CN106967642A - 一种基于复合光合细菌制剂的水体修复方法 - Google Patents

一种基于复合光合细菌制剂的水体修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于复合光合细菌制剂的水体修复方法。该水体修复方法包括如下步骤：采用污水处理剂预处理待修复水体；向所述待修复水体中投放复合光合细菌制剂，进行生物处理直至所述待修复水体符合水质要求；所述复合光合细菌制剂由所述复合光合菌剂在培养液中培养得到；所述培养液中，所述沼泽红假单胞菌、所述荚膜红假单胞菌和所述球形红假单胞菌的初始浓度分别为800～1000cfu/mL、600～1000cfu/mL和500～800cfu/mL。本发明采用物理方法(污水处理剂)对条件恶劣的污水进行改善，以改造成可适合菌类对污水进行处理的水条件，再通过生物法治理达到目标水质。最后通过设置水生植物和水生动物辅助治理，达到河流和湖泊水环境改善的目标。

Description

一种基于复合光合细菌制剂的水体修复方法
技术领域
本发明涉及一种基于复合光合细菌制剂的水体修复方法，属于环境生物领域。
背景技术
近年来，随着经济的快速发展和城市化进程的日益加快，城市规模和城市人口快速扩张。由此导致大量未经处理的、含有大量营养物质的生活污水和工业污水排入河流、湖泊等开放性水域，大大超过了这些开放性水域的自我修复和净化能力。当污染达到并超过一定程度后，会造成水体的富营养化，这种富营养化会使对污染具有高耐受能力的微囊藻、水华束丝藻和鱼腥藻等快速生长，并转化为“水华”，最终导致开放性水域中的生物死亡，使得水体出现发黑、发臭现象。
为解决上述问题，目前采用了多种方法，主要包括：物理法、化学法和生物法。物理法主要是采用浮式围栏和机械清除等方式，这种方法在一定时间内可以改善水华的发生，但由于没有切断蓝藻爆发的物质基础，因此往往是治标不治本。而化学法主要是指采用化学灭藻剂来控制蓝藻的爆发，虽然可以取得短时的效果，但存在易复发和水体的二次污染问题，不易大规模采用。相对上述两种方法而言，生物法是目前治理水华的发展方向，但是生物法采用的菌类处理污水的能力往往受限于污水的环境条件，在恶劣的水环境中，菌类处理污染物的能力有限。
发明内容
本发明的目的是克服现有治理河流和湖泊生物法的不足，提供一种基于复合光合细菌制剂的水体修复方法，是基于复合光合细菌的水体修复技术对受污染河流和湖泊进行治理，达到对受污染水体中有机污染物的分解，促进水域生态平衡，且消减底部淤泥的方法。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
本发明首先提供一种复合光合菌剂，为沼泽红假单胞菌、荚膜红假单胞菌和球形红假单胞菌的复合细菌。
本发明还提供了一种复合光合细菌制剂，由所述复合光合菌剂在培养液中培养得到；
所述培养液的组成如下，均为质量份：
乙酸钠2～8；
碳酸氢钠0.5～2；
氯化铵0.5～2；
磷酸氢二钾0.2～0.8；
氯化镁0.1～0.3；
氯化亚铁-EDTA 0.001～0.01；
氯化钠4～9；
磁性纳米颗粒0.01～1；
水900～1100。
所述培养液的组成具体如下，均为质量份：
乙酸钠3；
碳酸氢钠2；
氯化铵1；
磷酸氢二钾0.4；
氯化镁0.2；
氯化亚铁-EDTA 0.009；
氯化钠5；
磁性纳米颗粒0.01；
水980。
所述培养液中，所述复合光合菌剂的初始浓度如下：
沼泽红假单胞菌800～1000cfu/mL；
荚膜红假单胞菌600～1000cfu/mL
球形红假单胞菌500～800cfu/mL。
上述的复合光合细菌制剂中，所述磁性纳米颗粒的粒径可为100～800nm；
所述磁性纳米颗粒具体可为多聚赖氨酸修饰的四氧化三铁纳米颗粒或聚乙二醇-四氧化三铁纳米复合物(聚乙二醇分子量200～2万Da)；
所述培养条件如下：
pH值为7.0～7.6，具体可为7.0；
