CN101555088A - 一种采用微生物制剂治理黑臭河涌及湖泊的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境保护技术领域，提供了一种采用微生物制剂治理黑臭河涌及湖泊的方法，包括以下步骤：(1)对河涌或湖泊进行预处理；(2)生物挂膜处理；(3)微生物强化直投；(4)水生态恢复及底部还原性污泥氧化削减；(5)维护及进一步改善水环境。本发明应用多种微生物制剂对城市黑臭河涌及湖泊进行治理，达到对水体中有机污染物进行分解，促进水生态平衡，且氧化削减底部还原性淤泥的效果。

Description

一种采用微生物制剂治理黑臭河涌及湖泊的方法
技术领域
本技术属于环境保护技术领域，具体地说涉及应用多种微生物制剂对城市黑臭河涌及湖泊进行治理，达到对水体中有机污染物进行分解，促进水生态平衡，且氧化削减底部还原性淤泥的方法。
背景技术
河涌及湖泊黑臭是我国城市水网的普遍现象，特别是经济较发达的珠三角及长三角城市尤为严重。我国城市黑臭河涌及湖泊治理主要采用截污、清淤等市政手段，甚至对整条河涌采用钢精混凝土进行全覆盖；或者采用灌水稀释的手段，不仅浪费大量的人力、物力、财力，而且往往治标不治本，达不到预期的效果。
将生物学与环境保护学结合起来，应用多种微生物制剂对城市黑臭河涌及湖泊进行治理，达到对水体中有机污染物进行分解，促进水生态平衡，且削减底部淤泥的方法，能够很好的起到标本兼治的效果。
在现有的专利文献中，本发明的发明人检索出一篇与本发明主题密切相关的对比文献：国家环境保护总局华南环境科学研究所2006年4月3日申请的名为“一种河涌污染治理方法”的专利，专利申请号：200610034724.3，公开日2007年10月10日，通过上游河涌污染水体氧化塘预处理、河道底泥生物氧化修复和下游河段生态恢复等步骤。该申请具有以下缺点：其一，该申请依据河涌上中下游空间划分治理步骤，本申请依据水质改善程度的时间划分治理步骤，故与本申请的技术路线完全不同，城市河涌大多承载城市纳污的作用，南方中小城市尤其如此，排污口分布在河涌上中下游沿线，况且城市用地紧张，不可能存在大片鱼塘，应用会有一定的难度；其二，该申请生物修复所使用的微生物制剂不具体；其三，该申请在上游氧化塘使用悬浮球填料，通过曝气机强烈曝气，使得微生物附着于填料，该申请填料仅悬浮于水面。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用多种微生物制剂对城市黑臭河涌及湖泊进行治理，达到对水体中有机污染物进行分解，促进水生态平衡，且削减底部淤泥的方法。
为达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种采用微生物制剂治理黑臭河涌及湖泊的方法，包括如下步骤：
(1)对河涌或湖泊进行预处理：
根据河床面积，按照30kg/亩水面的用量，均匀撒入生石灰进行处理，3～5天后，将100～120目的沸石粉按照8kg/亩水面的用量拌水泼洒；
(2)生物挂膜处理：
在河涌或湖泊的下游出口处及沿线各排污口处，将组合式纤维填料固定在填料架上，通过水流的冲击力，进行生物挂膜，使得微生物及悬浮物(SS)附着于填料上，形成生物膜；
(3)微生物强化直投：
将沼泽红假单胞细菌在阳光下活化2～3小时，按照6kg/亩水面的用量、乳酸菌按照2.0kg/亩水面的用量、EM菌剂按照4.0kg/亩水面的用量，分别用水稀释后均匀的洒入水中，每天一次，使用10～15天进入水生态恢复及底部还原性污泥氧化削减阶段；
(4)水生态恢复及底部还原性污泥氧化削减：
将枯草芽孢杆菌及反硝化细菌每千克加入10L自来水活化2～3小时，使用量分别按照1.5kg/亩水面的用量，全流域均匀泼洒，分别用水稀释后均匀的洒入水中，每天一次；沼泽红假单胞细菌在阳光下活化两至三小时，按照3.0kg/亩水面的用量、乳酸菌按照1.0kg/亩水面的用量、EM菌剂按照2.0kg/亩水面的用量，两天一次，使用20～25天进入维护及进一步改善水环境阶段。
(5)维护及进一步改善水环境：
枯草芽孢杆菌及反硝化细菌，使用量分别按照1.0kg/亩水面的用量，沼泽红假单胞细菌，使用量按照2.0kg/亩水面的用量，酵母菌按照1.2kg/亩水面的用量继续对水体进行维护，3～5天使用一次。
