CN102674562A - 一种修复受污染水体和底泥的材料和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种修复受污染水体和底泥的材料和方法。具体的说，就是采用无毒无害的固体颗粒物，经过一定方式负载微生物后制得复合材料，用所述复合材料原位絮凝或吸附水体中的污染物并转移至底泥中，以达到对水体中污染物原位收集、浓缩并在底泥中快速降解的目的，复合材料沉降至底泥后还可对底泥中的污染物进行降解，改善水质底质环境。本发明可应用于富营养化或有机污染严重的浅水型湖泊、缓流河道、小型水库、湿地和池塘的综合修复中。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用微生物修复受污染水体和底泥的复合材料和方法。本发明属于水污染的生物修复领域。
背景技术
近年来，随着我国经济的发展，环境污染问题越来越严重，而水污染更是我国环境污染的突出问题，大量的农田径流、工业废水和生活污水排入湖泊和河道中，使水体污染严重，水质极其恶劣，一些河道甚至完全沦为纳污河，完全丧失了水体自净能力，从而发黑发臭，严重影响了城市的美化和人们的生活。而小型水库、湿地和池塘同样经受着工农业点、面源污染，富营养化和有机污染严重，这些受污染的水体和底泥亟待治理。
目前，国内外科学家们为修复富营养化和有机污染严重的水体和底泥做出了巨大努力，提出的方法主要包括截污、底泥疏浚、生物接触氧化法和人工生态修复等。截污主要是通过从源头减少进入水体的污染物来达到治理的目的，但此方法收效周期长，且难以控制农村面源污染。
污染水体中的底泥中通常积累了大量污染物并会释放到水体中，加剧水体的污染程度。底泥疏浚主要是通过人工机械方式清除污染水体中淤积的底泥，以达到去除底泥中污染物质、增大水体环境容量的目的，但该法需消耗大量的人力、物力及财力，对水体生态系统扰动较大，无法有效利用底泥中的有益微生物，且清理出来的底泥易造成二次污染。
生物接触氧化法是在生物接触氧化池内装填一定数量的填料，利用栖附在填料上的生物膜和充分供应的氧气，通过生物氧化作用氧化分解污水中的有机物，达到净化水体的目的。但此方法成本高，且填料上附着的生物膜容易出现堵塞现象，从而不利于污水的净化。
人工生态修复是在水中恢复大型水生高等植物，通过水生高等植物对水体污染物的吸收和为根系微生物创造良好的栖息场所加速水体中污染物的净化，但重污染水体中高浓度的污染物质对水生植物具有毒害作用，使其难以成活。
利用微生物原位修复受污染水体和底泥是环保领域新近发展起来的一项技术，其利用各种微生物对污染物的吸收、转化、清除或降解作用来实现水体的净化，无需将受污染的水体和底泥引出，可对受污染水体和底泥进行原位处理，减少了治理成本和二次污染，前景较好。公开号为CN 101224940A的发明专利公开了一种河道底泥原位修复方法，将土著微生物液、生物促生液和生物解毒液按一定重量比混合后采用高压喷枪或注射的方法注入河道底泥底部，从而建立河道好氧自净生态系统。授权公告号为CN 100534929C的发明专利公开了一种采用复合酶生物促进剂对污染水体进行原位生物修复的方法，将储液罐内的复合酶生物促进剂稀释液经喷射头投加到水体中，通过恢复水体的自净能力来治理污水。这些修复方法虽然能够对污水和底泥进行原位修复，但需要添加生物促生液、生物解毒液、复合酶促进剂等，不仅提高了治理成本，还存在水质安全等隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种可以快速、安全、高效修复受污染水体和底泥的材料和方法，具体的说，就是采用无毒无害的固体颗粒物，经过一定方式负载微生物后制得复合材料，用所述复合材料原位絮凝或吸附水体中的污染物并转移至底泥中，以达到对水体中污染物原位收集、浓缩并在底泥中快速降解的目的。
所述的复合材料为负载有微生物的固液两相材料，其中固体材料可以是土壤或粘土类固体颗粒物，经过一定方式负载微生物后制得，并可针对目标污染物的种类和浓度对固体颗粒物的浓度及负载的微生物种类和密度进行调控，所述固体颗粒物上负载的微生物密度在105～1010个/g之间。
所述的受污染水体包括富营养化或有机污染严重的浅水型湖泊、缓流河道、小型水库、湿地和池塘。
所述的固体颗粒物可以是当地的土壤颗粒物，也可以是多孔的、比表面积大的粘土或矿物，如沸石、硅藻土、膨润土、高岭土、海泡石、蒙脱土中的一种或几种。
所述的负载微生物的一定方式可以是通过土壤或固体颗粒对微生物的吸附作用直接负载微生物，也可以是先对固体颗粒物表面进行改性，然后再负载固定微生物。
所述的微生物为经过筛选和富集的土著微生物，可以是光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌、溶藻菌、藻毒素降解菌、有机农药类降解菌、染料类降解菌和多氯联苯降解菌中的一种或几种。
所述的复合材料可以单独使用，也可以与壳聚糖及其衍生物改性的沙土材料混合使用以提升絮凝和吸附效果。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用前述复合材料修复受污染水体和底泥的方法。包括通过机械方法将前述复合材料播撒或喷射到湖面，所述复合材料能快速絮凝和吸附水体中污染物并提高水体透明度，此后，沉降于底泥上的复合材料还能对污染底泥进行快速高效修复。由此，可通过对污染物的原位富集、转移和高效降解，降低内源污染负荷，修复受污染水体和底泥。
