CN102079612A - 一种湖泊富营养化修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湖泊富营养化修复方法。该方法包括步骤：(1)在湖岸上以半埋式依次设置微生物修复水槽、吸附水槽和冷却水槽；(2)微生物修复阶段；(3)吸附阶段；(4)冷却阶段；(5)水中生态修复阶段。在本发明微生物修复阶段中，微生物在可控制一定环境下，生存稳定，微生物存活率高；微生物在填料中生成生物膜体系，形成了菌种多样性；该微生物系统对有机污染物COD、BOD及氨氮降解快，也不产生有机污泥，不造成二次污染；本发明方法水质净化除磷效率高，在水华高发生期的高温环境下有降温功能的异常处理。
Description
技术领域
本发明属于环境保护的湖泊水质净化修复领域，特别涉及一种湖泊富营养化修复方法。
背景技术
目前，中国湖泊污染情况严重，80％以上的湖泊受到污染，许多湖泊已达不到III类水水质标准，鱼虾基本绝迹，而代之以适应污染的各类底栖微小类群，湖泊水体的颜色、气味均有不同程度的恶化，部分湖泊甚至成为纳污水体。许多知名湖泊的地理位置处于大、中城市周边，它们的污染导致城市景观质量下降，严重影响了这些地区居民的身心健康。水质污染导致湖泊及其沿岸的生物多样性下降，特别是一些对人类有益的或有潜在价值的物种消失。因此，水体治理、修复刻不容缓。
中国湖泊污染的主要特征是水体富营养化。分为天然富营养化和人为富营养化。天然富营养化要经过几千年甚至几万年才能完成，而人类经济活动可导致湖泊在短短几年内就出现富营养化。在光合作用下，水体中藻类原生质的生成有赖于碳、氮、磷的存在，碳、氮、磷是生成藻类的决定性因素，也是构成湖泊水体富营养化的决定性因素。由于藻类可利用的氮远比可利用的磷多，因此，磷常被作为富营养化的限制因子。英国国家环境署规定，在静止水体中，总磷浓度0.086mg·L-1为富营养化的临界值。
湖泊富营养化现象表现为：在富营养阶段，水中藻类的种类减少而个体数猛增；由于优势种类所含色素不同，使水体呈蓝、红、棕或乳白色；富营养化现象多发生在一些水体交换率较低之处。如湖泊或海湾等处，在内陆湖泊中发生者，称为水华(水花，water bloom)在海洋则称为赤潮(红潮，red tide)。
湖泊富营养化存在以下危害：(1)水体外观颜色改变，变浊，影响景观；如海水富营养化时，有时会呈现红色；(2)水中散发不良味道；(3)溶氧量下降；(4)水生生物大量死亡，原因可能为缺氧或阻碍呼吸；(5)有些藻类会产生毒素，可能直接危害人体健康；(6)导致水处理之困难，并使水质品质下降。
由上可知，从技术上说，消除湖泊富营养化的关键还在于削减湖泊水体的氮、磷以及底泥有机碳和氮、磷的负荷，消除水体中藻类疯长的基础，达到降低水体中藻类生物量、提高水体透明度的目的。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种湖泊富营养化修复方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种湖泊富营养化修复方法，包括以下操作步骤：
(1)在湖岸上以半埋式依次设置微生物修复水槽、吸附水槽和冷却水槽；
(2)微生物修复阶段：筛选驯化特殊功能菌种植入填料中，特殊功能菌种植入填料中的浓度为50～150ppm；将填料分别放在微生物修复水槽内并被水体淹没；利用修复净化设备将湖泊中的水抽入微生物修复水槽中，使水体循环流动于填料间，特殊功能菌种在填料表面生成一层0.2～1mm的生物膜，进行微生物修复处理，降低水体中有机污染物的COD(化学耗氧量)、BOD(生化需氧量)、TN(总氮)和TP(总磷)；
(3)吸附阶段：将经过处理的陶粒置于吸附水槽内并被水体淹没；将经过步骤(2)微生物修复处理后的水体引入吸附水槽，水体循环流动于陶粒层间，陶粒吸附水体中的磷，进一步降低TP(总磷)；经过吸附处理的水体温度升高；