在步骤1)之前还包括如下步骤：在河涌下游、水位落差较大处及河道狭窄位置筑坝，用来调节水位。
所述步骤还包括投放水生动物，种植水生植物。
所述水生动物为原生动物、后生动物或浮游动物。
所述水生动物为白鲢或花鲢。
所述水生植物为沉水植物、浮水植物、湿生植物或者挺水植物。
所述水生植物为金鱼藻、睡莲、梭鱼草或者芦苇。
所述枯草芽孢杆菌为固态，其有效活菌数为200亿/g；沼泽红假单胞细菌为液态，其有效活菌数为10亿/ml；反硝化细菌，为固态，其有效活菌数为200亿/g；酵母菌，为固态，其有效活菌数为10亿/g；乳酸菌为固态，其有效活菌数为20亿/g、EM菌为液态，其有效活菌数为20亿/ml。
组合式填料是在软性填料和半软性填料的基础上发展而成的，它兼有两者的优点。由软性纤维束、高分子聚合塑料环片、支撑套管、中心绳及二端绑扎绳组成。可市场购买到。
EM(effectivemicroorganisms)菌制剂含有光合细菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌等多种微生物，各菌群间互惠共生，组成了一个稳定的体系，可以购买到成品。
所述步骤(1)之前的步骤中，筑坝的作用为，根据治理不同时期的需要保持水位；保证污水在整个河道停留的时间不低于4小时。
所述步骤(1)中，生石灰中Ca2+可与PO4+形成沉淀，OH-可起到调节酸碱度，沉淀某些重金属的作用；沸石粉具有一定的吸附作用，且为生态系统的建立提供微量元素。
所述步骤(2)中，生物膜受到水流的冲击、搅动，加速脱落、更新，使生物膜经常保持较高的活性，吸附更多的悬浮物进行处理。
所述步骤(3)中，河涌的各项主要指标超出地表V类水三倍以上，如COD超过120mg/L(地表V类为40mg/L)，水体表现为发黑发臭，微生态环境中异养菌占据主导地位，通过该步骤为水生态恢复创造条件。
所述步骤(4)中，经过上一阶段的治理，水生态得到了一定的改善，如溶解氧达到2mg/L以上。
所述步骤(5)中，水生态已基本恢复，河涌中出现高等生物，好氧洁净的微生物区系已基本建立。
本发明所述采用微生物制剂治理黑臭河涌及湖泊的方法，依据水质改善程度的时间划分治理步骤，操作方便；本发明主要采用的是微生物技术，利用各种微生物的联合协同作用实现对污染物的降解及促进生态平衡，具体表现为：1)转移、转化和降解污染物；2)为其它微生物创造条件；3)结合水生动、植物，恢复生态多样性；4)增强水体自净能力及物质循环；5)实现提高水质指标和水体变清、变活的目标。本发明采用组合式纤维填料固定在填料架上，利用在河涌狭窄且湍急处及出水量较大的排污口处，通过水流的冲击力，进行生物挂膜，纤维填料分布于水体上、中、下不同部位，效果更优。
说明书附图
图1是河道采样点分布图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明内容做进一步详细说明
本实例是针对某市某河涌，该河涌流经A村、B村、C村，最终汇入东江支流。河道总长约8.5km，水深0.5-2.5m，污泥60-150cm，平均宽为9m，总面积7.65×104m2，约110亩；总容积1.14×104m3。
该河涌受到潮汐作用的影响，水量变化大，水质情况复杂，闸口流速为5m/min，流量为5.5万m3/d，每天有涨、落潮各两次。
河涌两岸居民小区及工厂较为密集，大大小小共有数百个排污口，污染物成分较为复杂，每天有大约12300m3的外来污水直接排入河道，由于长期生活污水的自然排放和流域内的面源污染，导致河道严重污染，按《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)进行评价，目前水质为严重劣V类，河涌底部形成了大量黑色淤泥。河涌底质污染按《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)经行评价，全部结果均超标。
随着夏季温度的升高，出现发黑、发臭现象。由于受潮汐作用的影响河道水位变化较大，每天涨落潮水位相差超过150cm，这样形成间歇性、大流量、快流速的河道水流，从而加大了治理难度。
