反硝化细菌生物反应器去除地浸采铀矿山退役采区地下水中NO3N的试验研究

!第!卷第#期原子能科学技术$%&’!!(%’#!)*+,年#月-.%/01234567810431493:;413%&%67-=6’)*+,反硝化细菌生物反应器去除地浸采铀矿山退役采区地下水中$ON?J$的试验研究王清良+!)!胡!南+!丁德馨+!%!张国奇+!胡鄂明+!张洪灿+!阳奕汉,!蒋晓辉,+’南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室!湖南衡阳!!)+**+#)’中南大学资源加工与生物工程学院!湖南长沙!!+**#,#,’新疆中核天山铀业有限公司!新疆伊宁!#,C***$摘要!地浸采铀矿山退役采区地下水的(B],D(污染是一备受关注的问题%本文通过对取自某地浸采铀矿山退役采区的污泥进行驯化!得到了能去除地浸采铀矿山退役采区污染地下水中(B],D(的反硝化细菌!自行设计了上流式固定床反硝化细菌生物反应器!研究了R^值+@’(比和水力停留时间^h;$对反硝化细菌生物反应器去除地浸采铀矿山退役采区污染地下水中(B],D(的影响%研究结果表明(当进液R^值为E[C*+(B],D(浓度为+***/6’A+^h;为)[,时!(B],D(的去除率和去除速率分别达Y和,##/6’,A$!生物反应器处理废水的能力达*[,C/,’,/,$#当进液(B],D(浓度为CC*/6’A+^h;为+[!时!(B],D(的去除率和去除速率分别达EY和,E#/6’,A$!生物反应器处理废水的能力达*[E)/,’,/,$#反硝化细菌生物反应器适宜的运行条件是R^值为C[**!#[**!@’(比为*[E!*[#%关键词!反硝化细菌生物反应器#微生物修复#地浸采铀#污染地下水#(B],D(中图分类号!‘C)!!!文献标志码!-!!!文章编号!+***DE,+)*+,$*#D+,**D*收稿日期!)*+)D*,D+,#修回日期!)*+)D*D*!基金项目!国家自然科学基金资助项目C*!*!!C++C!**,$#湖南省科技厅重点项目资助)*+*I_)*)C$#湖南省教育厅重点项目资助+*-+*,$#湖南省教育厅项目资助+*@++,!$作者简介!王清良+E&$!男!湖南宁乡人!教授!化学工艺专业%通信作者!丁德馨!2D/90&(:036:QFFF#+E,’1%/!#!+*’C,#’7FG’)*+,’!’*#’+,**W%A3+.$ON?J$Q(G++&’%!X(&)!83’%(#)U%/#00#)%!E#)#)2*(%3#)3)$%&’()*H%3/L1(3)#&E#)%,7U%)#’(#.7#)2@3/’%(#3@#(%3/’(a-(Id036D&0936+!)!^V(93+!cK(Ic4DQ03+!%!b^-(II=%Dj0+!^V2D/036+!b^-(I^%36D193+!H-(IH0D93,!MK-(I‘09%D=0,+!?(1;&$2&,-&#(P3Q):3%):1*):A3%&)#3-;(*(#$(*):7&)%(20#)-)91&#R:3#&’56&#]#.S1.:)5(%3--’:91!R#&B(:$&%1)*E)’%040!S(#913#9!)+**+!40#)!E20))-)*6&#(:3-$/:)2($$]#.7&)(#9&#((: !4(#%:3-E)’%0R#&B(:$&%1!403#9$03!+**#,!40#,!D&3#$03#R:3#&’54):,):3%&)#!40A3%&)#3-A’2-(3:4):,):3%&)#!U&# #,C***!40$*,0’(3/’(!;4R%&&=.0%3%N65%=3:S9.45P7(B],03.4:41%//0OO0%34:/0303695490393&#T$&%’&491=5930=//0340OP4036R90:/%5493:/%549..43.0%3’;4:430.50N7036P91.4509P7:%/4O.019.036.4O&=:64.9G43N5%/.4:41%//0OO0%34:/0303695490393&#T$&%’&491=5930=//03403(%5.a4O.