温度为25～35℃，具体可为30℃；
光照强度为2000～5000Lx，具体可为2000Lx；
培养时间为1～10天，具体可为3天。
基于所述复合光合细菌制剂，本发明进一步提供了一种污染水体的修复方法，包括如下步骤：
采用污水处理剂预处理待修复水体；向所述待修复水体中投放所述复合光合细菌制剂，进行生物处理直至所述待修复水体符合水质要求。
本发明所述污染水体指的是河流、湖泊或垃圾渗滤液。
上述的修复方法中，所述复合光合细菌制剂的投放浓度可为1ppm～30ppm，指的是体积浓度，所述复合光合细菌制剂的投放量和频率与水温、阳光强度成反比，与污染程度、治理期限成正比。
上述的修复方法中，经所述预处理后，所述待修复水体的污染指标如下，即达到适用于所述生物处理的要求：
化学需氧量≤120mg/L；
生化需氧量≤50mg/L；
总磷≤10mg/L；
总氮≤10mg/L。
上述的修复方法中，所述污水处理剂的添加量可为10～1000克/吨所述待修复水体。
上述的修复方法中，所述污水处理剂可为两性金属盐、两性金属盐的聚合物、阴离子高分子聚合物和pH调节剂中至少一种；
所述两性金属盐可为下述金属元素的氯化盐、硫酸盐和硅酸盐中至少一种：铁、铝和镁；
所述两性金属盐的聚合物可为下述金属元素的聚合氯化物、聚合硫酸物和聚合硅酸盐中至少一种：铁和铝；
所述两性金属盐的聚合物中所述金属元素的质量分数以其氧化物计可为15％～60％；
所述阴离子高分子聚合物的数均分子量可为100万～3000万；
所述阴离子高分子聚合物选自阴离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠和两性聚丙烯酰胺中至少一种；
所述pH调节剂选自氧化钙、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、丙二酸、乙二酸、己二酸和对苯二甲酸中至少一种。
上述的修复方法中，所述污水处理剂中，所述两性金属盐、所述两性金属盐聚合物、上述阴离子高分子聚合物与所述pH调节剂的质量比可为1：0.1～10：0.01～5：0.01～2。优选1：0.1：0.01：0.05。
上述的修复方法中，所述修复方法包括至少1次所述生物处理，即首次进行所述生物处理，之后检测水体的污染指标，如不符合水质要求，则第二次进行所述生物处理，之后再检测水体的污染指标，如还不符合水质要求，则第三次进行所述生物指标，如此循环，直至水体符合水质要求。
上述的修复方法中，所述生物处理步骤之后，所述方法还包括向所述待修复水体中投放水生植物和/或鱼类的步骤。
上述的修复方法中，所述鱼类的投放密度为30～60g/m3；
所述鱼类选自鲢鱼、鲫鱼和鳙鱼中的至少一种，可在所述生物处理结束后15天或30天后投放所述鱼类。
上述的修复方法中，所述水生植物选自宽叶香蒲、芦苇、苦草、凤眼莲、软水草和狐尾草中至少一种，可在所述生物处理结束之后2～3后种植所述水生植物。
本发明采用物理方法(污水处理剂)对条件恶劣的污水进行改善，以改造成可适合菌类对污水进行处理的水条件，再通过生物法治理达到目标水质。最后通过设置水生植物和水生动物辅助治理，达到河流和湖泊水环境改善的目标。
本发明的优点在于：
(1)通过预处理步骤，改善受污染水体环境，以达到适合光合细菌治理污水的水体指标。
(2)同步净水及清除淤泥、除臭。能在水体污染治理的同时，协同清除受污染的淤泥，去除水体发黑发臭的现象。减少清淤的工作量。
(3)光合细菌培养过程中添加磁性纳米颗粒，可显著提高光合细菌的生长速度3～5倍。
(4)处理效率高。
1)快速减少水体COD、BOD、SS；
2)快速清除水体中的富营养物质，主要是指氮磷硫等成分；
3)对受污染水体，30天内可清除臭味，2～3个月内可将劣五类水质治理为四类水；
4)可对特定浓度下的重金属离子，如：Cu2+、Ni2+、Cd2+等具有清除作用；
5)对苯类化合物具有清除能力；
6)辅助处理可建立完整水生态，达到对河流湖泊治理的效果；
