CN107162367A

CN107162367A - 一种污染河流底泥净化胶囊

Info

Publication number: CN107162367A
Application number: CN201710464315.5A
Authority: CN
Inventors: 张文龙; 张杉雪; 李轶; 牛丽华; 熊维
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2017-09-15
Anticipated expiration: 2037-06-19
Also published as: CN107162367B

Abstract

本发明公开了一种污染河流底泥净化胶囊，净化胶囊包括外部壳层、内部壳层、复合絮凝剂和复合菌剂；外部壳层设置在内部壳层外，外部壳层与内部壳层之间填充复合絮凝剂，内部壳层中填充复合菌剂，复合菌剂中的菌种包含光合细菌、酵母菌、硝化菌、放线菌、假单孢菌。胶囊内外夹层的复合絮凝剂既可吸附降解河流水体底泥，也可为微生物菌剂提供初期生长条件，随着胶囊缓慢降解，内部菌剂逐渐变成优势菌，进一步实现底泥以及水质的净化，同时解决了常规无定形微生物菌剂效果欠佳，水体净化过程中载体需要回收的问题。

Description

一种污染河流底泥净化胶囊

技术领域

本发明涉及一种污染河流底泥净化胶囊，属于污染水体治理、河流微生物技术领域。

背景技术

随着经济的高速发展水环境污染日趋严重，水体污染不但加剧了水资源的短缺，同时对沿岸居民带来了极大的安全隐患，因此急需从根本上修复并净化河湖水体污染。当前河流修复技术主要有物理法如底泥疏浚、机械除藻、综合调水等；化学法絮凝沉淀、化学除藻等；生物生态法如微生物强化、河道曝气、生态疏浚、植物修复等。

化学法中的絮凝沉淀技术由于操作简便，原料易得成为了河流修复中较为广泛应用的技术之一，通过向河流水体投加化学絮凝剂将水体中各种细小悬浮物及胶体进行混凝沉降，能在短时间内大幅度削减污染物；絮凝剂一般分为无机絮凝剂和有机絮凝剂，其中无机絮凝剂由于铝、铁重金属的加入，长期使用会危害水生动植物的生存，会最终循环至饮用水中危害人体健康；有机絮凝剂中的合成高分子絮凝剂，如聚丙烯酰胺及其衍生物存在生物难降解性，会对河流水体产生二次污染，同时会引起水生生物致癌、致癌、致突变的危害。而天然有机高分子絮凝剂以淀粉、纤维素、壳聚糖、植物胶、蛋白质等安全无毒可再生的材料为原料，经过化学改性会获得良好的絮凝性能。

虽然现行的河流水体治理中，物理法、化学法所占比重较大，但这类方法不仅投资大、维护成本昂贵、而且难以达到长期治理效果，而生物生态法由于其可持续性及较低的费用得到了越来越多的重视和应用。

微生物强化技术是生物修复河流底泥中的常用的一种方法，其工作原理主要是利用人工培养、驯化后微生物菌群来降解和解吸收水体中的污染物质，从而达到净化水质的目的，该技术适用于各类受污染的水体。一般通过向水体或底泥中投加微生物菌剂来加速水中污染物的降解，从而达到净化水质的目的，所投加的菌剂可以由水体中的土著微生物或是外来微生物组成。微生物强化技术由于其低成本、高效性等优势，已经成为最具发展前景的对受污染的水体进行修复的生物生态方法。

然而，现有的微生物菌剂绝大多数存在以下问题：

1、大部分微生物缓释菌剂在投加之后极易随水体流动而削减，使得处理效率大大降低，常常需要进行二次补充接种；

2、大部分菌剂投入水体之后，会出现菌体由于不适应外部环境所产生的生长缓慢、甚至大量死亡的情况，在污染较为复杂的水体中难以发挥作用。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种污染河流底泥净化胶囊，操作简捷，能高效稳定净化、降解水体中污染底泥以及水体，具有强适应性、稳定性、高效性、价格低廉等优点，主要应用在污染河流水体治理领域、河流微生物领域。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种污染河流底泥净化胶囊，其特征在于：所述净化胶囊包括外部壳层、内部壳层、复合絮凝剂和复合菌剂；外部壳层设置在内部壳层外，外部壳层与内部壳层之间填充复合絮凝剂，内部壳层中填充复合菌剂，复合菌剂中的菌种包含光合细菌、酵母菌、硝化菌、放线菌、假单孢菌。

所述的污染河流底泥净化胶囊，其特征在于：所述外部壳层、内部壳层的材质均为可降解明胶。胶囊被投加入水体后在重力的作用下沉入水体底部，外层内层均由可降解的明胶材料组成，明胶缓慢吸水膨胀软化，首先溶解胶囊外壳，释放出夹层内部的复合絮凝剂进行沉降净化。

作为优选方案，所述的污染河流底泥净化胶囊，其特征在于：所述复合絮凝剂的原料组成为：膨润土30-45%、硅藻土10-20%、淀粉15-20%、壳聚糖10-15%，总量100%；所述百分比均为质量百分比。

