CN108977378A - 黑臭河道底泥处理的微生物制剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污染治理领域,公开了黑臭河道底泥处理的微生物制剂,由CQ1、CQ2和CQ3按照体积比为1~3:1~3:1混合制成,CQ1为枯草芽孢杆菌、金黄色杆菌属、不动杆菌属、嗜冷杆菌、假单胞菌属菌株按照等体积比混合而成的混合菌剂;CQ2为弓形菌属、不动杆菌属、希瓦氏菌属菌株按照等体积比混合而成的混合菌剂;CQ3为气单胞菌属、罗尔斯通氏菌属、罗尔斯通氏菌属菌株按照等体积比混合而成的混合菌剂。本发明解决了传统化学药剂会破坏河流、湖泊原有的生物种群结构和生境,削弱其自净功能,对生态修复带来负面影响,易造成二次污染且治标不治本的问题。
Description
技术领域
本发明涉及污染治理领域,具体涉及黑臭河道底泥处理的微生物制剂。
背景技术
黑臭河道是指河道内理化环境表现为强还原性质,有机、无机污染极其严重,水体有异味,已经不适合水生生物生存,水生植被退化甚至灭绝,浮游植物、浮游动物、底栖动物只有少量耐污种存在。目前河道黑臭是我国城市河网的普遍现象。由于社会经济发展,大量未经有效处理的工业废水、生活污水排入城市河道、湖泊等,造成水环境污染,河道黑臭和河湖富营养化是我国城市水环境普遍现象。据调查,在监测的138个流经城市河段中,符合Ⅱ、Ⅲ类水质标准的仅占23%,符合Ⅳ类水质标准的占19%,符合Ⅴ类水质标准20%,超Ⅴ类标准的占38%;90%流经城市河段水体不符合饮用水水源标准;75%的城市湖泊水域富营养化;50%的城市地下水受到严重污染。城市水环境是城市生态系统的重要要素,其治理对改善城市景观,提高城市竞争力、维护公众的健康等具有特别重要的意义。
底泥是河道生态系统的重要组成部分,底泥主要由无机矿物、有机物和流动相组成。底泥的化学组成和生物区系共同组成底泥生态,决定上覆水体水质;底泥的缓冲能力决定了水质的稳定性,也决定了上覆水体藻类的稳定性;底泥的微生物活性决定了河道有机物污染分解速度,从而决定了河道水体的净化能力。
底泥中生存大量生物,主要是藻类、底栖无脊椎动物和细菌。在洁净好氧河道中,底泥是分解污染物的“库”;提供上覆水体无机营养盐的“源”。在富营养水体中,底泥中积累的污染物可向河道释放,又成为加剧河道污染的“源”。因此,城市黑臭河道的治理关键在于底泥的治理。目前我国城市黑臭河道治理主要采用直接向水里添加化学药剂和曝气等措施。但是在黑臭河道中长时间添加化学药剂会破坏河流、湖泊原有的生物种群结构和生境,削弱其自净功能,对生态修复带来负面影响,易造成二次污染且治标不治本。
发明内容
本发明意在提供黑臭河道底泥处理的微生物制剂,以解决传统化学药剂会破坏河流、湖泊原有的生物种群结构和生境,削弱其自净功能,对生态修复带来负面影响,易造成二次污染且治标不治本的问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案如下:黑臭河道底泥处理的微生物制剂,由CQ1、CQ2和CQ3按照体积比为1~3:1~3:1混合制成,CQ1为枯草芽孢杆菌、金黄色杆菌属、不动杆菌属、嗜冷杆菌、假单胞菌属菌株按照等体积比混合而成的混合菌剂;CQ2为弓形菌属、不动杆菌属、希瓦氏菌属菌株按照等体积比混合而成的混合菌剂;CQ3为气单胞菌属、罗尔斯通氏菌属、罗尔斯通氏菌属菌株按照等体积比混合而成的混合菌剂。
本技术方案的原理及有益效果在于:本技术方案中从已筛选出的对黑臭水体具有净化作用的12株细菌(如下表1所示),进一步分离出对COD有很高的降解效果的1、2、3、4、5、7号菌株,降解率约为69%;对氨氮有较强的降解能力的6、8、9号菌株,降解率约为32%;对TP有较强的降解能力的10、11、12号菌株,降解率约为64%。菌株的趋氧性结果显示1、2、5、6、7、8、11号菌株为好氧菌,3、4、9、10、12号菌株为兼氧菌。本发明通过将上述菌株进行复配,增大了菌株对河道黑臭水体的净化效果,实现底泥中COD、氨氮、总磷等污染物的有效削减,且通过好氧菌与兼氧菌的配合,使得本技术方案中的微生物制剂对富氧环境的水体和缺氧环境的河道底泥均能起到净化作用。且本发明所用的微生物制剂中的菌株可恢复生态系统微生物种群,增强水体的其自净功能,不会造成二次污染,具有高效持久的优点。
