CN108101327A - 一种基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法。所述基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法包括如下步骤：S1：将火山石浸入活性污泥中进行微生物附载和挂膜，微生物负载和挂膜时间≥15天；S2：将完成生物负载和挂膜的火山石投入到黑臭水体的底泥中进行原位修复，投入量为每平方米0.1~2kg；S3：在所述黑臭水体底泥上方进行曝气，使水体的溶解氧浓度≥2mg/L。所述方法采用天然火山石进行生物负载和挂膜后可以很好的去除黑臭水体底泥的氨氮，处理黑臭水体堆积底泥，抑制恶臭物质的产生，使得水体及底泥无明显臭味。本方法所用材料天然易得，成本低廉，操作简单、具有稳定性好，适用范围广，无二次污染等优点。

Description

一种基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法
技术领域
本发明涉及水体污染底泥修复技术领域，具体地，涉及一种基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法。
背景技术
近年来，我国经济社会不断发展，水污染控制与治理措施相对滞后，污废水排放量不断增加，使得受纳水体污染严重。污染水体中化学需氧量（COD）、氮磷等污染物浓度超标，易引起水体富营养化，甚至出现季节性或终年水体黑臭现象。
黑臭水体污染主要分为外源和内源污染，内源污染主要来自于底泥，底泥是排入水体各种污染物的主要归属之一。底泥的修复分为异位疏浚和原位修复。疏浚对重金属和持久性有机污染物严重超标的底泥有立竿见影的效果，但耗资巨大、容易造成水质反复，对底栖生态环境破坏严重。与底泥的异位修复相比，底泥的原位修复投资较小，对土著微生物和生态环境较友好，不需另外的场所处置污染物。因此，底泥原位修复越来越得到认可。
底泥覆盖是底泥原位修复中被广泛应用的一种。常用的底泥覆盖材料有天然的沙子、方解石、石灰、麦饭石等常规材料，此类材料生物附载量较低、对氮的固化效果有限。改性粘土、零价铁等改性材料作为覆盖材料，对底泥中的氮磷及有机物有很好的控制作用，但此类材料往往粒径较小，不易用于复杂的水文条件中，否则易污染上覆水。因此，研究一种能有效修复黑臭水体污染底泥修复方法具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种黑臭水体污染底泥的原位修复方法，利用生物负载的火山石覆盖在底泥表面，实现污染物的减量减毒、抑制恶臭物质的产生、削减底泥量。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：
一种基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法，包括如下步骤：
S1：将火山石浸入城市生活污水的好氧池内进行生物附载和挂膜，微生物负载和挂膜时间≥15天；
S2：将完成生物负载和挂膜的火山石投入到黑臭水体的底泥中进行原位修复，投入量为每平方米0.1~2kg；
S3：在所述黑臭水体底泥上方进行曝气，使水体的溶解氧浓度≥2mg/L。
火山石是一种多孔石材，比表面积在120m2/g以上，孔隙率达40%以上的火山石为微生物和菌胶团提供了有力的生长条件，挂膜速度快。火山石中含有钠、镁、铝、硅、钙、钛、锰、铁、镍、钴和钼等几十种矿物质和微量元素，这些物质可作为活性物质与磷酸根进行离子交换和发生化学反应，对污染物有很强的吸附能力，而且火山石来源广泛，成本低廉，适合大规模应用和推广。通过曝气使黑臭水体溶解氧浓度≥2mg/L，为好氧菌创造有利的生长条件，随着水质条件的改善，水体中的溶解氧会逐步提高。
优选地，所述S1中活性污泥取自污水处理厂的好氧池。好氧池的污泥浓度为2.5-4g/L。
优选地，所述S1中活性污泥中含有硝化细菌和反硝化细菌。
更优选地，所述S1中活性污泥中含有不动杆菌、硝化杆菌、亚硝化螺菌、亚硝化单孢菌、产碱杆菌、假单胞菌、突柄杆菌、毛单胞菌、小梨形菌、发硫菌的一种或多种。
