CN109179635A - 一种降解黑臭水体河道底泥的微生物球、其制备方法以及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降解黑臭水体河道底泥的微生物球的制备方法，包括以下制备步骤：1）将多孔生物质炭、微生物菌剂、麸皮、黏土以及水按照(3‑5):(3‑5):(2‑4):(0.5‑2):(0.5‑2)的质量比混合，得到A组分；2）内径为1‑2cm的球形模具中注入0.5‑4mL双氧水，并中加入1‑10g蔗糖混合均匀，静置，得到外部包裹结晶蔗糖的双氧水内芯；3）制备微生物球：用A组分包裹步骤2）制备得到的外部包裹结晶蔗糖的双氧水内芯，室温风干，得到微生物球。本发明所述微生物球促进底泥微生物菌群生长，从而提高生物降解速率，使黑臭水体底泥得到快速削减，具有生态性好、稳定性高、效果好、成本低等优点。

Description

一种降解黑臭水体河道底泥的微生物球、其制备方法以及 应用

技术领域

本发明属于黑臭水体治理领域，具体涉及一种降解黑臭水体河道底泥的微生物球、其制备方法以及应用。

背景技术

黑臭水体是一种水体污染的极端现象，主要是由于外源有机物和氨氮消耗水中氧气，造成水体缺氧导致的，同时也与水体富营养化和底泥沉积有关。

底泥是水体中的大量污染物沉淀累积的场所，是各种污染物的重要归属地之一。底泥经过生物、化学、物理等一系列作用条件下，孔隙水与吸附于底泥的污染物质交换，大量污染物质释放到上覆水中，造成水体的二次污染。人类的活动，如船舶运行、大型工程的建立等也会引起底泥的再悬浮。应太林等的研究证明了此说法，并且随着水体扰动速度的增加，水体中的DO下降，S^2-、Fe²⁺、COD_Mn等黑臭因子增加，水体黑臭程度增加。有些研究表明，黑臭底泥源源不断的向上覆水释放有机盐与无机盐，所以河道底泥是重要的内源污染。不仅损害了城市景观与生态系统，破坏水体功能和价值，也严重危害人体健康和居民正常生活。

黑臭底泥的消解技术主要有原位修复和异位修复两种方法。但河道底泥有量大、污染物成分复杂、含水率高等特点，处理难度比较大，而且二次污染严重，容易破坏原本水体底部生态系统。目前常用的是原位修复技术，具体可分为物理、化学、生物三类。

物理修复技术包含截污、底泥疏浚、引水换水等，CN107935357A公开了一种疏浚底泥就地处理系统及处理方法，但是面源污染与一些其他污染难以完全截断且工程量大、建设周期长、成本费用高；化学修复技术通常是向河流沉积物中投加化学药剂，转化（无害化）或固化底泥中的污染物质，以降低污染底泥的易降解性或毒性以及迁移性，但是化学药剂大量使用会影响河流的生态系统，而且成本也很大。

与物理、化学修复技术相比较而言，微生物修复技术有很多优势。通过向底泥中添加生物促生剂激发微生物活性或直接投加高效微生物制剂提高底泥的生物降解能力。一方面微生物生长繁殖能力强，成本较低，另一方面不会对原有的水生生态环境造成威胁，且有利于去除复合型污染物。生态植物修复技术也是较为常用的修复方法，通过促沉降、吸收营养盐、抑制沉积物释放营养盐并提高沉积物滞留营养盐能力等作用，能够维持水体清澈，是水体生态修复的关键工具。但是单一的化学修复、生态植物或者微生物修复往往效果都不太理想。

发明内容

本发明目的在于通过微生物球-挺水植物的结合，提供一种原位修复黑臭水体河道底泥的方法，所述微生物球以及挺水植物能够增加水体溶解氧，促进底泥微生物菌群生长，从而提高生物降解速率，使黑臭水体底泥得到快速削减，具有生态性好、稳定性高、效果好、成本低等优点。