采用本发明对该河涌的治理方案如下：
1、在东江支流入口处，及待治理河涌的下游筑坝，坝带有闸门。
2、待河涌退潮后，将坝的闸门关上，将河涌的水位保持在最低，按照30kg/亩水面的用量，均匀撒入生石灰进行处理，5天后，将100～120目的沸石粉按照8kg/亩水面的用量拌水泼洒。
3、生物挂膜处理
在河涌中部及下游两处较狭窄的地方，以及河涌沿线各排污口，固定好填料架，将组合式纤维填料固定在填料架上，通过水流的冲击力，进行生物挂膜，使得微生物及悬浮物附着于填料上，形成生物膜。
4、微生物强化直投
将沼泽红假单胞细菌在阳光下活化两小时，按照6kg/亩水面的用量、乳酸菌按照2.0kg/亩水面的用量、EM菌剂按照4kg/亩水面的用量用水稀释后均匀的洒入水中。两种菌剂混合使用，每天一次，使用15天。
5、水生态恢复及底部还原性污泥氧化削减
将枯草芽孢杆菌及反硝化细菌每千克加入10L自来水活化2～3小时，使用量分别按照1.5kg/亩水面的用量，全流域均匀泼洒，分别用水稀释后均匀的洒入水中，每天一次；沼泽红假单胞细菌在阳光下活化3小时，按照3.0kg/亩水面的用量、乳酸菌按照1.0kg/亩水面的用量、EM菌剂按照2.0kg/亩水面的用量，两天一次，使用20天进入维护及进一步改善水环境阶段。
6、维护及进一步改善水环境
打开下游闸门，让潮汐水能够自由进入河涌，枯草芽孢杆菌及反硝化细菌，使用量分别按照1.0kg/亩水面的用量；沼泽红假单胞细菌，使用量按照2.0kg/亩水面的用量，酵母菌按照1.2kg/亩水面的用量继续对水体进行维护，4天使用一次。
并因地制宜的投放一些水生动物，包括：所述水生动物为白鲢或花鲢；种植一些水生植物，包括：硅藻、金鱼藻、睡莲、梭鱼草或者芦苇。
7、河道水样采样点A-F见图1，水样用500ml取样瓶直接取样，并于当天测定各项指标。底部淤泥采样点同水体，用自制底泥采样器(直径15cm玻璃柱)取河床表面20cm泥柱，在30℃烘箱24小时烘干，取烘干泥样测底泥TOC和底泥生物活性(G值)。
8、测定项目及方法
(1)理化指标及方法
水温：于每天上午11:00现场测定，温度计法GB 13195-91
pH：于每天上午11:00现场测定，玻璃电极法GB 6920-86
溶解氧：于每天上午11:00现场测定，电化学探头法GB 11913-89
高锰酸盐指数：GB 11892-89
化学需氧量：重铬酸盐法GB 11914-89
五日生化需氧量：稀释与接种法 GB 7488-87
氨氮：纳氏试剂比色法 GB7479-87
总磷：钼酸铵分光光度法 GB 11893-89
总氮：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 GB 11894-89
透明度：于每天上午11:00现场测定，采用自制塞氏盘进行测定
底泥TOC：参照《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)TOC测定方法
(2)生物学指标及测定方法
细菌总量：采用平板培养法
微型动物：用吸管吸取1滴(约0.05ml)水样，在血球计数板上直接进行活体观察并计数。
取泥样0.2克放入250ml三角瓶中，加入煮沸10分钟的该河涌上游排放口排出废水100ml，将三角瓶放在摇床上，振荡3、6、9小时，各取30ml水样静置30分钟，测振荡前后CODcr测算底泥生物降解能力：
G＝[(C1-C2)×V]/(10×q×t)[kg/(kg.h)]
9、处理效果
(1)微生物处理30天后效果
治理初期，水质各项指标较高，水体发黑发臭，没有透明度，按《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)进行评价，水质为严重劣V类，河涌底部形成了大量黑色淤泥，各项主要指标具体表现为：化学需氧量COD 189mg/L，溶解氧Do为0.1mg/L，有时甚至为零，总氮TN及氨氮NH3-N为12mg/L，总磷TP为1.2mg/L，水体呈严重厌氧状态；河涌底部形成了大量黑色淤泥，河涌底部淤泥染按《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)经行评价，全部结果均超标。
