一種利用土著功能微生物群落原位修復鈾污染地下水的方法技術

本發明專利技術涉及一種功能利用土著功能微生物群落原位修復鈾污染地下水方法。本方法利用微生物在厭氧條件下形成的硝酸鹽還原菌菌群、三價鐵還原菌菌群和硫酸鹽還原菌菌群，將地下水中可遷移的六價鈾轉化為不可遷移的四價鈾，從而達到修復鈾污染地下水的目的。具體實施方法是：（1）調節鈾污染地下水的pH值；（2）活化沉積物中的微生物；（3）通過添加碳源以及調節鈾污染地下水的氧化還原電位等手段，調控其中微生物群落的變化，加速硝酸鹽還原菌菌群、三價鐵還原菌菌群和硫酸鹽還原菌菌群的演化；（4）對微生物菌群進行持續調控，直至鈾污染地下水中的鈾濃度降至國家排放標準以下，達到原位修復鈾污染地下水的目的。本發明專利技術解決了鈾污染地下水的原位修復問題，具有修復效率高、周期短、設施簡單、工藝流程短、修復成本低、可操作性強、無二次污染、修復效果好等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及環境治理中鈾污染地下水原位修復的
，具體是一種通過土著功能微生物群落，將鈾污染地下水中的U(VI)轉化為U(IV)并加以固定的原位修復鈾污染地下水的方法。
技術介紹
隨著我國經濟的快速發展，核能作為一種重要的能源，越來越受到人們的重視。鈾作為核能的主要核燃料，其采冶的力度也越來越大。原地浸出法已成為鈾礦開采的主要方法之一。該方法通過鉆孔工程往礦層注入溶浸液，使之與非均質礦石中的鈾成份接觸，進行化學反應。反應生成的可溶性鈾化合物通過擴散和對流作用離開化學反應區，進入沿礦層滲透的液流，匯集成含有一定濃度的鈾的浸出液，并向一定方向運動，再經抽液鉆孔將其抽至地面水冶車間加工處理，提取鈾金屬。在地浸采鈾礦山退役后，由于仍有部分含鈾的浸出液殘留在礦層中，勢必會造成該區域地下水的污染。此外，地表堆積和常規水冶過程中排出的含鈾放射性廢水以及鈾尾礦和廢石的不適當堆積和處置也會導致鈾通過流失散布到土壤中，或者通過淋洗而進入到水體中。通過地表徑流和地下徑流，鈾和其他污染物進入到鈾礦山和尾礦庫周圍的土壤和地下水中，造成了大面積的低劑量的放射性污染。在被鈾污染的地下水中，鈾主要是以溶解態的六價鈾(U(VI))、鈾酰(UO22+)或多種氫氧化雙氧鈾和碳酸鈾酰鹽化合物的形式存在。這類形態的鈾溶解度很高，極易隨水流動遷移，從而造成大范圍的污染。溶解態的六價鈾會通過食物鏈最終進入到人體，進入人體后的鈾主要蓄積于肝臟、腎臟和骨骼中，根據劑量大小，可引起急性或慢性中毒，誘發多種疾病，引起肝臟損傷和誘發癌癥。我國國家標準GB23727-2009規定排放水中鈾的濃度不能超過0.05mg/L。目前我國處理低濃度放射性廢水的傳統方法主要有吸附法、化學沉淀法、離子交換法等。吸附法和離子交換法具有較好的處理效果，但是使用的材料價格昂貴，并且離子交換劑的再生和處置較困難。因此，吸附法和離子交換法不適合處理大量水體，尤其是鈾污染地下水的處理。化學沉淀法雖然成本較低，但是對于較低濃度水體處理效果不佳，并且容易造成二次污染。近些年，出現了一些新的處理方法，例如生物吸附法、膨潤土法、乳化膜法、零價鐵法。目前這些新技術可以解決傳統凈化處理工藝中存在的處理后污泥量大造成的二次污染和處理水量少等問題，但是也有其局限性。生物吸附法、零價鐵法和乳化膜法雖然處理工藝簡單，但對環境變化敏感，因此還處于實驗室階段。膨潤土法具有處理量大，成本低等優點，但是對于極低鈾濃度的水體，其他化學成分干擾大，效率低。綜上所述，采用傳統或新型方法處理低濃度鈾污染地下水，存在二次處理困難、容易造成二次環境污染、或者要么效率不高、要么價格昂貴等缺點。因此，研發新的資源節約型、環境友好型的鈾污染地下水的原位修復方法，是我國環境修復科技工作者亟須進行的緊迫任務。
