CN100494351C

CN100494351C - 一种生物强化修复景观水体的方法

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Publication number: CN100494351C
Application number: CNB2007100724639A
Authority: CN
Inventors: 刘书宇; 马放; 姜钦鹏; 魏利
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2027-07-06
Also published as: CN101113051A

Abstract

一种生物强化修复景观水体的方法，它涉及一种修复水体的方法。它解决了目前景观水体修复中存在的化学药剂影响水生生态、增加水体其它污染负荷，物理方法费用高、耗时耗能、维持时间很短以及生物-生态方法除污速度慢、且易产生内源性污染的缺陷。本方法为：a.功能菌筛选；b.功能菌驯化；c.功能菌扩大培养与覆挂；d.净化，即可出水。本发明修复景观水体的方法不添加化学药剂和微生物制剂，不仅节约了水体修复成本，而且不影响水生生态、不增加其它污染负荷。本发明修复景观水体的方法运行成本低、省时节能、除污速度快，且抑制内源污染释放，阻断削弱外源污染，可循环使用，长期保持水体质量。

Description

一种生物强化修复景观水体的方法

技术领域

本发明涉及一种利用生物修复水体的方法。

背景技术

景观水体可以美化环境和调节小环境生态气候，但因其中的水处于静止或流动性差的封闭缓流状态，所以自身净化能力差，污染度高。

为了修复受污染景观水体目前国际上采用的技术有：化学方法、物理方法和生物-生态方法。化学方法：加入化学药剂杀藻，加入铁盐促进磷的沉淀，加入石灰脱氮等；虽然化学方法可以在短时间内产生净水效果，但对后期水生生态产生不良影响，而且增加了水体其它污染负荷。物理方法：疏挖底泥，机械除藻，引水冲淤等；但存在费用高、耗时耗能、维持时间很短的缺陷，而且不适合大面积景观水体修复。生物-生态方法：投加微生物制剂抑制藻类生长，放养控藻型生物和构建水生植被；生物-生态方法除污速度慢，而且易产生内源性污染。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前景观水体修复中存在的化学药剂影响水生生态、增加水体其它污染负荷，物理方法费用高、耗时耗能、维持时间很短以及生物-生态方法除污速度慢、且易产生内源性污染的缺陷，而提供的一种生物强化修复景观水体的方法。

生物强化修复景观水体按以下步骤进行：a.功能菌筛选：从需要修复的污染水体中筛选亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌；b.功能菌驯化：亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌分别先用普通牛肉膏蛋白胨培养基培养，然后用驯化培养基培养；c.功能菌扩大培养与覆挂：将经过驯化的亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌按1∶2∶1的数量比混合后扩大培养，混合功能菌菌群数为10⁸个/mL覆挂于滤床基质上；d.净化：动态或静态净化，即可出水；其中步骤b中驯化培养基是用污染水体水逐步替代牛肉膏蛋白胨培养基，直至完全用污染水体水作为培养基。

本发明修复景观水体的方法不添加化学药剂和微生物制剂，不仅节约了水体修复成本，而且不影响水生生态、不增加其它污染负荷。本发明修复景观水体的方法运行成本低、省时节能、除污速度快，且抑制内源污染释放，阻断削弱外源污染，可循环使用，长期保持水体质量，是一种具有高效净化及多层次景观水体的修复方法。

附图说明

图1是本发明滤床结构示意图；图2是具体实施方式十一中对比试验NH₄ ⁺-N浓度检测图，图2中“◇”曲线为第一组各取样点检测曲线，“□”为第三组各取样点检测曲线，“△”为第三组各取样点检测曲线；图3是具体实施方式十一中对比试验NO₂ ^--N浓度检测图，图3中“◇”曲线为第一组各取样点检测曲线，“□”为第三组各取样点检测曲线，“△”为第三组各取样点检测曲线；图4是具体实施方式十一中对比试验TN浓度检测图，图4中“◇”曲线为第一组各取样点检测曲线，“□”为第三组各取样点检测曲线，“△”为第三组各取样点检测曲线；图5是具体实施方式十一中对比试验TP浓度检测图，图5中“◇”曲线为第一组各取样点检测曲线，“□”为第三组各取样点检测曲线，“△”为第三组各取样点检测曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式生物强化修复景观水体按以下步骤进行：a.功能菌筛选：从需要修复的污染水体中筛选亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌；b.功能菌驯化：亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌分别先用普通牛肉膏蛋白胨培养基培养，然后用驯化培养基培养；c.功能菌扩大培养与覆挂：将经过驯化的亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌按1∶2∶1的数量比混合后扩大培养，混合功能菌菌群数为10⁸个/mL覆挂于滤床基质上；d.净化：动态或静态净化，即可出水；其中步骤b中驯化培养基是用污染水体水逐步替代牛肉膏蛋白胨培养基，直至完全用污染水体水作为培养基。