前期通过兼性好氧微生物的强化直投对黑臭水体具有较高的处理效率，能够有效去除高锰酸盐指数、化学需氧量和氨氮，对黑臭水体中总氮、硝酸盐、亚硝酸盐及总磷具有较好的去除效果。10～15天，化学需氧量、氨氮、总氮、总磷等主要指标去除率较明显，各项指标自上游往下游含量逐渐减少，具备一定的纳污能力。水体不再发臭，水色有黑色转为灰白色，具有15～20cm的透明度，表层底泥由黑色变为黄色，溶解氧达到2～3mg/L。此时对河道进行适当曝氧，效果将更加理想。
继续经过20天左右的治理，水质大幅度提高，水体异味完全消失，水色灰白色转为深绿色，褐色，最终变为绿色；水体形成一定的好氧环境，微生态环境开始出现的多样性；高锰酸盐指数、COD、BOD、Tp、溶解氧等指标达到地表水V类标准，削减率达到70％左右；氨氮、TN、硝酸盐、亚硝酸盐等指标削减率不低于70％(根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)进行评价)；水体透明度大幅提高，底部污泥逐渐开始削减削减，镜鉴发现水体中存在大量的原生动物及后生动物。
(2)河道底部淤泥生物氧化及削减效果
底泥是河道多年污染的积累，通过物理、化学及生物作用进行迁移和转化，影响上覆水体。
通过前面两个阶段的微生物强化处理，B、C两个样点底泥平均TOC由35g/kg降低至8.9g/kg，降低了近4倍；底泥生物降解能力(G值)由0.8kg/kg.h升至4.1kg/kg.h，提高了5倍。底部淤泥削减10～15cm，表层还原性淤泥被氧化为黄色。
(3)水体透明度及水色变化
随着水质的逐渐改善，随后底泥开始进行生物氧化，随后水体由黑臭变为灰白色、褐色、最后变为绿色。15日后下游潮汐河涌水体已基本消除黑臭现象，并逐步转为绿色，至30日，下游潮汐河涌水体已基本稳定，水色和潮汐水体一致，呈现碧绿色，水体透明度达到70cm，此后，随着治理措施的加强，全河涌生态系统更加稳定，水体透明度进一步提高，并表现为从上游到下游逐步提高的趋势。
(4)水体pH和溶解氧变化
河涌pH值间接反映水体氧化还原状态和藻相，随着河涌底泥和水体生物修复的不断加强，10日后河涌中下游出现大量藻类，一方面藻类通过光合作用释放氧气，增加水体溶解氧，使底泥和水体微生物区系由厌氧开始向好氧转变，抑制了厌氧分解和酸化水解过程，使水体pH上升；另一方面，光合作用吸收水中的二氧化碳，也使水体pH上升，30日后，河涌效果进入稳定期，水体pH逐步上升，河涌整体pH稳定在6.7-7.5。
河涌在进行治理前，一直维持黑臭状态，水体溶解氧趋近于零，只是在暴雨后溶解氧才略有上升，随着治理的不断进行，水生态开始逐渐恢复，河涌溶解氧逐步提高，并呈现逐步上升的趋势。河道底部淤泥生物氧化及削减过程中，水环境不断改善，10日溶解氧达到2～3mg/l，30日后溶解氧达到5～6mg/l。经过水体生物修复和河涌生态修复，逐步形成以菌藻共生为主，包括原生动物、后生动物高等动物的洁净好氧生态系统，虽然河涌水体Do随天气变化会有所变化，整个河涌溶解氧一直维持在5mg/l以上，即达到地表水V类水标准。
(5)水体中高锰酸盐指数(CODMn)、化学需氧量(CODCr)和氨氮(NH3-N)的变化
随着底泥生物氧化和生物修复措施的进行，高锰酸盐指数(CODMn)、化学需氧量(CODCr)和氨氮(NH3-N)等指标明显低于进水，并且随着时间的推移，这一结果不断加强。在此过程中，枯草芽孢杆菌、反硝化细菌及沼泽红假单胞细菌等有益微生物起到了十分重要的作用，河涌沿线各污水排放口CODMn平均为73mg/l，CODCr平均为197mg/l，NH3-N平均为13mg/l，经过治理后的河涌水体，CODMn平均为8.34mg/l，CODCr平均为46.3mg/l，NH3-N平均为1.93mg/l。
(7)总氮、硝酸盐、亚硝酸盐、总磷的变化
根据监测数据表明，总氮由16.7mg/L下降为2.1mg/L，接近地表水V类标准，去除率达88％；总磷由1.73mg/L下降为0.38mg/L，达到地表水V类标准，去除率达到78％；另外硝酸盐及亚硝酸盐的去除率也都在70％以上，可见对氮磷的去除均具有良好效果。
(8)水体生物相变化
