CN102161558B

CN102161558B - 一种污染底泥修复剂及制备和使用方法

Info

Publication number: CN102161558B
Application number: CN2011100519541A
Authority: CN
Inventors: 赵由才; 苏良湖; 黄仁华; 邓穗; 李慧
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: CN102161558A

Abstract

一种污染底泥修复剂及制备和使用方法，涉及一种用于强化污染底泥中多环芳烃降解的修复剂及处理方法。先将矿化垃圾过1～5mm筛，得到的矿化垃圾筛下物，然后将蘑菇渣切碎并过10mm筛，称取矿化垃圾筛下物∶蘑菇渣＝2∶1～5∶1质量比，混合均匀，加入无机盐营养液NMS，加入量为混合物质量的25％，并调节含水率为45％～55％，培养3～7天，制成污染底泥修复剂。称取污染底泥修复剂：脱水后的多环芳烃浓度为10～100mg/kg的污染底泥＝1∶5～1∶10质量比，混合均匀，进行自然堆置，保持堆体的含水率为30％～32％，经检测多环芳烃去除率可达55％～90％。本发明的修复剂原料来源广泛，成本低廉，制备费用低，操作方便，污染底泥修复效果好，底泥的肥力高，适合于大规模处理多环芳烃污染底泥。

Description

一种污染底泥修复剂及制备和使用方法

技术领域

一种污染底泥修复剂及制备和使用方法，涉及一种用于强化污染底泥中多环芳烃降解的修复剂及制备和使用方法。属于底泥污染修复领域。

背景技术

多环芳烃(PAHs)是指具有两个或者多个稠环芳香环的一类有机化合物的统称，主要来源于化学工业、火力电力工业、石油工业、交通运输、垃圾和秸秆焚烧以及污灌和污泥农用等，属于持久性有机污染物。多环芳烃具有强烈的生物毒性、生物累积性和半挥发性，目前已知的致癌性多环芳烃及其衍生物超过400种。多环芳烃可以通过各种渠道转移到水体环境中，进而通过物理、化学等迁移作用由液相转入固相，即从水中转移到底泥中。底泥中多环芳烃等在一定环境条件下也会通过物理、化学和生物过程释放到水中，对水体造成二次污染，所以底泥既是污染物的汇，也是潜在的污染源。由于掩蔽、覆盖等原位修复技术会增加底泥的量，减小水体环境的库容，并不适用于河流、湖泊和港口，因此目前对污染底泥的处理最常用的方法还是疏浚异位处理。然而，疏浚异位处理也存在一定的风险，当疏浚污染底泥处置失当时，可能对周围环境的地表水和地下水带来二次污染，如PAHs等难降解有机物也可以随食物链的不断迁移、转化和富集，最终通过消化道进入人体，进而威胁着人类的健康。因此，有必要对污染的疏浚底泥采取一定的修复措施，即异位修复。

目前污染底泥的异位修复方法主要包括：淋溶法、化学氧化法和氧化强化生物修复法。淋溶法是指利用各种化学和生物-化学复合淋洗药剂淋洗污染底泥，淋洗剂能够螯合、络合或者淋溶底泥中污染物。该方法修复成本较高，修复难度高，还需要处置携带污染物的淋洗液，且存在化学药剂带来二次污染的风险。化学氧化法是指利用各种氧化剂，如高锰酸盐、双氧水等，氧化底泥中的污染物，达到去除污染物的目的，该方法存在二次污染风险，操作繁琐，实施难度较高。氧化强化生物修复法是指在强化通风的条件下，促进外源菌种或者土著微生物的繁殖代谢，进而促进底泥中多环芳烃的降解。该方法由于需要布设通风管道和长时间强化充氧，能耗大，成本高，因此难以得到大规模实施。

因此开发成本低廉、操作简便、适合于工程应用的多环芳烃污染底泥处理技术，对防止疏浚底泥二次污染，改善河流水质和恢复水体功能多样性，保护环境生态和人体健康，有着重大的科研和实用意义。特别是利用工农业产生的废物对多环芳烃污染底泥进行修复，不仅一定程度上达到消纳工农业废物，更重要的是可以大幅度减少处理成本、显著提高处理工艺的经济性和实用性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于强化污染底泥中多环芳烃降解的污染底泥修复剂，本发明的另外一个目的是公开其制备和使用方法。该方法对多环芳烃污染底泥修复效果良好，具有处理成本低廉，操作简单，适合于大规模处置等优点。

