CN109336258A - 一种富营养化水体的生态修复方法 - Google Patents

一种富营养化水体的生态修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种富营养化水体的生态修复方法，包括：在富营养化水体内根据地形结构设置拦截单元，将富营养化水体分成至少两个单元，将第一单元内的水抽干，对第一单元内的底泥进行消毒处理，脱水；向第一单元内的底泥喷洒复合微生物菌剂和铁矿石粉，将其他单元的水的回灌回所述第一单元至水深为10‑40cm；至少2天后，种植能够吸收底泥和水体中营养物质的沉水植物，再向第一单元内投放轮虫（Brachionus），轮虫选用经驯化能够专门吞噬蓝绿藻的轮虫；至少一周后，将其他单元的水的回灌回第一单元至水深为100‑150cm；至少两天后，再次向第一单元内的底泥喷洒复合微生物菌剂；至少两天后，将其他单元的水的回灌回第一单元至正常水位，向第一单元内投放水生动物。

Description

一种富营养化水体的生态修复方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体而言，涉及一种富营养化水体的生态修复方法。
背景技术
近几十年来，随着社会的发展以及对水资源的过度利用及污染，我国浅水湖泊及河流多数已经呈现富营养化状态或趋于富营养化。当前，富营养化湖泊的治理方法主要包括化学修复法、生物修复法及物理修复法。其中最常用的是物理修复法中的底泥清淤技术，该技术能够直接快速地将污染底泥从湖泊中彻底清除，并且增加水体库容，适用于底泥厚度大、沉积时间长的水体。
底泥清淤在广泛应用的同时也存在一定的环境风险，其主要负面影响是造成水体富营养化。清淤引起底泥重悬浮，破坏湖泊底泥的微生态系统，短期内使营养盐大量释放，还会降低底泥微生物活性及多样性，使湖泊自净能力下降甚至丧失，释放的高浓度营养盐由于自净能力的下降而在短时间内无法消除，使得湖泊清淤后呈现富营养化状态。清淤后氮磷的过度释放常常是蓝藻爆发的主要原因。过度的氮素释放，常常会造成水体蓝藻的迅速繁殖。针对清淤造成的影响，国内外针对于其造成的各类环境效应及风险的研究评估上，因为清淤会造成各种环境效应，而且清淤耗费的成本高昂，且清淤通常无法从根本上解决富营养化的问题，所以需要开发一种新的能够保持富营养化水体持续稳定的生态修复方法。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种富营养化水体的生态修复方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种富营养化水体的生态修复方法，包括以下步骤：
(1)预处理：在富营养化水体内根据地形结构设置拦截单元，将富营养化水体分成至少两个单元，将第一单元内的水抽干，对所述第一单元内的底泥进行消毒处理，脱水；
(2)向所述第一单元内的底泥喷洒复合微生物菌剂和铁矿石粉，所述复合微生物菌剂包括氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌和嗜磷菌，将其他单元的水的回灌回所述第一单元，使所述第一单元的水深为10-40cm；
(3)至少2天后，种植能够吸收底泥和水体中营养物质的沉水植物，再向所述第一单元内投放轮虫(Brachionus)，所述轮虫(Brachionus)为经驯化能够专门吞噬蓝绿藻的轮虫(Brachionus)；
(4)至少一周后，将其他单元的水的回灌回所述第一单元，使所述第一单元的水深为100-150cm；
(5)至少两天后，再次向所述第一单元内喷洒所述复合微生物菌剂；
(6)至少两天后，将其他单元的水的回灌回所述第一单元，使所述第一单元的水深回到正常水位，向所述第一单元内投放水生动物。
在一些优选的实施方式中，还包括采用步骤(1)-(6)对另一单元进行处理的步骤。
在一些优选的实施方式中，所述消毒处理是采用撒生石灰的方式进行。
在一些优选的实施方式中，所述铁矿石粉的粒径小于5mm。
在一些优选的实施方式中，所述沉水植物包括黑藻、菹草、苦草。
在一些优选的实施方式中，所述轮虫(Brachionus)的投放量是200-300只/m2。
在一些优选的实施方式中，所述复合微生物菌剂中氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌和嗜磷菌的质量比为(20-25)：(30-45)：(15-20)：(15-25)：(50-75)。