一种降解黑臭水体河道底泥的微生物球的制备方法，包括以下制备步骤：

1）制备A组分：将多孔生物质炭、微生物菌剂、麸皮、黏土以及水混合，得到A组分，其中多孔生物质炭、微生物菌剂、麸皮、黏土的质量比为按照 (3-5) : (3-5) : (2-4) : (0.5-2)；

2）制备内芯：在双氧水中加入蔗糖混合均匀，静置，得到外部包裹结晶蔗糖的双氧水内芯；

3）制备微生物球：用A组分包裹步骤2）制备得到的外部包裹结晶蔗糖的双氧水内芯，室温风干，得到微生物球；此处风干时间以微生物球外壳即A组分干燥为宜。

所述多孔生物质炭的制备方法为：将花生壳和盐酸壳按照(0.5-3):1质量比混合、浸泡20-30 h，再在100-140℃干燥10-14 h后，在惰性气体的保护下炭化，得到多孔生物质碳。

所述A组分中黏土与水的质量比为(0.5-2) : (0.5-2)。

微生物菌剂为硝化细菌菌粉、反硝化细菌菌粉、芽孢杆菌菌粉按质量比(1-3):1:1混合的混合菌粉，有效活菌数≥1×108。

所述步骤2）中制备的内芯直径为1-2cm，步骤3）得到微生物球直径为2-3cm。

蔗糖在双氧水中的添加比例为2-4g/mL。

上述方法制备得到的一种微生物氧化球可以应用于降解黑臭水体河道底泥中，包括以下步骤：1）在黑臭水体底泥中加入微生物球，添加用量为2-5 kg/m2；2）在投加微生物球的黑臭河道底泥上种植挺水植物。

所述步骤2）中挺水植物为芦苇、菖蒲、香蒲、水葱中的一种或多种组合。有益效果：

1）本发明使用非还原性糖蔗糖的过饱和结晶原理将液体氧化剂双氧水固定于微生物球的内芯中，并在其外包裹多孔生物质炭和菌剂，形成微生物球。在投放入黑臭河道底泥中时，多孔生物质炭由于具有孔隙率高、比表面积大等优点，可以吸附底泥中的有机污染物，为微生物生长提供有利条件；微生物菌剂富含硝化细菌、反硝化细菌、芽孢杆菌，繁殖能力强，只需一次投加，且去除污染物效率高，成本低。

2）本发明使用微生物球与挺水植物的结合可以大大提高底泥中有机物降解效率，增大底泥削减量和生物降解能力增长率。挺水植物根系以及双氧水在河道底泥中释放溶解氧辅助了微生物的生长。以少量且无二次污染的化学药剂为辅助，以生物质炭为微生物提供有利生长条件，共同用以修复黑臭水体河道底泥，可有效的解决底泥污染问题。

附图说明

图1为本发明所述微生物球的结构示意图；

其中，1为A组分；2为结晶蔗糖；3为双氧水内芯。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明，但所述实施例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

所述室温为25±5℃。

以下实施例中所述微生物菌剂中硝化细菌菌粉购买自湖北科亮生物环保科技有限公司，反硝化细菌菌粉、芽孢杆菌菌粉购买自广西北海群林生物工程有限公司。其他原料也均为市售产品。

实施例1

一种降解黑臭水体河道底泥的微生物球的制备方法，包括以下制备步骤：

1）制备A组分：将多孔生物质炭、微生物菌剂、麸皮、黏土以及水按照4:4:3:1:1的质量比混合，得到粘稠状A组分；

多孔生物质炭、微生物菌剂、黏土以及水的混合方式为：先将多孔生物质炭与微生物菌剂混合均匀，再加入麸皮、黏土和水混合得到粘稠状A组分。先将多孔生物质炭与微生物菌剂混合能够利用生物质炭的多孔性能吸附部分微生物。