7)操作简单、成本低廉。
附图说明
图1为本发明方法对湖泊水体修复实施例2的CODMn变化曲线表；
图2为本发明方法对湖泊水体修复实施例2的总氮变化曲线表；
图3为本发明方法对湖泊水体修复实施例2的总磷变化曲线表；
图4为本发明方法对河流水体修复实施例3的CODMN变化曲线表；
图5为本发明方法对湖泊水体修复实施例3的总氮变化曲线表；
图6为本发明方法对湖泊水体修复实施例3的总磷变化曲线表。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。本发明中化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总氮量和总磷量为主要检测指标，COD的测定采用GB 11914-89的方法，BOD的测定采用HJ 505-2009的方法；总氮的测定采用CJ/T 51-2004(28.1)；总磷的测定采用GB11894-89的方法，。
实施例1、复合光合细菌制剂的制备
将复合光合菌剂(购自苏州北纳创联生物技术有限公司的沼泽红假单胞菌、荚膜红假单胞菌和球形红假单胞菌)组分混匀后调节pH值为7后于温度为30℃、光照强度为2000Lx的条件下在培养液中培养3天即得到复合光合细菌制剂，其中，培养液中沼泽红假单胞菌、荚膜红假单胞菌和球形红假单胞菌的初始浓度分别为：900cfu/mL、800cfu/mL和600cfu/mL。
采用的培养液的组成为，均为质量份：
乙酸钠3、碳酸氢钠2、氯化铵1、磷酸氢二钾0.4、氯化镁0.2、氯化亚铁-EDTA0.009、氯化钠5、羧基化四氧化三铁纳米颗粒(多聚赖氨酸修饰，粒径为600nm)0.1和水980。
本发明复合光合细菌制剂对重金属离子的清除作用：配制水溶液，其中Cu2+、Ni2+和Cd2+的浓度均为200ppm，加入本实施例制备的复合光合细菌制剂，处理15天后，各金属离子浓度均降至0.1ppm以下。
本发明复合光合细菌制剂对苯类化合物的清除能力：配制水溶液，其中苯酚的浓度为700mg/L，加入本实施例制备的复合光合细菌制剂，处理12天后，苯酚含量降至1ppm以下。
实施例2、某景观湖的治理
目标水域面积1.5平方公里，库容量300万立方米。初步检测结果，水质总体评价为劣五类，水体发臭，蓝藻已经爆发。
水质检测结果如表1所示：
表1水质检测结果
向水体中喷洒聚合氯化铝(其中铝的质量分数以氧化铝计为25％)10g/立方米，喷洒后6小时测量水体指标COD、BOD(生化需氧量)、总磷和总氮水平，如表2所示。
表2监测结果
根据检测指标，向目标水体中投加复合光合细菌制剂，第一次投放光合细菌制剂3ppm(体积)，10吨，以后每隔1周分别投放20吨((第一周)和30吨(第二周)，15天后检测水质。
添加复合光合细菌制剂后，水质的CODMn变化曲线如图1所示，总氮变化曲线如图2所示，总磷变化曲线如图3所示。
2周后水质指标如表3所示。
表3水质监测结果
根据水质，每隔一周投放20吨复合光合细菌制剂，连续投放3周。
4周后，水质情况如表4所示。
表4水质监测结果
每隔一周再投放：20吨(第一周)30吨(第二周)，30吨(第三周)。
水质指标如表5所示。
表5水质监测结果
然后向该水域投放10万斤鲢鱼。同时每隔10天，向目标水域投放复合光合细菌制剂10吨。3个月后，向该水域中设置水生植物，宽叶香蒲、芦苇、苦草等。检测该湖水质得到明显改善，如表6所示。
表6水质监测结果
实施例3、某河流的治理
目标水域面积1.2平方公里，库容量100万立方米。初步检测结果，水质总体评价为劣五类，水体发臭，蓝藻已经爆发。
水质检测结果如表7所示：
表7水质检测结果
向水体中喷洒聚合硅酸铝铁(其中铝的质量分数以氧化铝计为16％)25g/立方米，喷洒后6小时测量水体指标COD、BOD、总磷和总氮水平，如表8所示。
表8水质监测结果
