采用KC1配制，Ca2+离子溶液采用CaCl2配制，Mg 2+离子溶液采用 MgCl2配制。
7. 如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的阳离子溶液中Na+离子溶液采用NaCl 配制。
【文档编号】B01J20/34GK104150724SQ201410314108
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】徐金兰, 王威, 黄福娣, 张森森 申请人:西安建筑科技大学