本实施方式生物强化修复景观水体的方法遵循生态学原则，从物质的输入和输出两方面同时进行生态调控，通过物理吸附、氧化分解和生境调控去除水体中的污染物。本发明修复景观水体所用的功能菌经过人工驯化(强化)，提高了生物转化降解污染物的能力。

本实施方式功能菌筛选：

1、氨氧化菌

将菌株接种于亚硝化液体培养基，在17℃的条件下培养7～14天，然后向培养基中滴加1滴加格里斯试剂(Griess reagent)甲液和1滴加格里斯试剂乙液，有亚硝酸存在的培养基呈现红色，证明该培养基中的菌株为氨氧化菌。

2、亚硝酸氧化菌

去除培养物中的NO₂ ^-，并在培养物中加入5～8滴醋酸使之酸化，再加入3～4粒磺胺酸(对氨基苯磺酸)，当培养液中无气体生成时再加入1粒磺胺酸(培养液中NO₂ ^-全部转化为N₂逸去)；滴加格里斯试剂，选择不呈现红色的培养液向其中滴加二苯胺试剂，培养液为蓝色的证明该培养基中的菌株为亚硝酸氧化菌。

3、聚磷菌

在33℃条件下培养进行好氧吸磷试验，分别取培养24h的菌液10mL过滤，取无菌滤液利用钼锑抗分光光度法测定接种后总磷含量的变化；选择吸磷率60％以上菌株作为聚磷功能菌。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤c中滤床基质从上至下由厚4～5cm的砂子层1、厚25～27cm的沸石层2和厚5～6cm的炉渣层3组成，在滤床中间纵向设有隔板4，隔板4贯穿砂子层1和沸石层2。其它步骤及参数与实施方式一相同。

炉渣主要成分为石英、菱铁矿、氧化钙和方解石，对磷酸盐有较强的吸附性能。炉渣通过化学结合使磷酸盐钝化、沉淀，达到去除景观水体中磷酸盐污染物的目的。

砂子可以阻挡大体积固体污染物堵塞滤床。

本实施方式砂子层1的平均孔隙率为47.8％，密度为1.35g/m³；炉渣层3的平均孔隙率为35.6％，密度为1.80g/m³。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：步骤c中砂子的粒径为0.5～1mm，炉渣的粒径为5～10mm，沸石层2由粒径为2～4mm和4～8mm的单斜晶系沸石按1∶1的体积比混合。其它步骤及参数与实施方式二相同。

本实施方式中的沸石为单斜晶系沸石，硬度为3.5～4，比重为2.2。由于本实施方式采用的沸石由SiO₂和Al₂O₃四面体单元交错排列成空间网络，晶体结构具有开放性，所以含有许多大小不均匀的孔道和空腔(3-11

)。

本实施方式中的沸石具有良好的热稳定性、耐酸性、可脱水性，导电性、化学反应的催化裂化性，耐辐射性和低堆密度、多孔性等特性；对NH₄ ⁺-N具有很强的选择性吸附作用。沸石的多孔状结构为功能菌的生长和繁殖提供了良好的场所。

本实施方式沸石层2的平均孔隙率为67.8％，密度为1.12g/m³。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤b中的普通牛肉膏蛋白胨培养基按以下比例由3g牛肉膏、10g蛋白胨、5gNaCl、15～20g琼脂和1000mL蒸馏水制成，普通牛肉膏蛋白胨培养基pH值为7.0～7.6。其它步骤及参数与实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤c功能菌覆挂：将功能菌菌群数为10⁸个/mL的扩大培养液注入滤床，淹没滤床基质浸泡60～72h，然后用自来水循环冲洗滤床基质2～3次。其它步骤及参数与实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤c扩大培养液淹没、浸泡滤床基质的同时采用曝气12h、间歇12h的间歇性闷曝法曝气60～72h。其它步骤及参数与实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤d动态净化：需要修复的污染水体经下向流依次流过隔板4一侧砂子层1、沸石层2和炉渣层3，然后进入隔板4另一侧经上向流依次流过炉渣层3、沸石层2和砂子层1出水。其它步骤及参数与实施方式一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七的不同点是：步骤d动态净化中需要修复的污染水体在滤床中的流速为1～160L/min，在滤床中的停留时间为1～2h。其它步骤及参数与实施方式七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤d静态净化：需要修复的污染水体注满滤床，并停留1～4h。其它步骤及参数与实施方式一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤b中首先用污染水体水替代20％牛肉膏蛋白胨培养基，然后依次用污染水体水替代40％、60％、80％的牛肉膏蛋白胨培养基，最后完全用污染水体水作为培养基。其它步骤及参数与实施方式一相同。