污水处理厂的活性污泥中的微生物群体构成了一个相对稳定的生态系统，活性污泥里的微生物发育良好、丰度大，且含有许多已驯化完毕能嗜食有机污染物的优势种群；以各种细菌及原生生物为主，也存在着真菌、放线菌、酵母菌以及轮虫等后生生物。载体在活性污泥中负载，能够提高其负载的速度，并能负载上嗜食有机污染物的优势种群。这些细菌微生物能有效地生物脱氮，有效降解有机物，从而消减底泥厚度，减少有机污泥产生的有毒物质和恶臭物质。
优选地，所述S1中火山石的粒径为0.5cm~4cm。
材料的尺寸不宜小于这个选材范围，否则复杂的水文条件扰动下，容易出现上浮或随水流流走。材料的尺寸不宜大于这个选材范围，否则易阻碍水流流动。
优选地，所述S1中微生物负载和挂膜时间为15~20天。挂膜时间的确定既要保证挂膜成功又要防止微生物膜的老化脱落，时间太短不能保证挂膜的效果，太长时间也会导致已有微生物膜的老化脱落。
优选地，所述S2中生物负载和挂膜火山石的投加量为每平方米0.3~0.5kg。
投加量过小，则火山石的覆盖面积太小及接种的活性物质量太小，不能达到很好的处理效果。投加量过大，则火山石可能对流水造成阻碍的影响，同时治理成本也大幅增加。
优选地，所述S3中曝气采用间歇式曝气，曝气时间为8~12h/天。
优选地，所述曝气为每千立方水设置一台功率为1.0~1.5kw的曝气机。
曝气的作用就是增加水体的溶解氧，被污染的黑臭水体的溶解氧低于0.5mg/L，通过曝气处理使其溶解氧浓度提高，溶解氧达到2mg/L以上。为了充分保证水体的溶解氧保持在2mg/L以上，同时也考虑处理的能效和成本，优选每天曝气8~12h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法，所述方法采用天然火山石进行生物负载和挂膜后可以很好的去除黑臭水体底泥的氨氮，处理黑臭水体堆积底泥，抑制恶臭物质的产生。多孔火山石不仅能为微生物和菌胶团提供了有利的生长条件，挂膜速度快，且含有与磷酸根进行离子交换和发生化学反应的活性物质，对污染物有很强的吸附能力。本方法所用材料天然易得，成本低廉，操作简单、具有稳定性好，适用范围广，无二次污染等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法，包括如下步骤：
S1：将半径为0.5cm~4cm的火山石浸入城市生活污水的好氧池内进行生物附载和挂膜，好氧池的污泥浓度为3.0g/L，好氧池中主要含有不动杆菌、硝化杆菌、亚硝化螺菌、亚硝化单孢菌、产碱杆菌、假单胞菌、突柄杆菌、毛单胞菌、小梨形菌、发硫菌等，生物负载时间15天；
S2：将完成生物附载和挂膜的火山石投入到黑臭水体的底泥缸中，缸的尺寸为100x100x100cm，泥深20cm，水深60cm，加入量为每平方米0.4kg；
S3：在所述黑臭水体底泥上方30cm进行间歇式曝气，保证水体溶解氧浓度≥2 mg/L，每天曝气10h。
运行该修复方法30天后，对修复水体的CODCr、总氮、氨氮含量以及微生物的丰度等指标进行检测，其中CODCr采用重铬酸钾法测试，总氮的方法测试为碱性过硫酸钾紫外分光光度法，氨氮的测试方法为纳氏试剂分光光度法，微生物菌的丰度的测试方法为变形梯度凝胶电泳法（DGGE）。具体结果见表1。
实施例2
一种基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法，包括如下步骤：
S1：将半径为0..5cm~4cm的火山石浸入城市生活污水的好氧池内进行生物附载和挂膜，好氧池的污泥浓度为4.0g/L，好氧池中主要含有不动杆菌、硝化杆菌、亚硝化螺菌、亚硝化单孢菌、产碱杆菌、假单胞菌、突柄杆菌、毛单胞菌、小梨形菌、发硫菌等，生物负载时间为15天；
S2：将完成生物附载和挂膜的火山石投入到黑臭水体的底泥缸中，缸的尺寸为100x100x100cm，泥深20cm，水深60cm，加入量为每平方米2kg；
S3：在所述黑臭水体底泥上方30cm进行曝气，保证水体溶解氧浓度≥2 mg/L采用间歇式曝气，每天曝气12h，每千立方水设置一台功率为1.0~1.5kw的曝气机。
运行该修复方法30天后，对修复水体的CODCr、总氮、氨氮含量以及微生物的丰度等指标进行检测，具体结果见表1。
