申请日2016.05.19
公开(公告)日2016.08.03
IPC分类号C02F3/34; G21F9/18; C02F103/06; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种生物硫铁复合材料，包括硫化亚铁和结合于硫化亚铁上的复合菌群，复合菌群微生物个数与单位质量的硫酸亚铁的比例为3.3×107～5×107cfu/mg，复合菌群以脱硫弧菌(Desulfovibrio)和梭菌属(Clostridium)为主。本发明还公开了一种基于生物硫铁的铀污染地下水处理渗透反应墙，包括：反应井，其设置在含有铀污染地下水的土壤中，位于地下水水流路径上，且顶部与地面齐平，反应井的顶部具有朝上的第一开口;反应介质，其设置在反应井内，反应介质为上述生物硫铁复合材料。本发明制备的材料和装置对水体中铀的去除率高，无二次污染，再生性能好，满足当前地下水铀污染渗透反应墙材料的需要。
权利要求书
1.一种生物硫铁复合材料，其特征在于，包括硫化亚铁和结合于所述硫化亚铁上的复合菌群，所述复合菌群微生物个数与单位质量的硫酸亚铁的比例为3.3×107～5×107cfu/mg，所述复合菌群包括脱硫弧菌(Desulfovibrio)和梭菌属(Clostridium)。
2.如权利要求1所述的生物硫铁复合材料，其特征在于，所述复合菌群还包括柠檬酸杆菌(Citrobacter)、明串珠菌(Trichococcus)、不动杆菌(Acinetobacter)、假单胞菌(Pseudomonas)、地杆菌(Geobacter)、脱硫杆菌(Desulfurispora)和硫磺单胞菌(Sulfurospirillum)。
3.如权利要求2所述的生物硫铁复合材料，其特征在于，以重量份计，所述复合菌群中包括脱硫弧菌15-20份、梭菌属9-11份、柠檬酸杆菌1-2份、明串珠菌0.2-0.3份、不动杆菌0.05-0.08份、假单胞菌0.02-0.05份、地杆菌0.02-0.05份、脱硫杆菌0.01-0.02份，硫磺单胞菌0.01-0.02份。
4.一种基于权利要求1所述的生物硫铁的铀污染地下水处理渗透反应墙，其特征在于，包括：
反应井，其设置在含有铀污染地下水的土壤中，位于地下水水流路径上，且顶部与地面齐平，所述反应井的顶部具有朝上的第一开口;
反应介质，其设置在所述反应井内，所述反应介质为权利要求1所述的生物硫铁复合材料。
5.如权利要求4所述的铀污染地下水处理渗透反应墙，其特征在于，所述反应井被分割为位于上部的第一容置空间和位于下部的第二容置空间，所述反应介质位于所述第二容置空间内，以供铀污染地下水渗流入所述反应介质。
6.如权利要求5所述的铀污染地下水处理渗透反应墙，其特征在于，还包括：
介质更换装置，其包括移动装置和驱动所述移动装置沿所述反应井的竖直方向进行往返移动的动力机构，所述移动装置设置在所述反应井内，且所述反应介质被容纳于所述移动装置中，所述动力机构设置于所述反应井的井壁上，在所述动力机构的驱动下，所述移动装置带动所述反应介质沿所述反应井的竖直方向移动;
扶梯，其设置于所述第一容置空间内。
7.如权利要求6所述的铀污染地下水处理渗透反应墙，其特征在于，所述移动装置包括底托和铁链，所述底托设置于所述反应介质的底部，所述铁链的一端固定在所述底托上，所述铁链的另一端与所述动力机构连接，所述铁链和所述底托形成一容纳空间，所述反应介质位于所述容纳空间内。
8.如权利要求7所述的铀污染地下水处理渗透反应墙，其特征在于，所述铁链设置有三条，其中一条铁链的一端固定在所述底托的中心处，剩余两条铁链沿所述底托的纵向轴线对称固定于所述底托的外圈上。