具体实施方式
下面通过具体实施例详细介绍本发明。
实施例1：藻毒素污染水体和底泥修复实验
首先制备负载藻毒素降解菌复合材料：用5％盐酸浸泡20g硅藻土2h，蒸馏水水洗至中性，然后用5％氢氧化钠浸泡硅藻土2h，蒸馏水水洗至中性，将洗至中性的硅藻土加入到500ml藻毒素降解优势菌菌悬液中，于水浴振荡器内，在30℃下，以100r/min的振荡速度反应2h，然后静置10min，待沉降完全后倒出上清液，用生理盐水洗涤沉淀物三次，以洗脱未牢固吸附的藻毒素降解优势菌，所制得的固体材料上负载的微生物密度在4×106个/g。
然后制备负载藻毒素降解菌的改性土壤复合材料：采用过180目筛的5g太湖岸边土壤，加入到500ml0.5％的醋酸溶液中，再加入0.5g天然高分子聚合物壳聚糖，搅拌均匀制成悬浆，然后与前述的负载藻毒素降解菌材料按照1∶1的体积比混合，从而制得负载藻毒素降解菌的改性土壤复合材料。
用负载藻毒素降解菌的改性土壤复合材料进行藻毒素污染水体和底泥修复：在1m3生态模拟水箱中加入藻毒素污染水体和底泥，底泥厚10cm，水深70cm，向水箱中添加500mL制得的复合材料。在实验开始前、开始后30min、1d、3d和5d后测水体和底泥中的MC-RR和MC-LR，结果见表1。
表1
实施例2：富营养化水体和底泥修复实验
首先制备负载光合细菌和硝化细菌的复合材料：用5％盐酸浸泡20g无锡太湖十八湾沿岸的清洁土壤2h，蒸馏水水洗至中性，然后用5％氢氧化钠浸泡土壤2h，蒸馏水水洗至中性，将洗至中性的土壤加入到500ml菌悬液(250ml光合细菌菌悬液和250ml硝化细菌菌悬液混合而成)中，于水浴振荡器内，在30℃下，以100r/min的振荡速度反应2h，然后静置10min，待沉降完全后倒出上清液，用生理盐水洗涤沉淀物三次，以洗脱未牢固吸附的光合细菌和硝化细菌，所制得的固体材料上负载的微生物密度在3×109个/g。
然后制备负载光合细菌和硝化细菌的改性土壤复合材料：采用过180目筛的5g太湖岸边土壤，加入到500ml0.5％的醋酸溶液中，再加入0.5g天然高分子聚合物壳聚糖，搅拌均匀制成悬浆，然后与前述的负载光合细菌和硝化细菌的复合材料按照1∶1的体积比混合，从而制得负载光合细菌和硝化细菌的改性土壤复合材料。
用负载光合细菌和硝化细菌的改性土壤复合材料进行富营养化水体和底泥修复实验，在1m3生态模拟水箱中加入富营养化水体和底泥，底泥厚10cm，水深70cm，向水箱中添加500mL制得的复合材料。在实验开始前、开始后30min、1d、3d和5d后测水体和底泥中的TOC、TN和TP，结果见表2。
表2
Claims (8)
1.一种修复受污染水体和底泥的材料和方法，其特征在于采用无毒无害的固体颗粒物，经过一定方式负载微生物后制得复合材料，用所述复合材料原位絮凝或吸附水体中的污染物并转移至底泥中，以达到对水体中污染物原位收集、浓缩并在底泥中快速降解的目的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的复合材料为负载有微生物的固液两相材料，其中固体材料可以是土壤或粘土类固体颗粒物，经过一定方式负载微生物后制得，并可针对目标污染物的种类和浓度对固体颗粒物的浓度及负载的微生物种类和密度进行调控，所述固体颗粒物上负载的微生物密度在105～1010个/g之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的受污染水体包括富营养化或有机污染严重的浅水型湖泊、缓流河道、小型水库、湿地和池塘。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的固体颗粒物可以是当地的土壤颗粒物，也可以是多孔的、比表面积大的粘土或矿物，如沸石、硅藻土、膨润土、高岭土、海泡石、蒙脱土中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的负载微生物的一定方式可以是通过土壤或固体颗粒对微生物的吸附作用直接负载微生物，也可以是先对固体颗粒物表面进行改性，然后再负载固定微生物。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的微生物为经过筛选和富集的土著微生物，可以是光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌、溶藻菌、藻毒素降解菌、有机农药类降解菌、染料类降解菌和多氯联苯降解菌中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，可以单独使用，也可以与壳聚糖及其衍生物改性的沙土材料混合使用以提升絮凝和吸附效果。
8.权利要求1所述的复合材料的使用方法，包括通过机械方法将前述复合材料播撒或喷射到湖面，前述复合材料能快速絮凝和吸附水体中污染物并提高水体透明度，此后，沉降于底泥上的复合材料能对污染底泥进行快速高效修复，降低内源污染负荷。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120919 |