(4)冷却阶段：当步骤(3)经过吸附处理的水体温度升高到20～25℃以上时，将水体引入冷却水槽中开始冷却处理；水体经冷却器降低水体温度至20℃以下，水体不发生水华；将经过冷却处理的水体重新泵入湖泊中；
(5)水中生态修复阶段：在湖泊的岸边铺设生态砖，种植水草，养水中动物，构成生态环境食物链系统，进行生态修复。
步骤(2)所述驯化的时间为2～3个月，所述特殊功能菌种为光合细菌、真菌、絲状菌、枯草芽孢杆菌、硝化菌、反硝化菌或聚磷菌；所述填料为马鞍型塑料填料。
步骤(2)所述填料的使用量以去除水体中有机污染物的量计，其范围为0.5～10kgCOD/(m3d)。
步骤(2)所述微生物修复处理的时间为1～8小时。
步骤(3)所述陶粒的粒径为5～10mm；所述陶粒是将体积百分比浓度50％的陶土、体积百分比浓度30％的铁矿土、体积百分比浓度10％的粉煤灰和体积百分比浓度10％的杂质充分混合后烧结.再经浸酸水冼处理后干燥得到。所述杂质为纸屑和油类物质；所述烧结的温度为1100℃，烧结的时间为6小时；所述浸酸是浸入质量百分比浓度5％的硫酸中，浸渍的时间为2小时；所述水洗的时间为1小时。
步骤(3)所述陶粒的使用量以1立方陶粒去除水体中10～30公斤磷的量计算；所述陶粒每隔2～6个月更换一次。步骤(3)所述水体循环流动于陶粒层间的时间控制在0～2小时。
步骤(4)所述冷却时间控制在0～0.5小时。
步骤(5)所述水中动物为变形虫、表壳虫、轮虫、蚤类、无节幼虫、螺、蚬、水蚯蚓、水蛭或蚊虫。
每一阶段处理时间的多少是依据湖泊容积大小、湖泊富营养化状态、湖泊修复时间长短及财政经济来考量。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)在本发明微生物修复阶段中，微生物在可控制一定环境下，生存稳定，微生物存活率高；微生物在填料中生成生物膜体系，形成了菌种多样性；该微生物系统对有机污染物COD、BOD及氨氮降解快，也不产生有机污泥，不造成二次污染。
(2)本发明水质净化除磷效率高。
(3)本发明在水华高发生期的高温环境下有降温功能的异常处理。
附图说明
图1为湖泊富营养化修复方法的施工工艺设施图，其中1为微生物修复水槽，2为吸附水槽，3为冷却水槽，4为湖泊的岸边，5为生物膜，6为陶粒，7为冷却器，8为修复净化设备，9为湖岸人行步道，10为湖岸草木，11为进水口，12为出水口，13为湖泊，14为湖岸，15为湖底，16为湖面，17为湖水，18为水草。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
一种湖泊富营养化修复方法，包括以下操作步骤：
(1)在湖岸14上以半埋式依次设置微生物修复水槽1、吸附水槽2和冷却水槽3；在湖岸14上设置湖岸人行步道9和种植湖岸草木10；
(2)微生物修复阶段：筛选驯化2个月的特殊功能菌种(光合细菌)植入马鞍型塑料填料(马鞍型塑料填料的制备参照中国专利200720032486.2)中，特殊功能菌种植入马鞍型塑料填料中的浓度为50ppm；将马鞍型塑料填料分别放在微生物修复水槽1内并被水体淹没，马鞍型塑料填料的使用量以去除水体中有机污染物的量计，其范围为5kgCOD/(m3d)；利用修复净化设备8将湖泊13中的水从进水口11抽入微生物修复水槽1中，使水体循环流动于填料间，特殊功能菌种在马鞍型塑料填料表面生成一层0.2mm的生物膜5，进行微生物修复处理1小时，降低水体中有机污染物的COD(化学耗氧量)、BOD(生化需氧量)、TN(总氮)和TP(总磷)；
(3)吸附阶段：将经过处理的陶粒6(粒径为5～10mm)置于吸附水槽2内并被水体淹没；将经过步骤(2)微生物修复处理后的水体引入吸附水槽2，水体循环流动于陶粒层间2小时，陶粒吸附水体中的磷，进一步降低TP(总磷)；经过吸附处理的水体温度升高；所述陶粒的使用量以1立方陶粒去除水体中20公斤磷的量计算，每隔6个月更换陶粒一次。