表1对黑臭水体具有净化作用的菌株一览表
进一步,微生物制剂中CQ1、CQ2和CQ3的体积比为1:1:1。
采用上述配比进行菌剂的混合,使得制得的微生物制剂对黑臭河道水体及底泥的净化效果好。
进一步,微生物制剂中CQ1、CQ2和CQ3的体积比为2:2:1。
采用上述配比进行菌剂的混合,使得制得的微生物制剂对黑臭河道水体及底泥的净化效果好。
进一步,微生物制剂中CQ1、CQ2和CQ3的体积比为3:3:1。
采用上述配比进行菌剂的混合,使得制得的微生物制剂对黑臭河道水体及底泥的净化效果好。
进一步,微生物制剂使用时的投加总量为待清理河道水的体积的0.04-0.05%。
在此投放量下,既可保证微生物菌群的数量,在保证微生物制剂对水体的净化效果的前提下,不会造成不必要的浪费。
进一步,微生物制剂使用时的投加频率为1~5天/次。
微生物初期在黑臭水体内随时间的延长会有减少的趋势,每隔1~5天重新向河道中投放微生物制剂,黑臭水体内微生物数量稳定,保证微生物净化水体的效果。
进一步,微生物制剂的投加方式为高压喷枪注射。(设计高压喷枪注射对底泥的消解实验,快速到达底泥内)
采用高压喷枪注射方便快捷,可减少人工的投入成本,同时可使微生物制剂快速到达底泥中发挥净化效果。
附图说明
图1为本发明实施例中高压喷枪的结构示意图;
图2为本发明实施例中喷射块的结构示意图;
图3为本发明实施例中喷射块喷射至河道底泥后的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明:
说明书附图中的附图标记包括:底座1、支撑杆2、存放箱3、支撑板4、竖杆5、支撑座6、喷射筒7、喷射管8、高压气缸9、输出轴10、挡板11、控制开关12、存放筒13、喷射块14、壳体15、出液管16、抵紧板17、磁铁18、第一楔形块19、第二楔形块20、插入筒21、凹槽22。
实施例1~实施例27为本发明微生物制剂的组成及投加量的实施例,对比例1~对比例9为微生物制剂的组成及投加量的对比实施例(以下简称对比例),具体参数如表2所示,其中CQ1、CQ2和CQ3的单位为ml,投加量表示的是占待清理河道水的体积的百分比;
表2
现以实施例1为例,来说明制备微生物制剂及利用微生物制剂处理黑臭河道的具体操作步骤:
步骤一:菌株的筛选,从底泥中培养出菌株,培养菌株的具体操作为:取底泥5g,加入100ml无菌水,搅拌均匀,而后取0.1ml混合物涂布于LB肉汤培养基中,培养24h后得到菌株,将筛选出的菌株进行筛选培养,筛选培养所用的培养基组成为牛肉膏3g,蛋白胨10g,NaCl 5g,琼脂20g,黑臭废水1L,培养基的pH为7.5,培养温度30℃,培养方式为摇床培养,摇床转速为200r/min,培养时间为24h;
步骤二:混合菌剂的制备,取对COD有降解效果的枯草芽孢杆菌的菌液100ml、产吲哚金黄杆菌的菌液100ml、醋酸钙不动杆菌的菌液100ml、嗜冷杆菌的菌液100ml、鲁菲不动杆菌的菌液100ml、绿脓假单胞菌的菌液100ml混合组成CQ1;将对氨氮有降解能力的嗜低温弓形菌的菌液100ml、鲁菲不动杆菌的菌液100ml、希瓦氏菌的菌液100ml混合组成CQ2;将对总磷有降解效果的气单胞菌的菌液100ml、罗尔斯通氏菌的菌液100ml、罗尔斯通氏菌菌株的菌液100ml混合组成CQ3;