9.如权利要求7所述的铀污染地下水处理渗透反应墙，其特征在于，所述铁链与所述动力机构之间还设置有定滑轮。
10.如权利要求5所述的铀污染地下水处理渗透反应墙，其特征在于，还包括：
井盖，其设置在所述反应井的上方，封闭所述第一开口，所述井盖包括第一井盖和第二井盖，所述第一井盖上开设有第二开口，所述第二井盖设置于所述第一井盖上，以封闭或打开所述第二开口。
说明书
生物硫铁及基于其的铀污染地下水处理渗透反应墙
技术领域
本发明属于环境与地下水处理领域，特别涉及一种生物硫铁及基于其的铀污染地下水处理渗透反应墙。
背景技术
过去几十年，由于铀矿的开采和浓缩铀加工工业的广泛开展，造成了大量地下水体的铀污染。尽管放射性核素铀的活度较低，但其半衰期长、废物数量大、分布面广，对环境构成长久潜在危害。铀的危害主要表现在其重金属化学毒性和放射性辐射两种形式上。当其进入人体后，主要蓄积于肝脏、肾脏和骨骼中，根据剂量大小的不同，可引起急性或慢性中毒，并诱发多种疾病，引起肝脏损伤和诱发癌症。
核素铀随着地下水流动而迁移与弥散是核素向周围环境中扩散的主要途径，特别是在山谷型尾矿库中，地下水水力坡度大，流动速度快，更有利于核素在地下水环境中的扩散迁移，核素进入地下水流后迁移主要有分子扩散迁移、渗流迁移、渗流弥散迁移。核素在运动的地下水中迁移时，同时存在上述3种迁移方式。只是在不同条件下各种迁移方式所占份额不一。
在被污染的地下水体中，铀主要是以溶解态的六价铀(U(Ⅵ))、铀酰(UO22+)或多种氢氧化双氧铀和碳酸铀酰盐化合物的形式存在。这种形态的铀溶解度非常高，极易随地下水流动而迁移，如果治理措施不得当，会导致这种形态的铀渗入地下环境，从而使这种形态的铀随地下水不断迁移、扩散，长期如此，将对地下水和周围生态环境造成严重的污染、破坏，从而造成大范围的地下水污染。因此，研究如何防治铀渗透液污染地下水对保护和改善水资源环境具有重要意义。
生物法是目前处理重金属废水最有前途的方法之一，但微生物的适应性、产物稳定性以及重金属的去除效率等问题都有待提高。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种生物硫铁复合材料，本发明的生物硫铁复合材料中含有多种菌平衡生态关系，解决了以往单一微生物适应性差、产物稳定性低以及重金属的去除效率低等问题。
本发明再有一个目的是提供一种基于生物硫铁的铀污染地下水处理渗透反应墙，本发明采用地下水渗透反应墙技术(PRB)，在铀尾矿等存在铀污染的土地下修建渗透反应墙，利用反应墙中的反应介质来原位修复地下水污染。
为此，本发明提供的技术方案为：
一种生物硫铁复合材料，包括硫化亚铁和结合于所述硫化亚铁上的复合菌群，所述复合菌群微生物个数与单位质量的硫酸亚铁的比例为3.3×107～5×107cfu/mg，所述复合菌群包括脱硫弧菌(Desulfovibrio)和梭菌属(Clostridium)。
优选的是，所述的生物硫铁复合材料中，所述复合菌群还包括柠檬酸杆菌(Citrobacter)、明串珠菌(Trichococcus)、不动杆菌(Acinetobacter)、假单胞菌(Pseudomonas)、地杆菌(Geobacter)、脱硫杆菌(Desulfurispora)和硫磺单胞菌(Sulfurospirillum)。
更优选的是，所述的生物硫铁复合材料中，以重量份计，所述复合菌群中包括脱硫弧菌15-20份、梭菌属9-11份、柠檬酸杆菌1-2份、明串珠菌0.2-0.3份、不动杆菌0.05-0.08份、假单胞菌0.02-0.05份、地杆菌0.02-0.05份、脱硫杆菌0.01-0.02份，硫磺单胞菌0.01-0.02份。