所述陶粒是将体积百分比浓度50％的陶土、体积百分比浓度30％的铁矿土、体积百分比浓度10％的粉煤灰和体积百分比浓度10％的杂质(纸屑和油类物质)充分混合后在1100℃烧结6小时，再浸入质量百分比浓度5％的硫酸中浸渍2小时后水冼1小时干燥得到；
(4)冷却阶段：当步骤(3)经过吸附处理的水体温度升高到22℃以上时，将水体引入冷却水槽3中开始冷却处理；水体经冷却器7冷却0.3小时后，降低水体温度至20℃以下，水体不发生水华；将经过冷却处理的水体通过修复净化设备8的出水口12重新泵入湖泊中；
(5)水中生态修复阶段：在湖泊的岸边4铺设生态砖，种植水草18，养水中动物(变形虫、表壳虫、水蛭或蚊虫)，构成生态环境食物链系统，进行生态修复。
实施例1步骤(2)中特殊功能菌种(光合细菌)成长比较好，菌种种类较多，它还含蓋其它种类的微生物共生，所以能把微有机物分解。采用本发明方法处理前后结果如表1所示：
表1湖泊营养化修复处理前后对比
| COD | NH3N | TN | TP | |
| 修复前湖泊水体ppm | 32 | 3.2 | 4 | 0.2 |
| 修复后湖泊水体ppm | 5 | 0.2 | 0.3 | 0.02 |
| 去除率％ | 84 | 93 | 92 | 90 |
实施例2：
一种湖泊富营养化修复方法，包括以下操作步骤：
(1)在湖岸14上以半埋式依次设置微生物修复水槽1、吸附水槽2和冷却水槽3；在湖岸14上设置湖岸人行步道9和种植湖岸草木10；
(2)微生物修复阶段：筛选驯化2个月的特殊功能菌种(硝化反硝化菌)植入马鞍型塑料填料(马鞍型塑料填料的制备参照中国专利200720032486.2)中，特殊功能菌种植入马鞍型塑料填料中的浓度为150ppm；将马鞍型塑料填料分别放在微生物修复水槽1内并被水体淹没，马鞍型塑料填料的使用量以去除水体中有机污染物的量计，其范围为10kgCOD/(m3d)；利用修复净化设备8将湖泊13中的水从进水口11抽入微生物修复水槽1中，使水体循环流动于填料间，特殊功能菌种在马鞍型塑料填料表面生成一层1mm的生物膜5，进行微生物修复处理6小时，降低水体中有机污染物的COD(化学耗氧量)、BOD(生化需氧量)、TN(总氮)和TP(总磷)；
(3)吸附阶段：将经过处理的陶粒6(粒径为5～10mm)置于吸附水槽2内并被水体淹没；将经过步骤(2)微生物修复处理后的水体引入吸附水槽2，水体循环流动于陶粒层间1小时，陶粒吸附水体中的磷，进一步降低TP(总磷)；经过吸附处理的水体温度升高；所述陶粒的使用量以1立方陶粒去除水体中10公斤磷的量计算，每隔4个月更换陶粒一次。
所述陶粒是将体积百分比浓度50％的陶土、体积百分比浓度30％的铁矿土、体积百分比浓度10％的粉煤灰和体积百分比浓度10％的杂质(纸屑和油类物质)充分混合后在1100℃烧结6小时，再浸入质量百分比浓度5％的硫酸中浸渍2小时后水冼1小时干燥得到；
(4)冷却阶段：当步骤(3)经过吸附处理的水体温度升高到20℃以上时，将水体引入冷却水槽3中开始冷却处理；水体经冷却器7冷却0.2小时后，降低水体温度至20℃以下，水体不发生水华；将经过冷却处理的水体通过修复净化设备8的出水口12重新泵入湖泊中；
(5)水中生态修复阶段：在湖泊的岸边4铺设生态砖，种植水草18，养水中动物(无节幼虫、螺、蚬、水蚯蚓、水蛭或蚊虫)，构成生态环境食物链系统，进行生态修复。
实施例2步骤(2)中特殊功能菌种(硝化反硝化菌)成长比较好，菌种种类较多，它还含蓋其它种类的微生物共生，所以能把微有机物分解。采用本发明方法处理前后结果如表2所示：
表2湖泊营养化修复处理前后对比
| COD | NH3N | TN | TP | |
| 修复前湖泊水体ppm | 32 | 3.2 | 4 | 0.2 |