步骤三:混合菌剂的培养,对CQ1、CQ2和CQ3进行液体培养,液体培养时采用的培养液为无机盐培养液,无机盐培养液的组成为Na2HPO40.75g,KH2PO40.5g,MgSO40.25g,蒸馏水1L,培养温度30℃,培养初始pH为8,培养方式为摇床培养,摇床转速为200r/min,培养时间为24h;
步骤四:微生物制剂的制备,取100mlCQ1、100mlCQ2和100mlCQ3的培养液进行混合,制成微生物制剂,并将微生物制剂储存到聚乙烯罐中储存备用;
步骤五:微生物制剂的投放,采用高压喷枪将微生物制剂注入河道底泥底部,微生物制剂的投加量为待清理河道水的体积的0.04%,微生物制剂的投加频率为3天/次,每次的微生物制剂的投加量均为待清理河道的0.04%;
步骤六:河道底泥消解效果的检测,以一个月为一周期,检验添加微生物制剂前后河道底泥中COD含量、氨氮含量及总磷含量,其中COD含量的测定采用重铬酸钾法(方法来源:GB/T 11914-89);氨氮含量的测定采用蒸馏—中和滴定法(方法来源:HJ/T 166);总磷含量的测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(方法来源:HJ 632-2011)。
实施例2~实施例27、对比例1~对比例15除微生物制剂的组成及投加量不同外,其余步骤均相同。
步骤五中采用的高压喷枪的具体结构基本如附图1所示,包括底座1,底座1的中部焊接有竖向的支撑杆2,支撑杆2右侧的底座1上设有存放箱3,支撑杆2的左端一体成型有横向的支撑板4,支撑板4的左端与底座1之间焊接有用于支撑支撑板4的竖杆5,如此,提高支撑的稳定性,支撑板4上焊接有两个相对设置的支撑座6,两个支撑座6之间转动连接有喷射筒7,喷射筒7与支撑座6间歇相抵,喷射筒7与支撑座6间歇相抵的一角设有圆角,喷射筒7的左端一体成型有喷射管8,喷射管8与喷射筒7连通。
喷射筒7内固接有高压气缸9(厂家:深圳市佰仕达科技有限公司;型号:20T),高压气缸9的输出轴10的直径小于喷射管8的直径,高压气缸9的外壁与喷射筒7的内壁之间固接有挡板11,喷射筒7的外壁上设有用于驱动高压气缸9的控制开关12。喷射筒7的上部一体成型有存放筒13,存放筒13内从上到下依次存放有喷射块14,结合图2、图3所示,喷射块14包括壳体15,壳体15内固接有出液管16,出液管16的侧壁上转动连接有两个抵紧板17,两个抵紧板17以出液管16的轴线为中线对称设置,两个抵紧板17的中部均转动连接在出液管16的侧壁上,两个抵紧板17的底端均设有磁铁18,在磁铁18的磁力作用下,两个抵紧板17的底端相抵,使得出液管16内部形成密闭的腔室,两个抵紧板17的顶端均铰接有第一楔形块19,第一楔形块19横向滑动连接在壳体15上,壳体15的侧壁竖向滑动连接有两个第二楔形块20,第二楔形块20分别间歇与第一楔形块19相抵,壳体15内滑动连接有插入筒21,插入筒21的底部设有向上凹陷的凹槽22,凹槽22与插入筒21的侧壁之间形成锥角,便于插入河道底泥内,凹槽22的顶部设有间歇与抵紧板17相抵的出口。
采用高压喷射枪向黑臭河道内投加微生物制剂的具体操作为:首先,将预先灌有微生物制剂的喷射块14存放于存放箱3内,而后,调整喷射筒7的角度,使得喷射管8与黑臭河道的水面正对。将存放箱3内的喷射块14从下到上依次放入存放筒13内,喷射块14在自身重力作用下会沿存放筒13向下滑动,使得喷射块14位于高压气缸9输出轴10的左侧,此时,开启控制开关12,高压气缸9的输出轴10快速推出,使得喷射块14快速的被喷射至黑臭河道内,由于瞬间推力很大,喷射块14可直接被打至黑臭河道的底泥中。