具体实施方式十一：结合图1说明本实施方式，本实施方式生物强化修复太阳岛景观水体按以下步骤进行：a.功能菌筛选：从太阳岛景观污染水体中筛选亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌；b.功能菌驯化：亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌分别先用普通牛肉膏蛋白胨培养基培养，然后用驯化培养基培养；c.功能菌扩大培养与覆挂：将经过驯化的亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌按1∶2∶1的数量比混合后扩大培养，混合功能菌菌群数为10⁸个/mL覆挂于滤床基质上，滤床基质从上至下由厚5cm的砂子层1、厚26cm的沸石层2和厚5cm的炉渣层3组成，砂子的粒径为0.5～1mm，炉渣的粒径为6～9mm，沸石层2由粒径为2～4mm和4～8mm的单斜晶系沸石按1∶1的体积比混合，在滤床中间纵向设有隔板4，隔板4贯穿砂子层1和沸石层2；d.动态净化：太阳岛景观污染水体在滤床中的流速为100L/min，在滤床中的停留时间为1.5h，经下向流依次流过隔板4一侧砂子层1、沸石层2和炉渣层3，然后进入隔板4另一侧经上向流依次流过炉渣层3、沸石层2和砂子层1出水；步骤b中首先用太阳岛污染景观水体水替代20％牛肉膏蛋白胨培养基，然后依次用太阳岛污染景观水体水替代40％、60％、80％的牛肉膏蛋白胨培养基，最后完全用太阳岛污染景观水体水作为培养基。

图1中间头表示需要修复的污染水体的流动方向。

在滤床A、B、C和D处设置检测取样点进行对比试验

试验分为3组，第一组滤床基质上不覆挂任何微生物，第二组滤床基质上覆挂本实施方式功能菌；第三组滤床基质上覆挂太阳岛景观水体中原有未经过驯化的微生物。

经过检测3组A、B、C、D四处NH₄ ⁺-N的浓度如图2所示，3组A、B、C、D四处NO₂ ^--N的浓度如图3所示，3组A、B、C、D四处TN(总氮)的浓度如图4所示，3组A、B、C、D四处TP(总磷)的浓度如图5所示。

检测结果证明具有优异的去污效果，而且可以有效的抑制内源污染释放。

Claims

1、一种生物强化修复景观水体的方法，其特征在于生物强化修复景观水体按以下步骤进行：a.功能菌筛选：从需要修复的污染水体中筛选亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌；b.功能菌驯化：亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌分别先用普通牛肉膏蛋白胨培养基培养，然后用驯化培养基培养；c.功能菌扩大培养与覆挂：将经过驯化的亚硝酸氧化菌、氨氧化菌和聚磷菌按1∶2∶1的数量比混合后扩大培养，混合功能菌菌群数为10⁸个/mL覆挂于滤床基质上；d.净化：动态或静态净化，即可出水；其中步骤b中驯化培养基是用污染水体水逐步替代牛肉膏蛋白胨培养基，直至完全用污染水体水作为培养基。

2、根据权利要求1所述的一种生物强化修复景观水体的方法，其特征在于步骤c中滤床基质从上至下由厚4～5cm的砂子层(1)、厚25～27cm的沸石层(2)和厚5～6cm的炉渣层(3)组成，在滤床中间纵向设有隔板(4)，隔板(4)贯穿砂子层(1)和沸石层(2)。

3、根据权利要求2所述的一种生物强化修复景观水体的方法，其特征在于步骤c中砂子的粒径为0.5～1mm，炉渣的粒径为5～10mm，沸石层(2)由粒径为2～4mm和4～8mm的单斜晶系沸石按1∶1的体积比混合。

4、根据权利要求1所述的一种生物强化修复景观水体的方法，其特征在于步骤b中的普通牛肉膏蛋白胨培养基按以下比例由3g牛肉膏、10g蛋白胨、5gNaCl、15～20g琼脂和1000mL蒸馏水制成，普通牛肉膏蛋白胨培养基pH值为7.0～7.6。

5、根据权利要求1所述的一种生物强化修复景观水体的方法，其特征在于步骤c功能菌覆挂：将功能菌菌群数为10⁸个/mL的扩大培养液注入滤床，淹没滤床基质浸泡60～72h，然后用自来水循环冲洗滤床基质2～3次。

6、根据权利要求5所述的一种生物强化修复景观水体的方法，其特征在于步骤c扩大培养液淹没、浸泡滤床基质的同时采用曝气12h、间歇12h的间歇性闷曝法曝气60～72h。

7、根据权利要求1所述的一种生物强化修复景观水体的方法，其特征在于步骤d动态净化：需要修复的污染水体经下向流依次流过隔板(4)一侧砂子层(1)、沸石层(2)和炉渣层(3)，然后进入隔板(4)另一侧经上向流依次流过炉渣层(3)、沸石层(2)和砂子层(1)层出水。

8、根据权利要求7所述的一种生物强化修复景观水体的方法，其特征在于步骤d动态净化中需要修复的污染水体在滤床中的流速为1～160L/min，在滤床中的停留时间为1～2h。

9、根据权利要求1所述的一种生物强化修复景观水体的方法，其特征在于步骤d静态净化：需要修复的污染水体注满滤床，并停留1～4h。