其中，所述多孔生物质炭的制备方法为：将花生壳和盐酸按照1:1质量比混合、浸泡24 h，再在120℃干燥12 h后，在氩气的保护下于1200℃炭化2 h，静置至室温后研磨成粉，过100目筛，得到多孔生物质碳，所述多孔生物质炭的比表面积为1000-2000 m²/g，此处多空生物质炭的比表面积采用BET法测得；盐酸中HCL的浓度为12mol/L。

微生物菌剂为硝化细菌菌粉、反硝化细菌菌粉、芽孢杆菌菌粉按质量比2:1:1混合的混合菌粉，微生物菌剂有效活菌数为1×10⁸。

2）制备内芯：内径为1cm的球形模具中注入0.5mL双氧水，并中加入1.5g蔗糖混合均匀，静置，脱模，得到外部包裹结晶蔗糖的双氧水内芯；此处制备内芯的方法原理同酒心巧克力中酒心的制备方法和原理，磨具的使用以及脱模为现有技术。

3）制备微生物球：用A组分包裹步骤2）制备得到的外部包裹结晶蔗糖的双氧水内芯，室温风干48h，得到微生物球；其中，A组分包裹步骤2）制备得到的外部包裹结晶蔗糖的双氧水内芯时，使用3cm内径的球形模具定型。

制备得到的微生物球，如图1所示，内芯为有过饱和蔗糖结晶形成的带有双氧水内芯3的球状物以及在结晶蔗糖2的双氧水内芯3外包裹的外壳，外壳为A组分1。

实施例2

与实施例1不同之处在于，1）A组分中的多孔生物质炭、微生物菌剂、麸皮、黏土以及水按照 4:3:2:1:2的质量比混合，微生物菌剂有效活菌数为2×10⁸；2）蔗糖的质量为2g。

实施例3

与实施例1不同之处在于，1）A组分中的多孔生物质炭、微生物菌剂、麸皮、黏土以及水按照 5:5:2:0.5:0.5的质量比混合，微生物菌剂有效活菌数为2×10⁸；2）蔗糖的质量为1.35g。

应用例1

使用实施例1所制备得到的微生物球降解黑臭水体河道底泥，包括以下步骤：

1）向黑臭水河底泥中均匀投撒微生物球，用量为2 kg/m²；

2）在投加微生物球的黑臭河道底泥上种植挺水植物-芦苇。

按照地表水环境质量标准(GB3838-2002)检测2个月后的河道水质，经过测试，水体指标如表1所示。

经过微生物球的投加和芦苇的种植，河道水质情况得到明显改善，达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)在V类以上，TN达到Ⅱ类标准，说明芦苇在TN去除方面有较大优势。水体溶解氧浓度>2 mg/L，六个月污泥减量率50%以上。

应用例2

使用实施例1所制备得到的微生物球降解黑臭水体河道底泥，包括以下步骤：

1）向黑臭水河底泥中均匀投撒微生物球，用量为3 kg/m²；

2）在投加微生物球的黑臭河道底泥上种植挺水植物-菖蒲。

按照地表水环境质量标准(GB3838-2002)检测2个月后的河道水质，经过测试，水体指标如表2所示。

从以上结果数据可以看出，增加了微生物球的用量，生态植物也变换为菖蒲，水质指标得到明显提升，总体上达到了地表水环境质量标准(GB3838-2002)在V类以上，TP接近Ⅳ类，TN达到Ⅱ类标准，说明菖蒲在TP去除方面有一定优势。水体溶解氧浓度>2 mg/L，六个月污泥减量率50%以上。

应用例3

使用实施例1所制备得到的微生物球降解黑臭水体河道底泥，包括以下步骤：

1）向黑臭水河底泥中均匀投撒微生物球，用量为5kg/m²；

2）在投加微生物球的黑臭河道底泥上种植挺水植物-水葱。

按照地表水环境质量标准(GB3838-2002)检测2个月后的河道水质，经过测试，水体指标如表3所示。

此次仅将生态植物变换为水葱，其它条件不变，经检测结果说明，水质总体仍能达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)在V类以上，但是在TP去除方面水葱的效果不如菖蒲，其它指标相差不大。水体溶解氧浓度>2 mg/L，六个月污泥减量率50%以上。