根据检测指标，向目标水体中投加复合光合细菌，第一次投放光合细菌制剂5ppm(体积)，15吨，以后每隔1周分别投放25吨(第一周)和40吨(第二周)，15天后检测水质。
添加复合光合细菌制剂后，水质的CODMn变化曲线如图4所示，总氮变化曲线如图5所示，总磷变化曲线如图6所示。
2周后水质指标如表9所示。
表9水质监测结果
根据水质，每隔一周投放20吨复合光合细菌制剂，连续投放3周。
4周后，水质情况如表10所示。
表10水质监测结果
每隔一周再投放20吨(第一周)、30吨(第二周)和30吨(第三周)。
水质指标如表11所示。
表11水质监测结果

Claims (10)

1.一种复合光合菌剂，为沼泽红假单胞菌、荚膜红假单胞菌和球形红假单胞菌的复合细菌。
2.一种复合光合细菌制剂，其由所述复合光合菌剂在培养液中培养得到；
所述培养液的组成如下，均为质量份：
乙酸钠2～8；
碳酸氢钠0.5～2；
氯化铵0.5～2；
磷酸氢二钾0.2～0.8；
氯化镁0.1～0.3；
氯化亚铁-EDTA 0.001～0.01；
氯化钠4～9；
磁性纳米颗粒0.01～1；
水900～1100；
所述培养液中，所述沼泽红假单胞菌、所述荚膜红假单胞菌和所述球形红假单胞菌的初始浓度分别为800～1000cfu/mL、600～1000cfu/mL和500～800cfu/mL。
3.根据权利要求2所述的复合光合细菌制剂，其特征在于：所述磁性纳米颗粒的粒径为100～800nm；
所述培养条件如下：
pH值为7.2～7.6；
温度为25～35℃；
光照强度为2000～5000Lx；
培养时间为1～10。
4.一种污染水体的修复方法，包括如下步骤：
采用污水处理剂预处理待修复水体；向所述待修复水体中投放权利要求2所述复合光合细菌制剂，进行生物处理直至所述待修复水体符合水质要求。
5.根据权利要求4所述的修复方法，其特征在于：所述复合光合细菌制剂的投放量为1ppm～30ppm。
6.根据权利要求4或5所述的修复方法，其特征在于：经所述预处理后，所述待修复水体的污染指标如下：
化学需氧量≤120mg/L；
生化需氧量≤50mg/L；
总磷≤10mg/L；
总氮≤10mg/L。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的修复方法，其特征在于：所述污水处理剂的添加量为10～1000克/吨所述待修复水体。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的修复方法，其特征在于：所述污水处理剂为两性金属盐、两性金属盐的聚合物、阴离子高分子聚合物和pH调节剂中至少一种；
所述两性金属盐为下述金属元素的氯化盐、硫酸盐和硅酸盐中至少一种：铁、铝和镁；
所述两性金属盐的聚合物为下述金属元素的聚合氯化物、聚合硫酸物和聚合硅酸盐中至少一种：铁和铝；
所述两性金属盐的聚合物中所述金属元素的质量分数以其氧化物计为15％～60％；
所述阴离子高分子聚合物的数均分子量为100万～3000万；
所述阴离子高分子聚合物选自阴离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠和两性聚丙烯酰胺中至少一种；
所述pH调节剂选自氧化钙、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、丙二酸、乙二酸、己二酸和对苯二甲酸中至少一种。
9.根据权利要求8所述的修复方法，其特征在于：所述污水处理剂中，所述两性金属盐、所述两性金属盐聚合物、上述阴离子高分子聚合物与所述pH调节剂的质量比为1：0.1～10：0.01～5：0.01～2；
所述生物处理步骤之后，所述方法还包括向所述待修复水体中投放水生植物和/或鱼类的步骤。
10.权利要求1复合光合细菌或权利要求2或3所述复合光合细菌制剂在修复水体中的应用。
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