实施例3
S1：将半径为0.5cm~4cm的火山石浸入城市生活污水的好氧池内进行生物附载和挂膜，好氧池的污泥浓度为2.5g/L，好氧池中主要含有不动杆菌、硝化杆菌、亚硝化螺菌、亚硝化单孢菌、产碱杆菌、假单胞菌、突柄杆菌、毛单胞菌、小梨形菌、发硫菌等，生物负载时间为20天；
S2：将完成生物附载和挂膜的火山石投入到黑臭水体的底泥缸中，缸的尺寸为100x100x100cm，泥深20cm，水深60cm，加入量为每平方米0.1kg；
S3：在所述黑臭水体底泥上方30cm进行间歇式曝气曝气，保证水体溶解氧浓度≥2 mg/L，每天曝气8 h。
运行该修复方法30天后，对修复水体的CODCr、总氮、氨氮含量以及微生物的丰度等指标进行检测，具体结果见表1。
对比例1
与实施例1基本相同，将粒径为0.5cm~4cm的火山石改为常见的天然沸石载体，天然沸石的孔隙率为25%。
对比例2
与实施例1基本相同，将粒径为0.5cm~4cm的火山石改为常见的细沙载体。
对比例3
与实施例1基本相同，粒径为0.5cm~4cm的火山石不经过S1微生物负载和挂膜处理。
对比例4
与实施例1基本相同，火山石的粒径为0.1~0.3cm。
各实施例和对比例的实验结果见表1。
从以上结果数据可以看出，半径为0.5cm~4cm的火山石相对于天然沸石和细沙等底泥覆盖材料可以显著提升细菌丰度，具有挂膜快，负载量大的优势。从底泥修复效果的各项指标也可以看出其优于对比例，采用半径为0.5cm~4cm的火山石生活污泥挂膜和生物负载处理可以达到很好的底泥修复处理效果。在《城市黑臭水体整治工作指南》中规定溶解氧浓度小于0.2mg/L为重度黑臭水体，0.2~ 2.0mg/L为轻度黑臭水体，各实施例的溶解氧浓度均大于2.0mg/L。
测定处理的不同时间段实施例和对比例的黑臭水体底泥中的微生物丰度，结果如表2。
表2细菌丰度提升（%）
从表2的数据也可以看出实施例中黑臭水体的微生物菌丰度的提升要明显高于对比例，说明采用采用本发明的基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法具有明显的微生物菌群生长优势，微生物丰度高，处理效果好。

Claims (7)

1.一种基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将火山石浸入活性污泥中进行微生物附载和挂膜，微生物负载和挂膜时间≥15天；
S2：将完成生物负载和挂膜的火山石投入到黑臭水体的底泥中进行原位修复，投入量为每平方米0.1~2kg；
S3：在所述黑臭水体底泥上方进行曝气，使水体的溶解氧浓度≥2mg/L。
2.如权利要求1所述基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法，其特征在于，所述S1中活性污泥取自污水处理厂的好氧池。
3.如权利要求1任一项所述基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法，其特征在于，所述S1中火山石粒径为0.5cm~4cm。
4.如权利要求1至3任一项所述基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法，其特征在于，所述S1中微生物负载和挂膜时间为15~20天。
5.如权利要求1任一所述基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法，其特征在于，所述S2中投入量为每平方米0.3~0.5kg。
6.如权利要求1所述基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法，其特征在于，所述S3中曝气采用间歇式曝气，曝气时间为8~12h/天。
7.如权利要求6所述基于火山石的黑臭水体污染底泥原位修复方法，其特征在于，所述S3中曝气为每千立方水设置一台功率为1.0~1.5kw的曝气机。
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