[發(fā)明專利]一種強化人工濕地去除水中全氟化合物的系統(tǒng)和方法

有效

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• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113072192B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 康妍;馬號勤;李美;匡少平
• 申請（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32;C02F101/36
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強化人工濕地去除水中全氟化合物的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)的基質(zhì)填料包括鐵氧化物和鐵異化還原菌，利用系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)污染物胞外降解，提高了人工濕地系統(tǒng)的污染物降解能力，避免了全氟化合物給微生物造成的毒害。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強化人工濕地去除水中全氟化合物的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

全氟化合物(PFCs)是一種新興的微量有機物，具有化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、疏水疏油性等特性，其被廣泛運用于各種工業(yè)生產(chǎn)，如食品包裝材料、涂料、不粘鍋、農(nóng)藥、滅火器等。由于其在自然環(huán)境和人體中都很難被分解代謝，因此其易在食物鏈中富集和傳播。又因其具有生態(tài)毒性、生殖毒性，遺傳毒性，其已被列入世界衛(wèi)生組織公布的致癌物清單。目前，我國河流流域及污水處理廠、自來水廠都能檢測到PFCS的存在，并且在美國收集的血液樣本中，也能檢測到PFCS。由于氟是電負性強，C-F鍵極性強、鍵能高，具有很強的穩(wěn)定性，傳統(tǒng)污水處理廠對其去除率極低，出水中PFCS的濃度高達1057.1～7661ng/L，遠超美國環(huán)境保護總署2016年發(fā)布的健康建議值70ng/L。常用的再生水深度處理技術(shù)，例如吸附、膜過濾、高級氧化等物理化學(xué)技術(shù)可有效去除水中PFCS，但成本較高、反應(yīng)條件要求苛刻、操作管理復(fù)雜、易引起二次污染，難以在流域水環(huán)境中推廣。

人工濕地作為一種模擬自然過程實現(xiàn)廢水凈化的生態(tài)處理技術(shù)，主要利用“植物-基質(zhì)-微生物”的協(xié)同作用去除水中的污染物，具有建造和運行費用便宜、易于維護、運行管理方便等特點。其中，基質(zhì)作為人工濕地的骨架，在人工濕地的運行過程中能夠吸附水中污染物，隨著基質(zhì)吸附作用達到飽和后又會重新釋放污染物到水體中，帶來二次污染。同時，由于沸石、蛋白石、陶粒和生物碳材料受制于較高的制造成本，難以大規(guī)模的應(yīng)用于人工濕地。微生物作為人工濕地系統(tǒng)的組成成分，微生物代謝是分解污染物重要的方式，由于PFCS的可生化性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以被微生物利用，同時PFCS的跨膜傳輸受限，對細胞造成毒害，導(dǎo)致微生物胞內(nèi)傳質(zhì)效率低、污染物去除效果差。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本公開提供了一種強化人工濕地去除水中全氟化合物的系統(tǒng)和方法，能夠?qū)崿F(xiàn)污染物胞外降解，提高了人工濕地系統(tǒng)的污染物降解能力，避免了全氟化合物給微生物造成的毒害。

具體地，本公開的技術(shù)方案如下所述：

在本公開的第一方面，一種強化人工濕地去除水中全氟化合物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)的基質(zhì)填料包括鐵氧化物和鐵異化還原菌。

在本公開的第二方面，一種強化人工濕地去除水中全氟化合物的方法，進水通過蠕動泵輸送至所述的系統(tǒng)內(nèi)，進水由上至下通過石英砂層、礫石層，凈化后的水由排水管排出。

在本公開的第三方面，所述的強化人工濕地去除水中全氟化合物的系統(tǒng)和/或所述的強化人工濕地去除水中全氟化合物的方法在污水凈化中的應(yīng)用，鐵氧化物耦合鐵異化還原菌可將系統(tǒng)出水中PFOA和PFOS去除率提高至94.1±1.4％和90.1±5.7％。

本公開中的一個或多個技術(shù)方案具有如下有益效果：

(1)、本公開以自然界中常見的鐵氧化物作為人工濕地的基質(zhì)填料，利用鐵離子的靜電吸附作用強化濕地基質(zhì)的吸附功能，同時，鐵氧化物中的三價鐵在厭氧條件下能被鐵異化還原菌(FeRB)利用PFCS作為電子供體將三價鐵還原為亞鐵，亞鐵再在大氣復(fù)氧和植物根系泌氧條件下被氧化為三價鐵。實現(xiàn)鐵離子循環(huán)，避免出水鐵離子超標(biāo)。

(2)、利用FeRB的還原作用，實現(xiàn)污染物胞外降解，提高了人工濕地系統(tǒng)的污染物降解能力，在實現(xiàn)基質(zhì)內(nèi)污染物降解并維持基質(zhì)吸附能力的同時，避免了PFCS給微生物造成的毒害。