初始状态下,喷射块14上的两个抵紧板17的下端在磁铁18的磁力作用下被吸附,使得两个抵紧板17的下端贴合,此时,出液管16内部形成密闭的腔室,用于储存微生物制剂。当喷射块14被喷射至底泥中时,由于高压气缸9给予的瞬间推力足够大,使得喷射块14下部的插入筒21会插入到底泥中并受到向上的冲击力,插入筒21会相对壳体15向上滑动,使得第二楔形块20沿壳体15的内壁向上滑动,第二楔形块20会挤压第一楔形块19,使得第一楔形块19向靠近出液管16的方向滑动,带动抵紧板17的顶端向靠近出液管16的方向移动,由于抵紧板17的中部铰接在出液管16上,使得抵紧板17的底部分别向远离出液管16的方向移动,使得两个抵紧板17克服磁铁18的吸附力而分开,同时两个抵紧板17分别抵靠在凹槽22的出口处,此时,出液管16内的微生物制剂沿出口流出至底泥中。
采用高压喷射枪向黑臭河道内投加微生物制剂的有益效果在于:微生物制剂在高压气缸9的推力下瞬间被打入底泥中,避免微生物制剂仅浮于水体表面而被水冲走,保证微生物制剂顺利的在底泥中发挥作用。在将微生物制剂投加至底泥中后,由于底泥中为缺氧环境,此时微生物制剂中的兼氧菌发挥主要作用,对河道底泥进行分解,河道底泥在被分解后会在表面形成气孔,使得好氧菌与河道内的氧气接触,对河道内的黑臭水体进行进一步分解,好氧菌与兼性厌氧菌协同作用,净化效果好。
COD含量、氨氮含量及总磷含量是衡量水体污染的重要指标,COD含量是反映水体受还原性物质污染的程度;水体中的N、P等营养元素是造成水体富营养化的关键因素,而氨氮含量和总磷含量则是评价水体富营养化的重要指标,表3所示为黑臭河道中添加微生物制剂一个月后河道水质的变化情况,其中投加前、后COD含量、氨氮含量及总磷含量的单位均为mg/L。
表3
从表3可知,CQ1、CQ2和CQ3不同比例添加时,对黑臭河道的COD含量、氨氮含量及总磷含量的降解率均不同,微生物制剂对COD含量的降解率随CQ1投加量的增多而逐渐增大,在CQ1投加量为300ml时,河道中COD含量下降到接近30mg/L,达到地表水环境质量标准V类标准,此时COD的去除率大于80%;微生物制剂对氨氮含量的降解率随CQ2投加量的增多而增大,当CQ2的投加量为300ml时,所对应的氨氮含量去除效果最好,当CQ2的投加量为200ml时,其对氨氮含量的去除效果次之,但与CQ2的投加量为300ml时差别不大;微生物制剂对河道中总磷含量的去除率与CQ3的添加有关,添加100mlCQ3可去除河道中约70%的总磷含量。微生物制剂的投放量与河道中COD含量、氨氮含量及总磷含量的降解率呈正相关关系,当投放量为河道中水体积的0.05%时,微生物制剂对COD含量、氨氮含量及总磷含量降解效果最优。当CQ1的投加量由200ml增加到300ml时,微生物制剂对河道中COD含量的去除率相差不大,当CQ2从的投加量由200ml增加到300ml时,对河道中氨氮含量的去除效果差别也不大,结合经济投入综合考虑,确定实施例23(CQ1:200ml;CQ2:200ml;CQ3:100ml;投加量为待清理河道的水的体积的0.05%)为微生物制剂的组成及投加量的最优方案。
在上述最优方案的基础上进一步进行了微生物制剂投加频率对河道中COD含量、氨氮含量及总磷含量降解效果的实验,实施例28~实施例33为本发明投加频率的实施例,具体参数如表4所示,其中CQ1、CQ2和CQ3的单位为ml,投加量表示的是占待清理河道水的体积的百分比;
表4
CQ1 | CQ2 | CQ3 | 投加量 | 投加频率 | 投加方式 | |
实施例28 | 200 | 200 | 100 | 0.05% | 1d/次 | 高压喷枪注射 |
实施例29 | 200 | 200 | 100 | 0.05% | 2d/次 | 高压喷枪注射 |
实施例30 | 200 | 200 | 100 | 0.05% | 3d/次 | 高压喷枪注射 |
实施例31 | 200 | 200 | 100 | 0.05% | 4d/次 | 高压喷枪注射 |
实施例32 | 200 | 200 | 100 | 0.05% | 5d/次 | 高压喷枪注射 |
实施例33 | 200 | 200 | 100 | 0.05% | 6d/次 | 高压喷枪注射 |