| 修复后湖泊水体ppm | 8 | 0.15 | 0.2 | 0.02 |
| 去除率％ | 75 | 95 | 95 | 90 |
实施例3：
一种湖泊富营养化修复方法，包括以下操作步骤：
(1)在湖岸14上以半埋式依次设置微生物修复水槽1、吸附水槽2和冷却水槽3；在湖岸14上设置湖岸人行步道9和种植湖岸草木10；
(2)微生物修复阶段：筛选驯化2个月的特殊功能菌种(枯草芽孢杆菌)植入马鞍型塑料填料(马鞍型塑料填料的制备参照中国专利200720032486.2)中，特殊功能菌种植入马鞍型塑料填料中的浓度为100ppm；将马鞍型塑料填料分别放在微生物修复水槽1内并被水体淹没，马鞍型塑料填料的使用量以去除水体中有机污染物的量计，其范围为0.5kgCOD/(m3d)；利用修复净化设备8将湖泊13中的水从进水口11抽入微生物修复水槽1中，使水体循环流动于填料间，特殊功能菌种在马鞍型塑料填料表面生成一层0.5mm的生物膜5，进行微生物修复处理8小时，降低水体中有机污染物的COD(化学耗氧量)、BOD(生化需氧量)、TN(总氮)和TP(总磷)；
(3)吸附阶段：将经过处理的陶粒6(粒径为5～10mm)置于吸附水槽2内并被水体淹没；将经过步骤(2)微生物修复处理后的水体引入吸附水槽2，水体循环流动于陶粒层间0～2小时，陶粒吸附水体中的磷，进一步降低TP(总磷)；经过吸附处理的水体温度升高；所述陶粒的使用量以1立方陶粒去除水体中30公斤磷的量计算，每隔2个月更换陶粒一次。
所述陶粒是将体积百分比浓度50％的陶土、体积百分比浓度30％的铁矿土、体积百分比浓度10％的粉煤灰和体积百分比浓度10％的杂质(纸屑和油类物质)充分混合后在1100℃烧结6小时，再浸入质量百分比浓度5％的硫酸中浸渍2小时后水冼1小时干燥得到；
(4)冷却阶段：当步骤(3)经过吸附处理的水体温度升高到25℃以上时，将水体引入冷却水槽3中开始冷却处理；水体经冷却器7冷却0.5小时后，降低水体温度至20℃以下，水体不发生水华；将经过冷却处理的水体通过修复净化设备8的出水口12重新泵入湖泊中；
(5)水中生态修复阶段：在湖泊的岸边4铺设生态砖，种植水草18，养水中动物(变形虫、表壳虫、水蚯蚓、水蛭或蚊虫)，构成生态环境食物链系统，进行生态修复。
实施例3步骤(2)中特殊功能菌种(枯草芽孢杆菌)成长比较好，菌种种类较多，它还含蓋其它种类的微生物共生，所以能把微有机物分解。采用本发明方法处理前后结果如表3所示：
表3湖泊营养化修复处理前后对比
| COD | NH3N | TN | TP | |
| 修复前湖泊水体ppm | 32 | 3.2 | 4 | 0.2 |
| 修复后湖泊水体ppm | 10 | 0.3 | 0.4 | 0.02 |
| 去除率％ | 68 | 90 | 90 | 90 |
实施例4：
一种湖泊富营养化修复方法，包括以下操作步骤：
(1)在湖岸14上以半埋式依次设置微生物修复水槽1、吸附水槽2和冷却水槽3；在湖岸14上设置湖岸人行步道9和种植湖岸草木10；
(2)微生物修复阶段：筛选驯化2个月的特殊功能菌种(聚磷菌)植入马鞍型塑料填料(马鞍型塑料填料的制备参照中国专利200720032486.2)中，特殊功能菌种植入马鞍型塑料填料中的浓度为120ppm；将马鞍型塑料填料分别放在微生物修复水槽1内并被水体淹没，马鞍型塑料填料的使用量以去除水体中有机污染物的量计，其范围为6kgCOD/(m3d)；利用修复净化设备8将湖泊13中的水从进水口11抽入微生物修复水槽1中，使水体循环流动于填料间，特殊功能菌种在马鞍型塑料填料表面生成一层0.8mm的生物膜5，进行微生物修复处理5小时，降低水体中有机污染物的COD(化学耗氧量)、BOD(生化需氧量)、TN(总氮)和TP(总磷)；
将经过步骤(2)微生物修复处理后的水体通过修复净化设备8的出水口12重新泵入湖泊中；