%N@039S454%P.9034:’-3=RDN&%SN0Q4:DP4::430.50N7036P91.4509P0%5491.%5S9O:4O0634:’;44NN41.O%NR^!.459.0%%N195P%3.%30.5%64393:^h;%3.454/%T9&%N(B],D(N5%/.4R%&&=.4:65%=3:S9.4503.4:41%//0OO0%34:/03036954903.4&#T$&%’&491=5930=//034P7.4:430.50N7036P91.4509P0%5491.%5S45403T4O.069.4:’;454O=&.OO%S.9.S43R^!.41%3143.59.0%3%N(B],D(93:^h;954O4..%E[C*!+***/6’A93:)[,!54OR41.0T4&7!.454/%T9&%N.4(B],D(9/%=3.O.%Y!.4(B],D(:4659:9.0%359.40O,##/6’,A$93:.419R910.7%N.4P0%5491.%50O*[,C/,’,/,$’a43R^!.41%3143.59.0%3%N(B],D(93:^h;954O4..%E[C*!CC*/6’A93:+[!!54OR41.0T4&7!.454/%T9&%N.4(B],D(9/%=3.O.%EY93:.419R910.7%N.4P0%5491.%50O*[E)/,’,/,$’;4P0%5491.%5O%=&:S%5G%3.4%R459.0%31%3:0.0%3O.9.R^0OC[**D#[**93:.459.0%%N195P%3.%30.5%6430O*[ED*[#’6%78(!0(:430.50N7036P91.4509P0%5491.%5#54/4:09.0%3P7P91.4509#&#T$&%’&491=5930=//03036#R%&&=.4:65%=3:S9.45#(B],D(!!原地浸出法是开采砂岩型铀矿床的有效方法)+D)*!目前!我国地浸采铀矿山大多采用酸法地浸采铀工艺%由于这种工艺浸出液的后续处理采用的是树脂吸附和硝酸盐淋洗!所得到的吸附尾液含有(B],!而吸附尾液又被用于配制溶浸液!(B],以这种方式被注入地下),*%因此!采区地下水不仅遭到8B)]!+铀+重金属和其他离子的严重污染!还遭到(B],的污染)!*%(B],在地下水中不断累积!造成了地浸采铀矿山地下水中(B],的浓度大幅超过了我国和世界卫生组织关于饮用水中硝酸盐浓度的上限)CDE*%近年来!许多学者针对地浸采铀矿山退役采区污染地下水的治理!先后研究过石灰中和+地表蒸发+电渗析+生物降解+纳米金属复合材料处理+反渗透和离子交换树脂吸附等方法)D+**%石灰中和法是有应用前景的方法!该方法可沉淀这种地下水中的绝大部分铀和其他重金属离子!但无法去除其中的(B],)++*%而其他处理方法在应用中存在着处理成本过高+工艺流程冗长+后续处理繁琐等问题)+)D+,*%与此同时!研究人员发现反硝化细菌c(J$能将(B],D(还原为氮气)+!D+C*!因此利用c(J处理含(B],的工农业废水和被(B],污染的地表水及地下水)+ED+*%采用c(J去除废水中的(B],D(在实际应用中首先需将其进行固定化)+#*%目前!主要采用的固定化装置有上流式厌氧污泥床反应器)+*+下流式固定床反应器))*D)+*+气升式生物反应器)))*+膜生物反应器)),D)!*等%本研究在某地浸采铀矿山退役采区采集污泥!经分离+纯化+驯化得到c(J菌株!用自行设计的c(J生物反应器!研究R^值+^h;和@’(比等因素对c(J生物反应器去除地浸采铀矿山退役采区地下水中(B],D(的影响!