为了达到上述目的，本发明根据矿化垃圾中含有的大量的微生物，特别是具有降解特性的厌氧微生物和兼性厌氧微生物，以及蘑菇渣中含有大量的残余营养物如糖类、有机酸类、生物活性物质和酶类等，可以为矿化垃圾中的降解性微生物提供丰富的营养物质，提高矿化垃圾微生物的繁殖能力和代谢活性，进而强化底泥中多环芳烃的降解。

本发明的矿化垃圾是指填埋场中经若干年降解后，基本上达到了稳定化状态的生活垃圾。其特性为：有机质含量较高，含有优良的生物种群和较高的细菌总数。而且矿化垃圾中还生存有数量庞大、种类繁多的微生物，由于其特殊的形成历程，该类微生物尤以多阶段降解性微生物为主。

蘑菇生产是世界上最大的固相发酵产业，而蘑菇渣是指栽培蘑菇以后剩下的固体废物。由于蘑菇渣中含有大量的残余营养物如糖类、有机酸类、生物活性物质和酶类等，可以为微生物的生长提供各种营养物质。

本发明修复剂的制备及利用修复剂强化污染底泥多环芳烃降解的方法包括如下步骤：

1.矿化垃圾经初筛去除杂物，再过1～5mm筛，得到矿化垃圾筛下物，含水率为13％～22％。

2.将矿化垃圾筛下物和切碎通过10mm筛的蘑菇渣按2∶1～5∶1质量比混合均匀，并加入为混合物质量25％的无机盐营养液NMS，调节含水率为45％～55％，培养3～7天，得到修复剂。疏浚底泥脱水后含水率为26％～32％，将修复剂与脱水后底泥以1∶5～1∶10质量比混合均匀。

3.将底泥与修复剂的混合物置于环境中进行自然堆置，堆放成堆高约为1.2m的条垛式堆体，无需强制通风，保持堆体的含水率为30％～32％。

与现有技术对比，本发明具有如下的优点和效果：

1.由于本发明的污染底泥修复剂使用原料为矿化垃圾和蘑菇渣，来源广泛，容易获得且为废物再利用，因此，污染底泥修复剂价格低廉；

2.由于本发明的修复方法不需要进行强制通风，在微氧或缺氧的条件下对底泥中多环芳烃进行强化降解，因此，处理费用低，操作方便，适合于大规模处理疏浚污染底泥；

3.本方法对多环芳烃含量为10～100mg/kg的污染底泥，去除率可达55％～90％，修复效果良好。

4.本发明利用污染底泥修复剂强化污染底泥中多环芳烃降解，既无二次污染风险，又能提高底泥的肥力，有利于污染底泥修复后的再利用。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

对取自A河段污染底泥进行简易脱水，其的基本性质如表1所示：

表1A河段污染底泥基本性质

1.污染底泥修复剂的制备

取填埋时长为10年的矿化垃圾，经过初筛去除杂物，再过1mm筛，得到粒径小于1mm的矿化垃圾筛下物，其含水率为17.7％。将栽培蘑菇后采摘掉蘑菇剩下的固体废物蘑菇渣切碎通过10mm筛，得到粒径为小于10mm蘑菇渣。将矿化垃圾筛下物和蘑菇渣以2∶1的质量比混合均匀，并添加混合物质量25％的无机盐营养液NMS，调节含水率为47％，培养3天，得到污染底泥修复剂。

上述无机盐营养液NMS配制：11g NH₄Cl，8g KH₂PO₄·2H₂O，3.21g K₂SO₄，1.9g MgSO₄，0.0616g ZnSO₄·7H₂O，0.0551g CuSO₄·5H₂O，0.395g H₃BO₃，用蒸馏水溶解并定容于1L，其中各试剂均为分析纯。

2.强化污染底泥中多环芳烃降解的方法

按脱水后污染底泥重量的20％将上面制得的污染底泥修复剂加入脱水污染底泥，搅拌均匀。将污染底泥和污染底泥修复剂的混合物，于环境中进行自然堆置，堆放成堆高为1.2m的条垛状堆体，无需强制通风，保持堆体的含水率为32％。经过60天自然堆置后，测定添加修复剂与未添加修复剂中污染底泥的脱氢酶活性(DHA)、多酚氧化酶活性(PPO)以及菲和蒽的降解率。

添加20％修复剂使污染底泥中脱氢酶活性(DHA)提高41倍，多酚氧化酶为未添加修复剂的1.2倍，即修复剂的加入提高了堆体中污染底泥的微生物活性。添加20％修复剂使60天内底泥中的菲的降解速率为未添加修复剂的4.3倍，达到73.1％。未添加修复剂底泥的蒽在60天内只降解了5.7％，而添加20％修复剂使底泥中蒽降解了84.4％，即修复剂的加入大幅度提高污染底泥中菲和蒽的降解。