(3)水中生态修复阶段：在湖泊的岸边4铺设生态砖，种植水草18，养水中动物(变形虫、表壳虫、轮虫、蚤类、无节幼虫、螺、蚬、水蚯蚓、水蛭或蚊虫)，构成生态环境食物链系统，进行生态修复。
实施例4步骤(2)中特殊功能菌种(聚磷菌)成长比较好，菌种种类较多，它还含蓋其它种类的微生物共生，所以能把微有机物分解。采用本发明方法处理前后结果如表4所示：
表4湖泊营养化修复处理前后对比
| COD | NH3N | TN | TP | |
| 修复前湖泊水体ppm | 32 | 3.2 | 4 | 0.2 |
| 修复后湖泊水体ppm | 12 | 0.5 | 0.8 | 0.015 |
| 去除率％ | 62 | 84 | 80 | 92 |
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种湖泊富营养化修复方法，其特征在于包括以下操作步骤：
(1)在湖岸上以半埋式依次设置微生物修复水槽、吸附水槽和冷却水槽；
(2)微生物修复阶段：筛选驯化特殊功能菌种植入填料中，特殊功能菌种植入填料中的浓度为50～150ppm；将填料分别放在微生物修复水槽内并被水体淹没；利用修复净化设备将湖泊中的水抽入微生物修复水槽中，使水体循环流动于填料间，特殊功能菌种在填料表面生成一层0.2～1mm的生物膜，进行微生物修复处理，降低水体中有机污染物的COD、BOD、TN和TP；
(3)吸附阶段：将经过处理的陶粒置于吸附水槽内并被水体淹没；将经过步骤(2)微生物修复处理后的水体引入吸附水槽，水体循环流动于陶粒层间，陶粒吸附水体中的磷，进一步降低TP；经过吸附处理的水体温度升高；
(4)冷却阶段：当步骤(3)经过吸附处理的水体温度升高到20～25℃以上时，将水体引入冷却水槽中开始冷却处理；水体经冷却器降低水体温度至20℃以下，水体不发生水华；将经过冷却处理的水体重新泵入湖泊中；
(5)水中生态修复阶段：在湖泊的岸边铺设生态砖，种植水草，养水中动物，构成生态环境食物链系统，进行生态修复。
2.根据权利要求1所述的一种湖泊富营养化修复方法，其特征在于：步骤(2)所述驯化的时间为2～3个月，所述特殊功能菌种为光合细菌、真菌、絲状菌、枯草芽孢杆菌、硝化菌、反硝化菌或聚磷菌。
3.根据权利要求1所述的一种湖泊富营养化修复方法，其特征在于：步骤(2)所述填料的使用量以去除水体中有机污染物的量计，其范围为0.5～10kgCOD/(m3d)。
4.根据权利要求1所述的一种湖泊富营养化修复方法，其特征在于：步骤(2)所述微生物修复处理的时间为1～8小时。
5.根据权利要求1所述的一种湖泊富营养化修复方法，其特征在于：步骤(3)所述陶粒的粒径为5～10mm；所述陶粒是将体积百分比浓度50％的陶土、体积百分比浓度30％的铁矿土、体积百分比浓度10％的粉煤灰和体积百分比浓度10％的杂质充分混合后烧结.再经浸酸水冼处理后干燥得到。
6.根据权利要求5所述的一种湖泊富营养化修复方法，其特征在于：所述杂质为纸屑和油类物质；所述烧结的温度为1100℃，烧结的时间为6小时；所述浸酸是浸入质量百分比浓度5％的硫酸中，浸渍的时间为2小时；所述水洗的时间为1小时。
7.根据权利要求1所述的一种湖泊富营养化修复方法，其特征在于：步骤(3)所述陶粒的使用量以1立方陶粒去除水体中10～30公斤磷的量计算；所述陶粒每隔2～6个月更换一次。
8.根据权利要求1所述的一种湖泊富营养化修复方法，其特征在于：步骤(3)所述水体循环流动于陶粒层间的时间控制在0～2小时。
9.根据权利要求1所述的一种湖泊富营养化修复方法，其特征在于：步骤(4)所述冷却时间控制在0～0.5小时。
10.根据权利要求1所述的一种湖泊富营养化修复方法，其特征在于：步骤(5)所述水中动物为变形虫、表壳虫、轮虫、蚤类、无节幼虫、螺、蚬、水蚯蚓、水蛭或蚊虫。
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