在一些优选的实施方式中，所述复合微生物菌剂的总投放量是1-5g/m2。
在一些优选的实施方式中，所述水生动物包括鲢鱼、鳙鱼、椭圆萝卜螺、珠母贝和河蚬。
在一些优选的实施方式中，所述水生动物的投放密度为10-20只/1000m2。
下面对本发明的优点或原理进行说明：
本发明提供了一种富营养化水体的生态修复方法，包括以下步骤：(1)预处理：在富营养化水体内根据地形结构设置拦截单元，将富营养化水体分成至少两个单元，将第一单元内的水抽干，对所述第一单元内的底泥进行消毒处理，脱水；(2)向所述第一单元内的底泥喷洒复合微生物菌剂和铁矿石粉，所述复合微生物菌剂包括氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌和嗜磷菌，将其他单元的水的回灌回所述第一单元，使所述第一单元的水深为10-40cm；(3)至少2天后，种植能够吸收底泥和水体中营养物质的沉水植物，再向所述第一单元内投放轮虫(Brachionus)，轮虫(Brachionus)选用经驯化能够专门吞噬蓝绿藻的轮虫(Brachionus)；(4)至少一周后，将其他单元的水的回灌回所述第一单元，使所述第一单元的水深为100-150cm；(5)至少两天后，再次向所述第一单元内喷洒所述复合微生物菌剂；(6)至少两天后，将其他单元的水的回灌回所述第一单元，使所述第一单元的水深回到正常水位，向所述第一单元内投放水生动物。
1.首先本发明所述的富营养化水体的生态修复方法是原位修复方法，无须清淤，底泥和水均是在原位进行修复的，没有将进行机械清淤，所以对水体的生态影响很小。
2.经过大量对比试验发现，采用氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌和嗜磷菌混合得到的菌剂进行底泥处理，相比较其他菌剂处理底泥，能够更有效地抑制底泥中氮和磷的释放，能够显著降低硝酸盐和亚硝酸盐的释放。因为投加菌剂后，反硝化作用强，硝化作用弱，反硝化作用和硝化作用强度相近，由硝化作用生成的硝酸盐和亚硝酸盐被反硝化作用消除，反硝化作用是需要消耗有机质的反应，底泥中有机质含量高，且投加了反硝化细菌，可以抑制底泥释放氮，抑制底泥加剧水体富营养化问题。
3.本发明所述生态修复方法利用铁矿石粉和复合微生物菌剂来进行底泥修复，微生物菌剂作用的过程中，内部氧化还原会导致铁矿石粉中的铁溶出，在底泥间隙水中监测到较高浓度的亚铁离子和铁离子，铁离子浓度增加，可以进一步增强污水净化效率。
4、目前市场上采用食藻虫吞噬蓝绿藻已有研究，但是尚未有关于采用轮虫(Brachionus)吞噬蓝绿藻的研究，轮虫(Brachionus)属于水生昆虫，在各类水体中均有广泛分布，耐受性极强，能在富营养化水体中生存，通过对轮虫(Brachionus)进行驯化，适应了富营养化水体的轮虫(Brachionus)能够以蓝绿藻为食，可以帮助水体净化。
5、采用水生动物、沉水植物来进行污水净化处理，一方面水生动物和沉水植物通过吸收或者吞噬的方式去除水体或者底泥中的部分污染物质，不会产生二次污染，而且通过丰富物种多样性，有助于水体生态系统的恢复和稳定。
6、本发明采用分单元+阶段提升水位的方式进行水体修复，首先低水位低污染程度更利于轮虫(Brachionus)、沉水植物成活，如果一次性将水回灌至所述第一单元内，由于水体的透明度低，沉水植物种植后在底部无法接受足够的阳光，会腐烂死亡，难以成功建立种群，而且分阶段提升水位，也可以避免一次性污染物浓度过高导致修复失败。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)；
此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
本发明提供了一种富营养化水体的生态修复方法，包括以下步骤：
(1)预处理：在富营养化水体内根据地形结构设置拦截单元，将富营养化水体分成至少两个单元，将第一单元内的水抽干，对所述第一单元内的底泥进行消毒处理，所述消毒处理是采用撒生石灰的方式进行，脱水。