技術實現思路
針對以上情況，本專利技術的目的是提供，該方法即具有修復成本低、修復周期短、修復效果好，又具有工藝流程短，無二次污染等多重優點。為解決上述任務，本專利專利技術了一種以碳源為電子供體，利用土著功能微生物群落將地下水中可溶性的六價鈾(U(VI))轉化為穩定的、溶解度很低的四價鈾(U(IV))，從而原位修復鈾污染地下水的方法。具體措施是:( I)調節鈾污染地下水的pH值通過酸堿體系或者Na2CO3和NaHCO3的緩沖溶液體系調節鈾污染地下水的pH值至6.5-7.5的中性范圍。(2)活化沉積物中的微生物菌群在維持試驗系統無氧的條件下，通過添加碳源作為電子供體，促進鈾污染地下水沉積物中土著功能微生物的活化、生長。(3)調控土著功能微生物群落的演化添加碳源和調節鈾污染地下水的氧化還原電位等方法，加速和調控其中土著功能微生物群落的演化，具體為先后向硝酸鹽還原菌菌群、三價鐵還原菌菌群和硫酸鹽還原菌菌群的演化。(4)持續調控功能微生物菌群在維持反應系統無氧的條件下，對功能微生物菌群進行持續調控，直至鈾污染地下水中的鈾濃度降至國家排放標準0.05 mg/L以下，達到原位修復鈾污染地下水的目的。其進一步的措施是:對鈾污染地下水進行預處理，采用2 mo I/L的NaOH和1:1的HCl溶液體系或者30mM的Na2CO3溶液和30 mM的NaHCO3溶液體系調節鈾污染地下水的pH值至6.5-7.5的范圍，為與還原U(VI)相關的功能微生物創造一個有利的生長環境。活化微生物菌群，在維持試驗系統無氧的條件下，通過添加碳源物質作為電子供體，保持碳源的初始濃度在4.5-5.5 g/L,促進鈾污染地下水沉積物中土著功能微生物的生長。調控土著土著功能微生物群落的演化，通過添加碳源，包括葡萄糖、乳酸鈉、乙醇、甲醇、甲烷等，及調節鈾污染地下水的氧化還原電位等方法，調控其中土著功能微生物群落的演化。在土著功能微生物群落活化后，先添加碳源，使土著功能微生物群落向硝酸鹽還原菌菌群演化，將地下水的氧化還原電位也調節為硝酸鹽還原菌生長的最佳條件，加速使其先向硝酸鹽還原菌菌群演化。當鈾污染地下水的硝酸根濃度降至20-30 mg/L濃度時，此時，添加碳源，使土著功能微生物群落向三價鐵還原菌菌群演化，將地下水的氧化還原電位調節為三價鐵還原菌生長的最佳條件，加速土著功能微生物群落向三價鐵還原菌菌群演化。當鈾污染地下水的三價鐵濃度降至0.3-0.5 mg/L濃度時,此時,添加碳源,使土著功能微生物群落向硫酸鹽還原菌菌群演化，將地下水的氧化還原電位調節為硫酸鹽還原菌生長的最佳條件，加速土著功能微生物群落向硫酸鹽還原菌菌群演化，直至硫酸鹽濃度降至250-300mg/L,鈾濃度降至0.05 mg/L以下,從而縮短原位修復的周期。持續調控微生物群落，在維持整個系統無氧的條件下，通過添加碳源為電子供體可有效的促進沉積物中土著功能微生物的活性，從而實現地下水中的六價鈾的原位還原與固定，達到原位修復鈾污染地下水的目的。所述沉積物或土壤中的土著功能微生物為厭氧微生物，需維持生長環境的氧濃度在0.2 mg/L以下。土著微生物菌群在厭氧條件下，先后向硝酸鹽還原菌菌群、三價鐵還原菌菌群和硫酸鹽還原菌菌群演化，這些菌群在利用電子供體提供能量生長的同時將水體中的U(VI)還原為U(IV)。U(VI)還原的反應式為:UO2 (CO3)廣 + 3H.+ 2( — UO2 + 3HCCV (I)U022+ + 2e_ — UO2 (s)(2)。