CN109133361A - 一种用于黑臭河治理的生物缓释球及制备方法及应用 - Google Patents

一种用于黑臭河治理的生物缓释球及制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于黑臭河治理的生物缓释球，包括如下重量份的组份：沸石粉40‑60份、复合菌剂40‑60份、糥米汤20‑30份和红糖0.4‑1份。本发明的用于黑臭河治理的生物缓释球，可以缓慢释放复合菌剂，与直接投入菌剂相比，菌剂利用效率大幅提升。本发明的生物缓释球球体可有效保护球内菌剂免受水体不利环境因子毒害，并逐渐形成适应水体不良环境的能力。本发明的生物缓释球中含有速效与迟效营养以及微环境理化因子调节物质，可为菌剂在持续释放过程利用并大量繁殖。

Description

一种用于黑臭河治理的生物缓释球及制备方法及应用
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种用于黑臭河治理的生物缓释球及其制备方法及应用。
背景技术
我国城市水体污染状况日益严峻，黑臭河道污染问题突出，水体变黑发臭，大量污染物沉积于底泥，对水生态系统及人居环境造成潜在威胁，城市河道黑臭治理已成为当前我国亟待解决的问题。目前有关城市黑臭河治理方法主要包括物理、化学以及生物生态等。其中微生物强化技术、生物膜技术以及生物生态净化技术等生物生态方法可从根本上长久有效地改善河道水质，是国内外近几年发展迅速的一种方法，该方法具有低成本、低消耗、稳定有效且没有二次污染等优势，目前已成为许多欧美国家以及发达国家河道及水体治理的主要修复方法。微生物强化技术主要有两种途径：一种是固定化生物强化技术，是将单一或混合的优势菌种固定在特定载体上形成生物膜，对水中污染物进行有效地截留、吸附、降解，从而使水体得到净化，主要有砾石接触氧化法、排水沟接触氧化法等。固定化生物强化技术适用于中小河流，便于管理，但由于受环境因素限制影响较多，工程较为复杂，目前实际应用较少。另外一种是直接投加高效降解微生物强化技术，通过直接向黑臭河道内投加高效降解微生物，通过驯化诱导微生物，使得微生物将目标污染物作为主要碳源或唯一碳源，目前在国内外都得到了广泛的应用。直接投加菌剂操作方便，但是菌种容易随着水体流失。
因此，如何通过简单、低成本方法克服直投菌剂的快速流失，增强菌剂中功能菌株在黑臭河环境的适应能力及繁殖能力，是微生物强化技术在黑臭河治理高效利用亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种避免菌剂投放过程中菌体过快流失的用于黑臭河治理的生物缓释球及其制备方法及应用。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供了一种用于黑臭河治理的生物缓释球，包括如下重量份的组份：沸石粉40-60份、复合菌剂40-60份、糥米汤20-30份和红糖0.4-1份。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
可选地，所述复合菌剂包括如下重量份的单一菌种：3-5份枯草芽孢杆菌、3-5份葡萄糖氧化杆菌和4-6份非硫紫菌。
可选地，所述复合菌剂包括如下重量份的单一菌种：2-4份凝结芽孢杆菌、2-4份环状芽孢杆菌、1-3份乳酸菌和1-3份枯草芽孢杆菌。
可选地，所述复合菌剂包括如下重量份的单一菌种：2-4份脱氮小球菌、2-4份枯草芽孢杆菌、2-4份小单胞菌和3-6份脱氮硫杆菌。
可选地，所述糯米汤中添加有海藻酸钠，所述海藻酸钠与所述糯米汤的重量百分比为0.03-0.3：100。
本发明还提供了一种制备所述的用于黑臭河治理的生物缓释球的方法，包括如下步骤：
将沸石粉、复合菌剂、糯米汤和红糖混合均匀，获得混合物，将所述混合物放入定型模具中定型处理，于阴凉、遮光、通风处晾干处理后，获得所述用于黑臭河治理的生物缓释球。