(2)向所述第一单元内的底泥喷洒复合微生物菌剂和铁矿石粉，所述复合微生物菌剂包括氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌和嗜磷菌，各种细菌都是从市场上采购获得，所述复合微生物菌剂中氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌和嗜磷菌的质量比为(20-25)：(30-45)：(15-20)：(15-25)：(50-75)，如20：30：15：15：50、20：45：20：25：75、25：40：15：20：60，在优选的实施方式中，所述复合微生物菌剂中氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌和嗜磷菌的质量比为25：45：15：15：75，所述复合微生物菌剂的总投放量是1-5g/m2，如1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5g/m2，优选的实施例中总投放量为5g/m2，此次所述复合微生物菌剂的投放量是0.8-3.5g/m2，优选的此次投放3.5g/m2，铁矿石粉的投放量为50-150g/m2，如50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150g/m2，将其他单元的水的回灌回所述第一单元，使所述第一单元的水深为10-40cm，如10、15、20、25、30、35、40cm。铁矿石粉是冶炼废料，成本低廉，取用容易，采用其作为底泥修复材料，与微生物菌剂复合使用，能够有效提升净化效率。优选地，选用的铁矿石粉的粒径小于5mm。微生物菌剂作用的过程中，内部氧化还原会导致铁矿石粉中的铁溶出，在底泥间隙水中监测到较高浓度的亚铁离子和铁离子，铁离子浓度增加，可以进一步增强污水净化效率。
(3)至少2天后，具体可以是2天、3天、4天、5天、8天后，种植能够吸收底泥和水体中营养物质的沉水植物，所述沉水植物包括黑藻、菹草、苦草，再向所述第一单元内投放轮虫(Brachionus)，所述轮虫(Brachionus)的投放量是200-300只/m2，轮虫(Brachionus)选用经驯化能够专门吞噬蓝绿藻的轮虫(Brachionus)，所述轮虫(Brachionus)是从本土富营养化水体中采集而来，取富营养化水体中水样进行驯化培养35天后，筛选出一批能够吞噬蓝绿藻的轮虫(Brachionus)，再采用富营养化水体进行繁殖，最终得到的批量轮虫(Brachionus)。
(4)至少一周后，具体可以是一周、10天、12天、15天、18天等，将其他单元的水的回灌回所述第一单元，使所述第一单元的水深为100-150cm，如100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150cm；(5)至少两天后，具体可以是2天、3天、4天、5天、8天后，再次向所述第一单元内的底泥喷洒所述复合微生物菌剂，此次所述复合微生物菌剂的总投放量是0.2-1.5g/m2。再次喷洒复合微生物菌剂进一步稳定水体情况，能够有效防止水回灌后水质恶化。
(6)至少两天后，具体可以是2天、3天、4天、5天、8天后，将其他单元的水的回灌回所述第一单元，使所述第一单元的水深回到正常水位，向所述第一单元内投放水生动物，所述水生动物包括鲢鱼、鳙鱼、椭圆萝卜螺、珠母贝和河蚬，所述水生动物的投放密度为10-20只/1000m2。
本发明所述的富营养化水体的生态修复方法是原位修复方法，无须清淤，底泥和水均是在原位进行修复的，没有将进行机械清淤，所以对水体的生态影响很小。
3.本发明所述生态修复方法利用铁矿石粉和复合微生物菌剂来进行底泥修复，微生物菌剂作用的过程中，内部氧化还原会导致铁矿石粉中的铁溶出，在底泥间隙水中监测到较高浓度的亚铁离子和铁离子，铁离子浓度增加，可以进一步增强污水净化效率。
目前市场上采用食藻虫吞噬蓝绿藻已有研究，但是采用轮虫(Brachionus)吞噬蓝绿藻尚未有人进行研究，通过对轮虫(Brachionus)进行驯化，适应了富营养化水体的轮虫(Brachionus)能够以蓝绿藻为食，可以帮助水体净化。
采用水生动物、沉水植物来进行污水净化处理，一方面水生动物和沉水植物通过吸收或者吞噬的方式去除水体或者底泥中的部分污染物质，不会产生二次污染，而且通过丰富物种多样性，有助于水体生态系统的恢复和稳定。
本发明采用分单元+阶段提升水位的方式进行水体修复，首先低水位低污染程度更利于轮虫(Brachionus)、沉水植物成活，如果一次性将水回灌至所述第一单元内，由于水体的透明度低，沉水植物种植后在底部无法接受足够的阳光，会腐烂死亡，难以成功建立种群，而且分阶段提升水位，也可以避免一次性污染物浓度过高导致修复失败。