其中脱氢酶活性采用TTC(2，3，5-氯化三苯基四氮唑)法进行测定，多酚氧化酶活性采用没食子素比色法测定，菲和蒽的浓度采用微波萃取-高效液相色谱法进行检测。

实施例2：

对取自B河段污染底泥进行简易脱水后，其的基本性质如表2所示：

表2B河段污染底泥基本性质

1.污染底泥修复剂的制备

取填埋时间为13年的矿化垃圾，经过初筛去除杂物，再过5mm筛，得到粒径小于5mm的含水率为16.3％的矿化垃圾筛下物。将栽培蘑菇后采摘掉蘑菇剩下的固体废物蘑菇渣切碎通过10mm筛，得到粒径为小于10mm蘑菇渣。将矿化垃圾筛下物和蘑菇渣以4∶1质量比混合均匀，并加入混合物质量25％的无机盐营养液NMS，调节含水率为45％，培养5天，得到污染底泥修复剂。其中无机盐营养液NMS的配制与实施例1相同。

2.强化污染底泥中多环芳烃降解的方法

按污染底泥重量的15％加入上面得到的污染底泥修复剂，搅拌均匀。将污染底泥和污染底泥修复剂的混合物，于环境中进行自然堆置，堆放成堆高为1.2m的条垛状堆体，过程中无需强制通风，保持堆体的含水率为30％。经过60天自然堆置后，测定添加修复剂与未添加修复剂中污染底泥的脱氢酶活性(DHA)、多酚氧化酶活性(PPO)以及菲和蒽的降解率。其中底泥中脱氢酶活性(DHA)、多酚氧化酶活性(PPO)以及菲和蒽的降解率的分析方法与实施例1相同。

添加15％修复剂使堆体中污染底泥的脱氢酶活性(DHA)提高33倍，多酚氧化酶为未添加修复剂的1.1倍，即修复剂的加入提高了堆体的微生物活性。添加15％修复剂使60天内底泥中的菲的降解速率为未添加修复剂的3.6倍，达到61.2％。未添加修复剂底泥的蒽在60天内只降解了6.9％，而添加15％修复剂使底泥中蒽降解了64.8％，即修复剂的加入强化污染底泥中菲和蒽的降解。

Claims

1.一种污染底泥修复剂，其特征在于，由2～5份质量的矿化垃圾和1份质量的蘑菇渣混合均匀组成的混合物，再加入混合物重量的25％的无机盐营养液NMS，并调节含水率为45％～55％，培养3～7天得到含有大量降解多环芳烃的微生物的污染底泥修复剂；

上述矿化垃圾为过1～5mm筛的矿化垃圾筛下物；

上述蘑菇渣为栽培蘑菇后采摘掉蘑菇剩下的固体废物，其粒径小于10mm；

所述的无机盐营养液NMS为：11g NH₄Cl，8g KH₂PO₄·2H₂O，3.21g K₂SO₄，1.9g MgSO₄，0.0616g ZnSO₄·7H₂O，0.0551g CuSO₄·5H₂O，0.395g H₃BO₃，用蒸馏水溶解并定容于1L。

2.一种如权利要求1所述的污染底泥修复剂的制备方法，其特征在于，先将矿化垃圾去除杂物后过1～5mm筛，得到含水率为13％～22％的矿化垃圾筛下物，将蘑菇渣切碎并过10mm筛，得到粒径小于10mm的蘑菇渣，然后称取矿化垃圾筛下物∶蘑菇渣＝2～5∶1质量比，混合均匀，加入无机盐营养液NMS，其加入量为混合物重量的25％，调节含水率为45％～55％，培养3～7天，制成污染底泥修复剂。

3.一种如权利要求1所述的污染底泥修复剂的使用方法，其特征在于，将污染底泥修复剂加入污染底泥中，其加入量按照污染底泥修复剂∶污染底泥＝1∶5～10质量比进行，混合均匀，再进行自然堆置，并保持堆体的含水率为30％～32％，经过60～80天，经检测污染底泥中的多环芳烃去除率可达55％～90％；

所述的污染底泥为脱水后含水率为26％～32％、多环芳烃浓度为10～100mg/kg的污染底泥，其中多环芳烃为菲、蒽。

4.根据权利要求3所述的一种污染底泥修复剂的使用方法，其特征在于，所述的自然堆置为无需强制通风，堆放成堆高约为1.2m的条垛式堆体。