可选地，所述复合菌剂采用如下步骤制成：
取各单一菌种分别进行扩大培养，获得种子菌液；
对各种子菌液进行发酵培养，经离心后采用轻质硫酸钙吸附、风干后获得菌粉，并调节菌含量为4×105-5×105CFU/g；
取各菌粉按比例混合，获得所述的复合菌剂。
本发明还提供了一种所述的用于黑臭河治理的生物缓释球的应用，将所述生物缓释球投放到黑臭河中，投放方式为直接投入并沉于底泥表层或借助于生物岛或拉绳悬挂于水体中。
可选地，将黑臭河的水体依据水深，从上至下依次分为上层水体、中层水体和下层水体，并于所述上层水体、所述中层水体和所述下层水体处投放具有不同复合菌剂的生物缓释球。
可选地，分布于上层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：3-5份枯草芽孢杆菌、3-5份葡萄糖氧化杆菌和4-6份非硫紫菌。
分布于中层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：2-4份凝结芽孢杆菌、2-4份环状芽孢杆菌、1-3份乳酸菌和1-3份枯草芽孢杆菌。
分布于下层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：2-4份脱氮小球菌、2-4份枯草芽孢杆菌、2-4份小单胞菌和3-6份脱氮硫杆菌。
本发明的有益效果：
本发明的用于黑臭河治理的生物缓释球，可以缓慢释放复合菌剂，与直接投入菌剂相比，菌剂利用效率大幅提升。
本发明的生物缓释球球体可有效保护球内菌剂免受水体不利环境因子毒害，并逐渐形成适应水体不良环境的能力。
本发明的生物缓释球中含有速效与迟效营养以及微环境理化因子调节物质，可为菌剂在持续释放过程利用并大量繁殖。
本发明的生物缓释球的制备方法可明显提升复合菌剂处理污染物的持续能力和抗逆能力，有利于黑臭河污染物有效净化及水质维护。
本发明的生物缓释球的应用，有利于保持功能菌株在黑臭河环境的活性保持及繁殖能力，进而有效降解黑臭河污染物并实现水质维护。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明实施例提供了一种用于黑臭河治理的生物缓释球，包括如下重量份的组份：沸石粉40-60份、复合菌剂40-60份、糥米汤20-30份和红糖0.4-1份。
本发明所提供的生物缓释球，可避免复合菌剂在投放过程中菌体过快流失，实现高效降解菌持续释放与活力保持。
此外，根据本发明的配方，不仅可以做成球状的生物缓释物，还可以做成其他形状的生物缓释物。
在本发明的实施例中，沸石粉具有两个作用，一是可以作菌剂的载体，强化菌剂的作用效果，二是沸石粉对磷酸根有极好的吸附作用，可以有效降低水体中的磷。复合菌剂可以有效地去除水体中的污染物。红糖是易利用的碳源和能源物质，可作为复合菌剂生长的速效营养物质，可以促进复合菌剂的大量繁殖，放大其在水质净化的作用效果。糥米汤相对于红糖是较为缓效的碳源和能源物质，一方面可以为复合菌剂提供营养物质，另一方面作为生物缓释球的粘结剂。
其中，所述糯米汤中添加有海藻酸钠，所述海藻酸钠与所述糯米汤的重量百分比为0.03-0.3：100。
海藻酸钠可以作为增稠剂以调节糯米汤的粘稠度，提高生物缓释球的粘结强度，促进其对复合菌剂的缓释性能，控制生物缓释球的复合菌剂释放速度，同时还可以呈胶体状包裹复合菌剂，形成类似固定化微生物菌剂的作用，提高其对环境的抗逆能力。海藻酸钠是在糯米汤煮好后加入并均匀溶于糯米汤中。
其中，所述复合菌剂包括如下重量份的单一菌种：3-5份枯草芽孢杆菌、3-5份葡萄糖氧化杆菌和4-6份非硫紫菌。
其中，所述复合菌剂包括如下重量份的单一菌种：2-4份凝结芽孢杆菌、2-4份环状芽孢杆菌、1-3份乳酸菌和1-3份枯草芽孢杆菌。
其中，所述复合菌剂包括如下重量份的单一菌种：2-4份脱氮小球菌、2-4份枯草芽孢杆菌、2-4份小单胞菌和3-6份脱氮硫杆菌。