本專利專利技術的一種利用土著功能微生物群落原位修復鈾污染地下水方法，相比現有的技術方法，具有以下技術優勢:( 1)利用土著功能微生物群落生長代謝過程直接將地下水中的六價鈾進行還原并沉淀下來，無需其他輔助手段，可操作性強。(2)本專利技術處理工藝流程短，可實現地下水體原位修復。(3)本專利技術可采用廉價的碳源物質，此外，鈾污染地下水是天然缺氧的，無需輔助其他除氧氣的設備即可維持長期的修復效果，處理成本大大降低。(4)利用該專利技術可將地下水中的六價鈾還原成四價鈾，并原位沉淀下來，不會隨著水體的流動而遷移，此外，還可降低鈾污染地下水中硝酸根、硫酸根的濃度，不需要進行二次處理。(5)本專利技術對處理低濃度的鈾污染地下水尤其有效，可以長期維持地下水體中鈾濃度低于國家排放標準，且處理過程容易控制。(6)鈾污染地下水修復過程中不添加任何有毒的化學試劑，不會對環境造成二次污染。它適用于鈾污染地下本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用土著功能微生物群落原位修復鈾污染地下水的方法，其特征在于，利用土著功能微生物群落將地下水中可溶性的六價鈾轉化為穩定的、溶解度很低的四價鈾，從而原位修復鈾污染地下水，具體步驟是:（1）調節鈾污染地下水的pH值通過酸堿體系或者Na2CO3和NaHCO3的緩沖溶液體系調節鈾污染地下水的pH值至6.5?7.5的范圍；（2）活化沉積物中的土著功能微生物群落在維持試驗系統無氧的條件下，通過添加碳源作為電子供體，促進鈾污染地下水沉積物中土著功能微生物的活化、生長；（3）調控和加速土著功能微生物群落的演化采用添加不同碳源和調節鈾污染地下水的氧化還原電位方法，調控和加速其中土著功能微生物菌群的演化，從而縮短原位修復的周期；（4）持續調控土著功能微生物群落在維持反應系統無氧的條件下，對功能微生物群落進行持續調控，直至鈾污染地下水中的鈾濃度降至國家排放標準0.05?mg/L以下。

【技術特征摘要】
1.種利用土著功能微生物群落原位修復鈾污染地下水的方法，其特征在于，利用土著功能微生物群落將地下水中可溶性的六價鈾轉化為穩定的、溶解度很低的四價鈾，從而原位修復鈾污染地下水，具體步驟是: (1)調節鈾污染地下水的pH值 通過酸堿體系或者Na2CO3和NaHCO3的緩沖溶液體系調節鈾污染地下水的pH值至6.5-7.5的范圍； (2)活化沉積物中的土著功能微生物群落 在維持試驗系統無氧的條件下，通過添加碳源作為電子供體，促進鈾污染地下水沉積物中土著功能微生物的活化、生長； (3)調控和加速土著功能微生物群落的演化 采用添加不同碳源和調節鈾污染地下水的氧化還原電位方法，調控和加速其中土著功能微生物菌群的演化，從而縮短原位修復的周期； (4)持續調控土著功能微生物群落 在維持反應系統無氧的條件下，對功能微生物群落進行持續調控，直至鈾污染地下水中的鈾濃度降至國家排放標準0.05 mg/L以下。2.據權利要求1所述的一種利用土著微生物群落原位修復鈾污染地下水方法，其特征在于:所述酸堿體系是指2 mo I/L的NaOH和1:1的HCl溶液體系，Na2CO3和NaHCO3的緩沖溶液體系是指30 mM的Na2CO3溶液和30 mM的NaHCO3溶液體系。3.據權利要求1所述的一種利用土著微生物群落原位修復鈾污染地下水方法，其特征在于:碳源，包括葡萄糖、乳酸鈉、乙醇、甲醇、甲烷，保持碳源的初始濃度在4.5-5.5 g/L。4.據權利要求1所述的一種利用土著微生物群落原位修復鈾污染地下水方法，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁德馨，胡南，李廣悅，譚翔，徐飛，王永東，
申請(專利權)人：南華大學，
類型：發明
國別省市：