所述复合絮凝剂的制备方法如下：膨润土和硅藻土经过粉碎、加热焙烤、干燥后得到粉末状纯土，淀粉和壳聚糖均选择粉末质地，将各物质与蒸馏水1：2混合置于恒温磁力机上充分搅拌并加热，温度控制在40-50℃，反应时间2h，烘干后得到复合絮凝剂。

进一步地，絮凝一段时间后，内部壳层逐渐溶解，将胶囊内部填充的复合菌剂释放，作为优选方案，所述复合菌剂中光合细菌、酵母菌、硝化菌、放线菌、假单孢菌的质量比例为2：4：2：1：1。

作为优选方案，所述的污染河流底泥净化胶囊，其特征在于：所述复合菌剂的制备方法如下：

步骤一：将光合细菌、酵母菌、硝化菌、放线菌、假单孢菌分别接种于固体培养基中进行活化，将各菌种分别划线接种于固体斜面培养基上25℃下培养24h，使微生物量达到1×10⁸～7×10⁸cells/g，分别得活化的光合细菌种子液、酵母菌种子液、硝化菌种子液、放线菌种子液、假单孢菌种子液；

步骤二：将活化的光合细菌种子液放置于透明密闭的容器内进行接种和扩大培养，接种量为20-50%，pH为7.5-8.5，温度为25-34℃，光照强度为3000Lx-4000Lx，培养48h后将菌种发酵培养并离心，干燥，获得粉末状光合细菌菌剂；

将得到的酵母菌种子液接种于容器内进行接种和扩大培养，接种量为 5-10%，pH 为7.0 -7.2，温度为30-32℃，采用静止发酵，发酵时间为48 -72h，发酵罐罐压为0.02-0.05MP，培养36h后将菌种发酵培养并离心，干燥，获得粉末状酵母菌菌剂；

将得到的硝化菌种子液接种于容器内进行接种和扩大培养，按接种量 5-10%，pH 为7.1，温度为20-30℃，好氧发酵，发酵通气率1：0.65 -1：0.8，发酵罐压力为0.04MP，培养36h后将菌种发酵培养并离心，干燥，获得粉末状硝化细菌菌剂；

将得到的放线菌种子液接种于敞开的容器内进行接种和扩大培养，接种量为20-50%，pH为7.5-8.0，温度为23-37℃，培养48h后将菌种发酵培养并离心，干燥，获得粉末状放线菌菌剂；

将得到的假单孢菌种子液接种于容器内进行接种和扩大培养，接种量为20-50%，pH为6.5-8.0，温度为30-35℃，光照强度为5000Lx-6000Lx，培养48h后将菌种发酵培养并离心，干燥，获得粉末状假单孢菌菌剂；

步骤三：然后按照比例将粉末状的光合细菌菌剂、酵母菌菌剂、硝化菌菌剂、放线菌菌剂、假单孢菌菌剂混合即得。

作为优选方案，所述固体培养基的各组成成分质量百分比为：牛肉膏0.5-1.0%、蛋白胨0.5-1.0%、琼脂5.5-10%、氯化钠1.0-2.0%，pH调节为7.2-7.4。

进一步地，各菌体在复合絮凝剂的协同作用下，高效稳定繁殖，最终实现水体的净化。

有益效果：本发明提供的污染河流底泥净化胶囊，该净化胶囊能高效稳定降解水体中污染的底泥，安全无毒、原料易得价格低廉；复合菌剂具有强适应性、稳定性、高效性等优点，强化了污染水体的自净能力。具有以下优点：

1、胶囊夹层的复合絮凝剂既可实现对污染底泥的絮凝降解，也可为内层复合微生物菌剂提供初期生长条件，随着胶囊缓慢降解，内部菌剂逐渐变成优势菌，进一步实现底泥以及水质的净化，同时解决了常规无定形微生物菌剂效果欠佳，水体净化过程中载体需要回收的问题，强化了污染水体的自净能力，从根源解决水体污染问题；

2、该胶囊解决了常规无定形微生物菌剂微生物大量流失，水体净化过程中载体需要回收的问题，无二次污染物产生，无需能量消耗，维护以及成本费用低；

3、菌体在水体及底泥中生长繁殖迅速且稳定，与土著微生物结合性强，能充分适应各类复杂污染水体和底泥，能加速对有机污染物的分解，净化效率高，效果持久，无需二次接种。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图中：外部壳层1、内部壳层2，复合絮凝剂3、复合菌剂4。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步地说明。

如图1所示，一种污染河流底泥净化胶囊，包括外部壳层1、内部壳层2，复合絮凝剂3、复合菌剂4。净化胶囊尺寸为2cm；胶囊内外两层均由可降解明胶构成，内外夹层填充复合絮凝剂，内部填充复合菌剂。胶囊外部壳层由可降解的明胶材料组成，明胶缓慢吸水膨胀软化，进而溶解释放胶囊夹层内的复合絮凝剂。