本发明实施例还提供了一种制备所述的用于黑臭河治理的生物缓释球的方法，包括如下步骤：
将沸石粉、复合菌剂、糯米汤和红糖按比例混合均匀，获得混合物，将所述混合物放入定型模具中定型处理，于阴凉、遮光、通风处晾干处理3天后保存或投放使用，获得所述用于黑臭河治理及水质维护的生物缓释球。生物缓释球制备完成后，置低温、通风环境保存。
制备风干处理好的生物缓释球须保存于透气容器并放置于室内，室内温度25℃以下，保持室内空气湿度40％～50％RH，注意适当通风，避免阳光直射，在此保存环境下生物球储存保质期为6个月。
其中，所述复合菌剂采用如下步骤制成：
取各单一菌种分别进行扩大培养，获得种子菌液，其中，单一菌种包括：枯草芽孢杆菌、葡萄糖氧化杆菌、非硫紫菌、凝结芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、乳酸菌、脱氮小球菌、芽孢杆菌和小单胞菌；
对各种子菌液进行发酵培养，经离心后采用轻质硫酸钙吸附、风干后获得菌粉，并调节菌含量为4×105-5×105CFU/g；
取各菌粉按比例混合，获得所述的复合菌剂。
本发明实施例还提供了一种所述的用于黑臭河治理的生物缓释球的应用，将所述生物缓释球投放到黑臭河中，投放方式为直接投入并沉于底泥表层或借助于生物岛或拉绳悬挂于水体中。
投放方式分为两种，一种为直接投放，让生物缓释球沉于底泥表层；另一种是将所述生物缓释球装入无纺布口袋并扎紧，借助于生物浮岛设施或通过拉绳悬挂于水体中。生物缓释球悬挂深度及分布密度视水体污染状况进行调节。
其中，将黑臭河的水体依据水体深度，从上至下依次均分为上层水体、中层水体和下层水体，并于所述上层水体、所述中层水体和所述下层水体处投放具有不同复合菌剂的生物缓释球。
所述生物缓释球的复合菌剂的种类依据黑臭河水体及底泥污染指标以及生物缓释球投放水层进行配置，充分考量复合菌剂中各功能菌种对不同水层微环境的适应性，确保复合菌剂投放对水体的有效净化。
分为三层水体主要是考虑到不同水层的生态因子，尤其是溶解氧浓度的差异。上层水体溶解氧浓度高，投放的菌种总体上对氧的需求量大，此外，上层水体中还有光合细菌，主要考虑光合细菌进行光合作用对光的依赖性。下层水体溶解氧浓度很低，投放的主要是兼性厌氧微生物，其中主要是一些反硝化菌。
依据生物缓释球在水体不同层次的分布进行复合菌剂的配制，分布于上层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：3-5份枯草芽孢杆菌、3-5份葡萄糖氧化杆菌和4-6份非硫紫菌。
分布于中层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：2-4份凝结芽孢杆菌、2-4份环状芽孢杆菌、1-3份乳酸菌和1-3份枯草芽孢杆菌。
分布于下层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：2-4份脱氮小球菌、2-4份枯草芽孢杆菌、2-4份小单胞菌和3-6份脱氮硫杆菌。
本发明中所采用的菌种均为环保领域可利用的市售产品。
本发明的用于黑臭河治理的生物缓释球，可以缓慢释放复合菌剂，与直接投入菌剂相比，菌剂利用效率大幅提升。
本发明的生物缓释球球体可有效保护球内菌剂免受水体不利环境因子毒害，并逐渐形成适应水体不良环境的能力。
本发明的生物缓释球中含有速效与迟效营养以及微环境理化因子调节物质，可为菌剂在持续释放过程利用并大量繁殖。
本发明的生物缓释球的制备方法可明显提升复合菌剂处理污染物的持续能力和抗逆能力，有利于黑臭河污染物有效净化及水质维护。
本发明的生物缓释球的应用，有利于保持功能菌株在黑臭河环境的活性保持及繁殖能力，进而有效降解黑臭河污染物并实现水质维护。
下面将通过具体的实施例来对本发明进行说明。
实施例1
一种用于黑臭河治理的生物缓释球，包括如下重量份的组份：沸石粉50份、复合菌剂50份、糥米汤25份和红糖0.5份。其中，