一种基于生物硫铁的铀污染地下水处理渗透反应墙，包括：
反应井，其设置在含有铀污染地下水的土壤中，位于地下水水流路径上，且顶部与地面齐平，所述反应井的顶部具有朝上的第一开口;
反应介质，其设置在所述反应井内，所述反应介质为所述的生物硫铁复合材料。
优选的是，所述的铀污染地下水处理渗透反应墙中，所述反应井被分割为位于上部的第一容置空间和位于下部的第二容置空间，所述反应介质位于所述第二容置空间内，以供铀污染地下水渗流入所述反应介质。
优选的是，所述的铀污染地下水处理渗透反应墙，还包括：
介质更换装置，其包括移动装置和驱动所述移动装置沿所述反应井的竖直方向进行往返移动的动力机构，所述移动装置设置在所述反应井内，且所述反应介质被容纳于所述移动装置中，所述动力机构设置于所述反应井的井壁上，在所述动力机构的驱动下，所述移动装置带动所述反应介质沿所述反应井的竖直方向移动;
扶梯，其设置于所述第一容置空间内。
优选的是，所述的铀污染地下水处理渗透反应墙中，所述移动装置包括底托和铁链，所述底托设置于所述反应介质的底部，所述铁链的一端固定在所述底托上，所述铁链的另一端与所述动力机构连接，所述铁链和所述底托形成一容纳空间，所述反应介质位于所述容纳空间内。
更优选的是，所述的铀污染地下水处理渗透反应墙中，所述铁链设置有三条，其中一条铁链的一端固定在所述底托的中心处，剩余两条铁链沿所述底托的纵向轴线对称固定于所述底托的外圈上。
优选的是，所述的铀污染地下水处理渗透反应墙中，所述铁链与所述动力机构之间还设置有定滑轮。
优选的是，所述的铀污染地下水处理渗透反应墙，还包括：
井盖，其设置在所述反应井的上方，封闭所述第一开口，所述井盖包括第一井盖和第二井盖，所述第一井盖上开设有第二开口，所述第二井盖设置于所述第一井盖上，以封闭或打开所述第二开口。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明利用复合菌群复合菌进行地下水中的铀的去除，复合菌群是一种兼性厌氧菌，广泛存在于土壤、海水、河水、地下管道以及油气井等缺氧环境中，可把硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等硫氧化物以及元素硫还原成硫化氢，产生明显的臭鸡蛋味道。接种复合菌群后，复合菌群即可通过异化作用，利用有机物将SO42-还原为S2-，S2-与溶液中的Fe2+结合生成硫铁化物。整个反应过程非常迅速均匀，产物的产率高。并且，复合菌群可以利用厌氧污泥简单富集筛选即可获得，成本低廉，生长条件容易控制，来源广泛。同时，整个制备体系容易构建，操作简便，条件容易控制，成本低廉，适宜大规模工业生产。
本发明的装置是以渗透反应墙为理论基础设计的反应井，渗透反应墙的深度由地下水径流深度决定，井的直径由铀污染现状决定。本发明的装置设计了上部第一容置空间结构，能增大截留的地下水量，同时也为更换反应介质提供了方便，降低成本。本装置的自动化程度高，用三根铁链固定在底托上并将其上拉，提高了更换装置的可靠性，提高了铀去除的工作效率。当铀尾矿中的铀进入地下水流后，随地下水迁移，被污染的地下水体流向低处的渗透反应墙，进入本装置的反应介质材料，经过一系列的化学反应，从而去除水体中的铀。本发明制备的材料和装置对水体中铀的去除率高，无二次污染，再生性能好，满足当前地下水铀污染渗透反应墙材料的需要。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