对比例1

所用微生物球与实施例1不同之处在于：不在微生物球中添加双氧水。应用此对比例制备的微生物球按照应用例3的投放量投撒，并种植挺水植物水葱。2个月后，检测河道水质，各项指标结果如表4所示。

相较于应用例3，对比例1在COD、BOD、TP、TN方面的指标上数值均有所增加，说明省去双氧水后处理效果均有不同程度的降低。

对比例2

所用微生物球与实施例1不同之处在于：不在微生物球中添加多孔生物质炭。应用此对比例制备的微生物球按照应用例3的投放量投撒，并种植挺水植物水葱。2个月后，检测河道水质，各项指标结果如表5所示。

相较于应用例3，对比例1在COD、BOD、TP、TN方面的指标上数值均有所增加，说明省去多孔生物质炭后处理效果均有不同程度的降低。

对比例3

与应用例3不同之处在于，不种植挺水植物水葱。2个月后，检测河道水质，各项指标结果如表6所示。

相较于应用例3，对比例1在COD、BOD、TP、TN方面的指标上数值均有所增加，说明省去挺水植物水葱后处理效果均有不同程度的降低。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只用于帮助理解本发明的方法以及核心思想；同时对于本领域技术人员，依据本发明的构思，在具体实施方式及应用范围上的变化均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种降解黑臭水体河道底泥的微生物球的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

1）制备A组分：将多孔生物质炭、微生物菌剂、麸皮、黏土以及水混合，得到A组分，其中多孔生物质炭、微生物菌剂、麸皮、黏土的质量比为 (3-5) : (3-5) : (2-4) : (0.5-2)；

2）制备内芯：在双氧水中加入蔗糖混合均匀，静置，得到外部包裹结晶蔗糖的双氧水内芯；

3）制备微生物球：用A组分包裹步骤2）制备得到的外部包裹结晶蔗糖的双氧水内芯，室温风干，得到微生物球。

2.如权利要求1所述的降解黑臭水体河道底泥的微生物球的制备方法，其特征在于，所述多孔生物质炭的制备方法为：将花生壳和盐酸按照0.5-3:1质量比混合、浸泡20-30 h，再在100-140℃干燥10-14 h后，在惰性气体的保护下炭化，得到多孔生物质碳。

3.如权利要求1所述的降解黑臭水体河道底泥的微生物球的制备方法，其特征在于，所述A组分中黏土与水的质量比为(0.5-2) : (0.5-2)。

4.如权利要求1所述的降解黑臭水体河道底泥的微生物球的制备方法，其特征在于，微生物菌剂为硝化细菌菌粉、反硝化细菌菌粉、芽孢杆菌菌粉按质量比(1-3):1:1混合的混合菌粉，有效活菌数≥1×10⁸。

5.如权利要求1所述的降解黑臭水体河道底泥的微生物球的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中制备的内芯直径为1-2cm，步骤3）得到微生物球直径为2-3cm。

6.如权利要求1所述的降解黑臭水体河道底泥的微生物球的制备方法，其特征在于，蔗糖在双氧水中的添加比例为2-4g/mL。

7.使用权利要求1-6所述制备方法制得的降解黑臭水体河道底泥的微生物球。

8.一种权利要求7所述微生物球在降解黑臭水体河道底泥中的应用，其特征在于，包括以下步骤：1）在黑臭水体底泥中加入微生物球，添加用量为2-5 kg/m²；2）在投加微生物球的黑臭河道底泥上种植挺水植物。

9.如权利要求8所述微生物球在降解黑臭水体河道底泥中的应用，其特征在于，所述步骤2）中挺水植物为芦苇、菖蒲、香蒲、水葱中的一种或多种组合。