分布于上层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：4份枯草芽孢杆菌、4份葡萄糖氧化杆菌和5份非硫紫菌。
分布于中层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：3份凝结芽孢杆菌、3份环状芽孢杆菌、2份乳酸菌和2份枯草芽孢杆菌。
分布于下层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：1份脱氮小球菌、1份枯草芽孢杆菌、1份小单胞菌和1份脱氮硫杆菌。
其中，所述糯米汤中添加有海藻酸钠，所述海藻酸钠与所述糯米汤的重量百分比为0.3：100。
将上述制备的生物缓释球应用于某条需治理的黑臭河道，河道已部分截污，河道设有生物浮岛，水体平均深度3米。将生物缓释球装入无纺布袋并系于塑料扎绳，塑料扎绳长3米，分为3等份顺序固定上述按上层水体、中层水体和下层水体所配制的不同复合菌剂的生物缓释球，每1米长扎绳平均间隔固定生物缓释球5只，将系有生物缓释球的塑料扎绳固定悬挂于生物浮岛框架，平均每5立方水体投放生物缓释球1只。
实施例2
一种用于黑臭河治理的生物缓释球，包括如下重量份的组份：沸石粉40份、复合菌剂40份、糥米汤20份和红糖0.4份。其中，
分布于上层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：3份枯草芽孢杆菌、3份葡萄糖氧化杆菌和4份非硫紫菌。
分布于中层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：2份凝结芽孢杆菌、2份环状芽孢杆菌、1份乳酸菌和1份枯草芽孢杆菌。
分布于下层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：1份脱氮小球菌、1份枯草芽孢杆菌、1份小单胞菌和3份脱氮硫杆菌。
其中，所述糯米汤中添加有海藻酸钠，所述海藻酸钠与所述糯米汤的重量百分比为0.03：100。
将上述制备的生物缓释球应用于某条需治理的黑臭河道，河道已部分截污，河道设有生物浮岛，水体平均深度3米。将生物缓释球装入无纺布袋并系于塑料扎绳，塑料扎绳长3米，分为3等份顺序固定上述按上层水体、中层水体和下层水体所配制的不同复合菌剂的生物缓释球，每1米长扎绳平均间隔固定生物缓释球5只，将系有生物缓释球的塑料扎绳固定悬挂于生物浮岛框架，平均每5立方水体投放生物缓释球1只。
生物缓释球投放后每隔24小时观察生物缓释球的形态，并取河道水样进行水质检测。试验结果显示，生物幻视球投放第3天开始，生物缓释球的无纺布袋外表有絮状物附着，第4天开始，河道水体透明度提高，第6天开始黑臭现象明显改善。
表1 是实施例2的生物缓释球对河道水体各污染物的动态影响表
参见表1，其中，氨态氮的去除率最高可达85％，总磷的去除率最高可达47％，化学需氧量(COD)的去除率最高分别可达38％。
实施例3
一种用于黑臭河治理的生物缓释球，包括如下重量份的组份：沸石粉60份、复合菌剂60份、糥米汤30份和红糖1份。其中，
分布于上层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：5份枯草芽孢杆菌、5份葡萄糖氧化杆菌和6份非硫紫菌。
分布于中层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：4份凝结芽孢杆菌、4份环状芽孢杆菌、3份乳酸菌和3份枯草芽孢杆菌。
分布于下层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：4份脱氮小球菌、4份枯草芽孢杆菌、4份小单胞菌和5份脱氮硫杆菌。
其中，所述糯米汤中添加有海藻酸钠，所述海藻酸钠与所述糯米汤的重量百分比为0.1：100。
