[发明专利]一种地下水氮污染的功能生物固定原位修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种受无机氮污染的地下水原位修复方法，更具体的说是一种基于功能生物固定的地下水氮原位修复方法。

背景技术

地表水水源受到普遍污染的今天，地下水的污染也日益突出。从污染元素看，氮的污染已成为地表水和地下水(尤其是浅层地下水)最普遍的污染因子。地下水无机氮主要包括氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。

地下水中无机氮污染的治理，受无机氮本身的理化性质，迁移特性以及含水层介质特性、地下水中存在的微生物种群及地下水水体环境条件的不稳定性影响，导致了治理技术上困难。目前，国内外针对地下水的无机氮污染修复技术已有大量研究。地下水无机氮污染去除技术按照氮的去除途径大致分为生物处理技术和物理化学处理技术两大类，根据处理场地不同，又可以分为原位生物修复技术、异位生物修复技术。从彻底消除地下水中的氮污染和降低脱氮成本这两个方面看，开发地下水中氮污染的原位控制技术是一种有较好应用前景的新技术。

原位处理是一种运行费用低、操作简便的方法。可渗透反应屏障技术(PermeableReactive Barrier，PRB)技术是目前国际上主要的污染地下水的原位修复技术，其主要优点是不需要泵抽和地面处理系统，且反应介质消耗很慢，有几年甚至几十年的处理能力，除了需长期监测外，几乎不需运行费用，节省了能源消耗。

反应墙中多采用零价铁、活性炭、沸石等非生物为主的材料作为装填介质，由于其具有投资少，扰动小，对污染物可以长期治理等优点，近十年来得到迅速发展。但这些填料是基于物理化学的吸附反应作用，实际上是对无机氮污染物的一种转移或浓缩，没有进行彻底地去除，遇到合适的条件还有可能再次释放。所以物化法在应用上受到一定的限制。

生物脱氮主要通过硝化作用和反硝化作用共同实现的，硝化细菌(包括氨氧化细菌，亚硝化细菌)，反硝化细菌是主要的脱氮功能微生物。硝化作用和反硝化作用是独立的反应过程，分别由不同的微生物在不同的环境条件下进行。而由于硝化和反硝化细菌的生物学特性的差异，使得这两个过程难以在时间和空间上统一，脱氮效率低，造成生物脱氮这一多步骤生物催化反应受基质传递速率、底物和产物抑制等限制，因此，目前广泛采用微生物固定化技术来解决这个难题。

微生物固定化技术是生物工程中的一项新兴技术，是利用物理或化学手段将微生物限制或定位于限定的空间区域，使之成为水不溶性，但仍能保留生物活性且在适宜的条件下还可以增殖的技术。目前这项技术主要应用于生物反应器的装填中。但在PRB技术中以固定化微生物作为装填材料的研究很少见。

目前原位修复技术存在的问题：

(1)微生物固定化所采用的载体：目前广泛应用于微生物固定化载体的材料主要为海藻酸钠、聚乙烯醇凝胶、PVA水凝胶等，这些载体与微生物的亲和性好，但是固定化小球长时间运行会颗粒膨胀、所占体积增大、机械强度大大减小、固定化小球相互粘连的问题，不适合应用于含水层的原位修复(固定化氨氧化细菌短程硝化稳定性研究[J].环境科学，2008，29(10)：2835-2840.)。

(2)菌种的选取：目前用于固定化的菌体主要为生物反应器中接种分离得到的(地下水氮污染治理的探索试验[J].地球学报，2006，27(3)：283-288)。含水层及土壤中各形态无机氮元素的浓度有很大差异，且地下水环境的环境特征主要是恒低温，黑暗的还原环境，有机质碳源比较缺乏，外来菌种能否在含水层中存活、增殖并进行脱氮作用是一个非常重要的问题。目前的脱氮反应墙中需外加碳源来维持细菌的生长，其中的有机物是否会溶解到水中进而进入地下水造成地下水的二次污染，其安全性评价也是一个十分重要的问题。

(3)载体的填埋方式：目前载体在含水层中的主要是作为反应墙的填料，对过流的水进行脱氮，由于微生物的生长及氮气的产生，含水层可能会产生堵塞，脱氮墙中短流及绕流是影响脱氮墙脱氮效果的重要因素，防止短流及绕流现象的发生对于提高脱氮效率以及扩大脱氮墙的运用范围有很大的作用。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

针对上述技术背景中提出的问题，本发明提供了一种地下水氮污染的功能生物固定原位修复方法，通过双固定化功能载体同时吸附氮转换细菌以及无机氮，原位构建介质良性生境，结合良性生境的构建及功能生物强化净化，达到浅层地下水中氮污染原位修复的目标。

2、技术方案

发明原理

1)固定材料特性：

理想的制备吸附剂的载体材料应该是：传质性能好，性质稳定，强度高，寿命长，价格低廉，无污染，不影响水质等，具有环境友好性。