空白例 | 0 | 0 | 0 | - | - | - |
在确定了微生物制剂的组成及投加量的最优方案的基础上,采用最优方案的参数,对不同投加频率下微生物制剂对河道COD含量、氨氮含量及总磷含量的去除效果进行检测,结果如表5所示,其中投加前、后COD含量、氨氮含量及总磷含量的单位均为mg/L;
表5
由表5可知,在微生物制剂中CQ1、CQ2和CQ3的组成及投加量确定的情况下,投加频率越小,微生物制剂对河道中COD含量、氨氮含量及总磷含量的去除率越高,但是,当微生物制剂的投加频率由1天/次增长到5天/次时,微生物制剂对COD含量的去除率由83.22%下降到82.39%,仅下降了0.83%;微生物制剂对氨氮含量的去除率由46.2%下降到44.57%,下降了1.63%;而微生物制剂对总磷含量的去除率由83.78%下降到81.35%,下降了2.43%,下降的幅度均较小,但是结合经济投入的综合考虑,投加频率由1天/次增长到5天/次时所节约的微生物制剂的投入成本减少了4倍。当微生物制剂的投加频率从5天/次变化到6天/次时,微生物制剂对COD含量、氨氮含量及总磷含量的降解效果显著降低。因此,结合降解效果和经济投入双重考虑,将微生物制剂消解黑臭河道底泥的最优方案确定为:CQ1、CQ2和CQ3按照体积比为2:2:1混合制成微生物制剂,投放量为待清理河道水的体积的0.05%,投加频率为5天/次。采用高压喷枪对微生物制剂进行投加,可避免微生物制剂仅浮于水体表面而被水冲走,保证微生物制剂顺利的在底泥中发挥作用。在将微生物制剂投加至底泥中后,由于底泥中为缺氧环境,此时微生物制剂中的兼氧菌发挥主要作用,对河道底泥进行分解,河道底泥在被分解后会在表面形成气孔,使得好氧菌与河道内的氧气接触,对河道内的黑臭水体进行进一步分解,好氧菌与兼性厌氧菌协同作用,净化效果好。
以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明技术方案的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (7)
1.黑臭河道底泥处理的微生物制剂,其特征在于:所述微生物制剂由CQ1、CQ2和CQ3按照体积比为1~3:1~3:1混合制成,CQ1为枯草芽孢杆菌、金黄色杆菌属、不动杆菌属、嗜冷杆菌、假单胞菌属菌株按照等体积比混合而成的混合菌剂;CQ2为弓形菌属、不动杆菌属、希瓦氏菌属菌株按照等体积比混合而成的混合菌剂;CQ3为气单胞菌属、罗尔斯通氏菌属、罗尔斯通氏菌属菌株按照等体积比混合而成的混合菌剂。
2.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥处理的微生物制剂,其特征在于:所述微生物制剂中CQ1、CQ2和CQ3的体积比为1:1:1。
3.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥处理的微生物制剂,其特征在于:所述微生物制剂中CQ1、CQ2和CQ3的体积比为2:2:1。
4.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥处理的微生物制剂,其特征在于:所述微生物制剂中CQ1、CQ2和CQ3的体积比为3:3:1。
5.根据权利要求1-4任一所述的黑臭河道底泥处理的微生物制剂,其特征在于:所述微生物制剂使用时的投加总量为待清理河道水的体积的0.04-0.05%。
6.根据权利要求1-4任一所述的黑臭河道底泥处理的微生物制剂,其特征在于:所述微生物制剂使用时的投加频率为1~5天/次。
7.根据权利要求1-4任一所述的黑臭河道底泥处理的微生物制剂,其特征在于:所述微生物制剂的投加方式为高压喷枪注射。
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