底泥修复材料筛选实验
分别选用多种修复材料组合进行对比试验，具体细菌组合见表1，复合菌剂中各种菌的质量比为1：1，取富营养化水体的底泥10g和富营养化水体500mL，取水过滤后分析水中总磷、总氮、氨氮，分别加入各种修复材料，各组投加菌总剂量相同均为1g，序号12号实验中增加了5g铁矿石粉，铁矿石粉粒径≤5mm，处理15h后，取水过滤后分析水中总磷、总氮、氨氮，计算总磷、总氮、氨氮的降低率，总氮的测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，总磷的测定采用钼酸铵分光光度法，氨氮采用纳氏试剂比色法，底泥修复材料筛选实验结果如表1所示。
表1底泥修复材料筛选实验结果
由实验结果可以看到，采用氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌和嗜磷菌混合得到的菌剂进行底泥处理，相比较其他菌剂处理底泥，能够更有效地抑制底泥中氮和磷的释放，能够显著水中氮磷浓度，比其他单一菌剂和其他复合菌剂净化水和效果更好，而且该菌剂与铁矿石粉结合能够进一步提高净化效果。因为投加菌剂后，反硝化作用强，硝化作用弱，反硝化作用和硝化作用强度相近，由硝化作用生成的硝酸盐和亚硝酸盐被反硝化作用消除，反硝化作用是需要消耗有机质的反应，底泥中有机质含量高，且投加了反硝化细菌，可以抑制底泥释放氮，抑制底泥加剧水体富营养化问题。

Claims (10)

1.一种富营养化水体的生态修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理：在富营养化水体内根据地形结构设置拦截单元，将富营养化水体分成至少两个单元，将第一单元内的水抽干，对所述第一单元内的底泥进行消毒处理，脱水；
（2）向所述第一单元内的底泥喷洒复合微生物菌剂和铁矿石粉，所述复合微生物菌剂包括氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌和嗜磷菌，将其他单元的水的回灌回所述第一单元，使所述第一单元的水深为10-40cm；
（3）至少2天后，种植能够吸收底泥和水体中营养物质的沉水植物，再向所述第一单元内投放轮虫（Brachionus），所述轮虫（Brachionus）选用经驯化能够专门吞噬蓝绿藻的轮虫（Brachionus）；
（4）至少一周后，将其他单元的水的回灌回所述第一单元，使所述第一单元的水深为100-150cm；
（5）至少两天后，再次向所述第一单元内喷洒所述复合微生物菌剂；
（6）至少两天后，将其他单元的水的回灌回所述第一单元，使所述第一单元的水深回到正常水位，向所述第一单元内投放水生动物。
2.根据权利要求1所述的富营养化水体的生态修复方法，其特征在于，还包括采用步骤（1）-（6）对另一单元进行处理的步骤。
3.根据权利要求1所述的富营养化水体的生态修复方法，其特征在于，所述消毒处理是采用撒生石灰的方式进行。
4.根据权利要求1所述的富营养化水体的生态修复方法，其特征在于，所述铁矿石粉的粒径小于5mm。
5.根据权利要求1所述的富营养化水体的生态修复方法，其特征在于，所述沉水植物包括黑藻、菹草、苦草。
6.根据权利要求1所述的富营养化水体的生态修复方法，其特征在于，所述轮虫（Brachionus）的投放量是200-300只/m2。
7.根据权利要求1所述的富营养化水体的生态修复方法，其特征在于，所述复合微生物菌剂中氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、反硝化细菌和嗜磷菌的质量比为（20-25）：（30-45）：（15-20）：（15-25）：（50-75）。
8.根据权利要求1所述的富营养化水体的生态修复方法，其特征在于，所述复合微生物菌剂的总投放量是1-5g/m2，铁矿石粉的投放量为50-150 g/m2。
9.根据权利要求1所述的富营养化水体的生态修复方法，其特征在于，所述水生动物包括鲢鱼、鳙鱼、椭圆萝卜螺、珠母贝和河蚬。
10.根据权利要求1所述的富营养化水体的生态修复方法，其特征在于，所述水生动物的投放密度为10-20只/1000 m2。
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