复合絮凝剂的原料组成为：膨润土30-45%、硅藻土10-20%、淀粉15-20%、壳聚糖10-15%。

复合菌剂中的菌种包含光合细菌、酵母菌、硝化菌、放线菌、假单孢菌，比例为2：4：2：1：1。

实施例1：

复合絮凝剂的原料组成：

主要成分为膨润土30-45%、硅藻土10-20%、淀粉15-20%、壳聚糖10-15%；膨润土和硅藻土需经过粉碎、加热焙烤、干燥后得到粉末状纯土，淀粉和壳聚糖均选择粉末质地，将各物质与蒸馏水1：2混合置于恒温磁力机上充分搅拌并加热，温度控制在40-50℃，反应时间2h，烘干后得到复合絮凝剂。

实施例2：

复合菌剂的制备方法：

步骤一，将光合细菌、酵母菌、硝化菌、放线菌、假单孢菌分别接种于固体培养基中进行活化，固体培养基的各组成成分比例为，牛肉膏0.5-1.0%、蛋白胨0.5-1.0%、琼脂5.5-10%、氯化钠1.0-2.0%，pH调节为7.2-7.4，将各菌种分别划线接种于固体斜面培养基上25℃下培养24h，使微生物量达到1×10⁸～7×10⁸cells/g。

步骤二，将上述活化的光合细菌种子液放置于透明密闭的容器内进行接种和扩大培养，接种量为20-50%，pH为7.5-8.5，温度为25-34℃，光照强度为3000Lx-4000Lx，培养48h后将菌种发酵培养并离心，干燥，获得粉末状光合细菌菌剂；将上述步骤得到的酵母菌种子液接种于容器内进行接种和扩大培养，接种量为 5-10%，pH 为7.0 -7.2，温度为30-32℃，采用静止发酵，发酵时间为48 -72h，发酵罐罐压为0.02-0.05MP，培养36h后将菌种发酵培养并离心，干燥，，获得粉末状酵母菌菌剂；将上述步骤得到的硝化菌种子液接种于容器内进行接种和扩大培养，按接种量 5-10%，pH 为7.1，温度为20-30℃，好氧发酵，发酵通气率1：0.65 -1：0.8，发酵罐压力为0.04MP，培养36h后将菌种发酵培养并离心，干燥，获得粉末状硝化细菌菌剂；将上述步骤得到的放线菌种子液接种于敞开的容器内进行接种和扩大培养，接种量为20-50%，pH为7.5-8.0，温度为23-37℃，培养48h后将菌种发酵培养并离心，干燥，获得粉末状放线菌菌剂；将上述步骤得到的假单孢菌种子液接种于容器内进行接种和扩大培养，接种量为20-50%，pH为6.5-8.0，温度为30-35℃，光照强度为5000Lx-6000Lx，培养48h后将菌种发酵培养并离心，干燥，获得粉末状假单孢菌菌剂。然后按照比例将粉末状的光合细菌菌剂、酵母菌菌剂、硝化菌菌剂、放线菌菌剂、假单孢菌菌剂混合即得复合菌剂。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种污染河流底泥净化胶囊，其特征在于：所述净化胶囊包括外部壳层、内部壳层、复合絮凝剂和复合菌剂；外部壳层设置在内部壳层外，外部壳层与内部壳层之间填充复合絮凝剂，内部壳层中填充复合菌剂，复合菌剂中的菌种包含光合细菌、酵母菌、硝化菌、放线菌、假单孢菌。

2.根据权利要求1所述的污染河流底泥净化胶囊，其特征在于：复合菌剂中光合细菌、酵母菌、硝化菌、放线菌、假单孢菌的质量比例为2：4：2：1：1。

3.根据权利要求1所述的污染河流底泥净化胶囊，其特征在于：所述外部壳层、内部壳层的材质均为可降解明胶。

4.根据权利要求1所述的污染河流底泥净化胶囊，其特征在于：所述复合絮凝剂的原料组成为：膨润土30-45%、硅藻土10-20%、淀粉15-20%、壳聚糖10-15%，总量100%；所述百分比均为质量百分比。

5.根据权利要求4所述的污染河流底泥净化胶囊，其特征在于，所述复合絮凝剂的制备方法如下：膨润土和硅藻土经过粉碎、加热焙烤、干燥后得到粉末状纯土，淀粉和壳聚糖均选择粉末质地，将各物质与蒸馏水1：2混合置于恒温磁力机上充分搅拌并加热，温度控制在40-50℃，反应时间2h，烘干后得到复合絮凝剂。

6.根据权利要求1所述的污染河流底泥净化胶囊，其特征在于：所述复合菌剂的制备方法如下：

7.根据权利要求6所述的污染河流底泥净化胶囊，其特征在于：所述固体培养基的各组成成分质量百分比为：牛肉膏0.5-1.0%、蛋白胨0.5-1.0%、琼脂5.5-10%、氯化钠1.0-2.0%，pH调节为7.2-7.4。