对水体中细菌总数观察计数结果表明，随着水质的不断改善，河涌异养细菌总数较治理前减少了一个数量级(治理前异养细菌总数为3.5～2.6×106PIC/ml，治理后为0.3～1.0×105PIC/ml)，对水体微型动物观察表明，各样点的变形虫、鞭毛虫、纤毛虫、轮虫等具有随着细菌和藻类的生长高峰而增加的趋势。在进行治理20日后，下游潮汐河涌中出现了大量枝角类水蚤(红虫)，之后出现了小鱼。随着河涌高等生物的出现，好氧洁净微生物区系的建立，处理河段生物多样性不断增加，生物链不断延长，生物由低等向高等演变，逐步建立水体自净能力，其结果消除了水体黑臭现象，水体透明度达到70cm左右，水色由黑色转变为绿色。
(9)运行维护期间水体理化指标变化
在进行治理30天后河涌生态系统进入正常运行维护期，此后两个月中，河涌沿线排污口每天12300m3排入河涌，经过微生物强化作用及自然生物修复作用，CODMn平均为8.34mg/l，达到III类水标准；CODCr平均为38mg/l，达到V类水标准；NH3-N平均为1.8mg/l达到V类水标准；透明度维持在70cm左右，整个河涌生物系统良好，具有很强的自净能力。

Claims (8)

1、一种采用微生物制剂治理黑臭河涌及湖泊的方法，包括如下步骤：
(1)对河涌或湖泊进行预处理：
根据河床面积，按照30kg/亩水面的用量，均匀撒入生石灰进行处理，3～5天后，将100～120目的沸石粉按照8kg/亩水面的用量拌水泼洒；
(2)生物挂膜处理：
在河涌或湖泊的下游出口处及沿线各排污口处，将组合式纤维填料固定在填料架上，通过水流的冲击力，进行生物挂膜，使得微生物及悬浮物附着于填料上，形成生物膜；
(3)微生物强化直投：
将沼泽红假单胞细菌在阳光下活化2～3小时，按照6kg/亩水面的用量、乳酸菌按照2.0kg/亩水面的用量、EM菌剂按照4.0kg/亩水面的用量，分别用水稀释后均匀的洒入水中，每天一次，使用10～15天进入水生态恢复及底部还原性污泥氧化削减阶段；
(4)水生态恢复及底部还原性污泥氧化削减：
将枯草芽孢杆菌及反硝化细菌每千克加入10L自来水活化2～3小时，使用量分别按照1.5kg/亩水面的用量，全流域均匀泼洒，分别用水稀释后均匀的洒入水中，每天一次；沼泽红假单胞细菌在阳光下活化两至三小时，按照3.0kg/亩水面的用量、乳酸菌按照1.0kg/亩水面的用量、EM菌剂按照2.0kg/亩水面的用量，两天一次，使用20～25天进入维护及进一步改善水环境阶段。
(5)维护及进一步改善水环境：
枯草芽孢杆菌及反硝化细菌，使用量分别按照1.0kg/亩水面的用量，沼泽红假单胞细菌，使用量按照2.0kg/亩水面的用量，酵母菌按照1.2kg/亩水面的用量继续对水体进行维护，3～5天使用一次。
2、如权利要求书1所述的采用微生物制剂治理黑臭河涌及湖泊的方法，其特征在于在步骤1)之前还包括如下步骤：在河涌下游、水位落差较大处及河道狭窄位置筑坝，用来调节水位。
3、如权利要求书1所述的采用微生物制剂治理黑臭河涌及湖泊的方法，其特征在于：所述步骤还包括投放水生动物，种植水生植物。
4、如权利要求3所述的采用微生物制剂治理黑臭河涌及湖泊的方法，其特征在于：所述水生动物为原生动物、后生动物或浮游动物。
5、如权利要求4所述的采用微生物制剂治理黑臭河涌及湖泊的方法，其特征在于：所述水生动物为白鲢或花鲢。
6、如权利要求3所述的采用微生物制剂治理黑臭河涌及湖泊的方法，其特征在于：所述水生植物为沉水植物、浮水植物、湿生植物或者挺水植物。
7、如权利要求6所述的采用微生物制剂治理黑臭河涌及湖泊的方法，其特征在于：所述水生植物为金鱼藻、睡莲、梭鱼草或者芦苇。
8、如权利要求1-7任意一项所述的采用微生物制剂治理黑臭河涌及湖泊的方法，其特征在于：所述枯草芽孢杆菌为固态，其有效活菌数为200亿/g；沼泽红假单胞细菌为液态，其有效活菌数为10亿/ml；反硝化细菌，为固态，其有效活菌数为200亿/g；酵母菌，为固态，其有效活菌数为10亿/g；乳酸菌为固态，其有效活菌数为20亿/g、EM菌为液态，其有效活菌数为20亿/ml。
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