将上述制备的生物缓释球应用于某条需治理的黑臭河道，河道已部分截污，水体平均深度2.2米。将生物缓释球直接投放于河道，平均每15平方水面投放生物缓释球1只。
生物缓释球投放后每隔24小时取河道水样进行水质检测。试验结果显示，生物缓释球投放第7天开始，河道水体透明度提高，第9天开始黑臭现象明显改善。
表2 是实施例3的生物缓释球对河道水体各污染物的动态影响表
参见表2，其中，氨态氮的去除率最高可达63％，总磷的去除率最高可达56％，化学需氧量(COD)的去除率最高分别可达30％。
由上述实施例可以看出，采用本发明的生物缓释球，可以有效去除黑臭河中的氨态氮、总磷和化学需氧量(COD)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于黑臭河治理的生物缓释球，其特征在于，包括如下重量份的组份：沸石粉40-60份、复合菌剂40-60份、糥米汤20-30份和红糖0.4-1份。
2.根据权利要求1所述的用于黑臭河治理的生物缓释球，其特征在于，所述复合菌剂包括如下重量份的单一菌种：3-5份枯草芽孢杆菌、3-5份葡萄糖氧化杆菌和4-6份非硫紫菌。
3.根据权利要求1所述的用于黑臭河治理的生物缓释球，其特征在于，所述复合菌剂包括如下重量份的单一菌种：2-4份凝结芽孢杆菌、2-4份环状芽孢杆菌、1-3份乳酸菌和1-3份枯草芽孢杆菌。
4.根据权利要求1所述的用于黑臭河治理的生物缓释球，其特征在于，所述复合菌剂包括如下重量份的单一菌种：2-4份脱氮小球菌、2-4份枯草芽孢杆菌、2-4份小单胞菌和3-6份脱氮硫杆菌。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于黑臭河治理的生物缓释球，其特征在于，所述糯米汤中添加有海藻酸钠，所述海藻酸钠与所述糯米汤的重量百分比为0.03-0.3：100。
6.一种制备如权利要求2-4中任一项所述的用于黑臭河治理的生物缓释球的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将沸石粉、复合菌剂、糯米汤和红糖混合均匀，获得混合物，将所述混合物放入定型模具中定型处理，于阴凉、遮光、通风处晾干处理后，获得所述用于黑臭河治理的生物缓释球。
7.根据权利要求6所述的用于黑臭河治理的生物缓释球的制备方法，其特征在于，所述复合菌剂采用如下步骤制成：
取各单一菌种分别进行扩大培养，获得种子菌液；
对各种子菌液进行发酵培养，经离心后采用轻质硫酸钙吸附、风干后获得菌粉，并调节菌含量为4×105-5×105CFU/g；
取各菌粉按比例混合，获得所述的复合菌剂。
8.一种如权利要求1-5中任一项所述的用于黑臭河治理的生物缓释球的应用，其特征在于，将所述生物缓释球投放到黑臭河中，投放方式为直接投入并沉于底泥表层或借助于生物岛或拉绳悬挂于水体中。
9.根据权利要求8所述的用于黑臭河治理的生物缓释球的应用，其特征在于，将黑臭河的水体依据水深，从上至下依次分为上层水体、中层水体和下层水体，并于所述上层水体、所述中层水体和所述下层水体处投放具有不同复合菌剂的生物缓释球。
10.根据权利要求9所述的用于黑臭河治理的生物缓释球的应用，其特征在于，分布于上层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：3-5份枯草芽孢杆菌、3-5份葡萄糖氧化杆菌和4-6份非硫紫菌。
分布于中层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：2-4份凝结芽孢杆菌、2-4份环状芽孢杆菌、1-3份乳酸菌和1-3份枯草芽孢杆菌。
分布于下层水体的生物缓释球中复合菌剂中包括如下重量份的单一菌种：2-4份脱氮小球菌、2-4份枯草芽孢杆菌、2-4份小单胞菌和3-6份脱氮硫杆菌。
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