为利用c(J去除地浸采铀矿山退役采区地下水中的(B],D(提供依据%9!材料与方法9K9!供试菌种本研究采用的c(J菌种是从采自新疆某地浸铀矿山的区污泥中选育出来的%选育方法是!先将采集的污泥中的石子+未分解的树叶等固体物质去除!然后用蒸馏水稀释!取上清液!按+*Y体积比$的接种量接种到c(J培养基中!再置于生化培养箱中进行厌氧条件下的培养!温度设置为,Ci!每天分析培养基中(B],D(的浓度%当(B],D(被降解到*Y以上时!将此菌液作为新的菌种!继续按+*Y的接种量进行下一代接种培养%如此反复驯化培养!直到新的培养基接种菌种后!其中的(B],D(浓度能在,!C:内从+[*6’A降到+*/6’A以下时!菌种的选育工作即已完成!所获得的菌种即作为试验菌种进行本项试验%试验所采用的c(J培养基成分列于表+!(B],D(以(9(B,加入%+*,+第#期!!王清良等(反硝化细菌生物反应器去除地浸采铀矿山退役采区地下水中(B],D(的试验研究表9!U$@培养基成分3,+%9!=5)%)’0.U$@/&+’&(%%!#&成分质量’6成分质量’6乳酸钠)?68B!,^)B*[)(B],D(*[CC!+[*蒸馏水+***_^)WB!*[C9K:!试验水样从新疆某地浸铀矿山的退役采区采集污染地下水!采用石灰对其进行中和处理%中和处理前后其化学成分列于表)%可见!采区污染地下水经中和处理后V+R^值+;c8溶解性总固体$和8B)]!的浓度显著降低!但其他成分变化很小!特别是(B],的浓度保持不变%本试验采用中和后所得到的上层清液作为试验水样%表:!中和处理前后地下水的化学成分3,+%:!=5)%)’0.2(&)!83’%(,%.(%3)!3.’%()%&’(3+#I3’#)’(%3’%)’成分浓度’/6,A]+$中和前中和后VE[C#*[C(B],E*E*@9)fE#*E+*?6)f,!E))*8B)]!++)#*,#+*@&]+E)+C)-&,f,[,*;c8+!C**E**R^值)[+*[,*9K?!试验方法+$上流式固定床c(J生物反应器设计本试验自行设计的上流式固定床c(J生物反应器主要由!部分组成(底座!+**//\C*//$+悬浮床反应区!+**//\!**//$+固定床反应区!+**//\!**//$和三相分离器图+$%反应器的材质为有机玻璃!各部分均用法兰连接!连接处安装孔板和胶垫!保证液体的均匀分布和反应器的密封性%反应器外部为保温层!用来控制c(J生物反应器的温度%悬浮床反应区装填的载体为鲍尔环!固定床反应区装填的载体为陶粒!上+下部反应区各装填少量细丝状塑料载体%c(J生物反应器的总体积为[)A!有效体积为E[)A%本c(J生物反应器具有以下特点(+$反应器主体分为上下两部分!上半部装填固定载体!可进一步利用固定生物膜进行反应!同时截留上升的悬浮颗粒和污泥!下半部装填悬浮载体!利用高传质效率完成大部分生物反应#)$为保证出水通畅!防止三相混合造成的出水流量波动和水中悬浮物引起的堵塞等问题!反应器顶部安装三相分离器!对固+液+气进一步进行分离!三相分离器的间距可调!能满足多种不同的分离条件!并达到不同的分离效果#,$反应器采用下部进液+上部出液和排气的结构!增强了反应器内液体的流动性!实现了液体的充分混合!保证了生物膜与液相的充分接触和传质效率%)$试验流程采用自行设计的上流式固定床c(J生物反应器进行去除地浸采铀矿山退役采区污染地下水中(B],D(的连续试验!试验流程如图+所示%将试验水样加入液储槽中!通过恒流泵将其从反应器底部连续泵入!从顶部排出!恒流泵的流量根据^h;调节%根据CY的回流比!图+!c(J生物反应器结构及试验流程示意图X06’+!8.5=1.=54%Nc(JP0%5491.%593:N&%S195.%N4QR450/43.)*,+原子能科学技术!!第!卷用恒流泵控制回流流量!将反应器上部菌液回流!一方面使反应器内液体充