CN110342756A - 一种水体底泥的原位生态修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水体底泥的原位生态修复方法，包括如下步骤：(1)快速充分搅动底泥，待底泥松散蓬松后，向水体中投放矿物底泥生态修复材料，边投边搅动底泥，使其在底泥中均匀分散，静置1~3天；(2)取水体中底泥，加入微生物菌液和琼脂，混合均匀后于室温下，堆积发酵5~7天后得菌泥液，将菌泥液于0~4℃冷冻干燥24小时后除去水分，再经研磨得菌泥粉。(3)将步骤(2)所制菌泥粉加入经步骤(1)中处理过的水体中，边夹边搅动，经3~5天微生物降解后完成底泥修复。本发明采用改性无机矿物材料进行重金属吸附，且加入菌泥粉使得有机物得到有效降解，从而全面高效进行底泥修复，具有矿物材料投放量低、治理彻底的优点。

Description

一种水体底泥的原位生态修复方法
技术领域
本发明属于环境治理技术领域，具体涉及一种水体底泥的原位生态修复方法。
背景技术
河流水体中的沉积物（俗称底泥），是水体研究的重要部分，沉积物、上覆水体、水体周围环境三者是一个统一的不可分割的整体。底泥是进入水体的各种营养物、污染物的主要积蓄场所。又是水体生态系统重要组成部分，底泥生物群落、化学组成、化学状态等直接影响水体自净能力和上覆水体水质。底泥不仅可以间接反映水体的污染情况，而且在一定条件下，底泥中的污染物(主要包括重金属、营养物质和难降解有机物)会向上覆水体释放，成为二次污染源，影响水体水质和富营养化过程，对水生生态系统构成严重威胁。将底泥原位生态修复等方法应用于水体治理，能促使水体自净能力增强，水色好转，水体透明度稳步提高 。
底泥的治理方法主要有以下几种：
(1)主要是通过水体的疏浚。
研究表明:底泥疏浚并不是控制水体富营养化的充分和必要条件，底泥疏浚对水质的改善效果受疏浚方式影响很大，适当的疏浚短期之内可以改善地表水体的水质，并且无论是采用一般疏浚还是精确疏浚技术，随着时间的延长，均可能出现某些污染组分又回复的现象。如果底泥疏浚不当，非但不会控制底泥污染物的释放，反而会加重上覆水体的污染程度。
清淤虽然能除去部分已污染的底泥，但受工程条件限制，不可能将全部污泥清掉，清淤后的底泥仍为新的污染源。研究发现水体疏浚后经较长时间，水质会重新恶化。所以对于底泥进行生态修复是水质提升的必要环节。
在目前情况下，有很多水体已缺乏生存环境，如水体两岸的硬化等现象，再经水体底泥疏浚，那就导致对水域生态环境的伤害加重。同时，异地底泥处理还有一个场地的问题，会不同程度造成二次污染。
(2)、利用化学物质。通过化学物质对水体净化会导致二次污染。
(3) 利用底泥覆盖。操作困难，同时又减少了水体的水容量。
底泥生态修复是利用物理和生物处理方法，对底泥中污染物进行降解和去除。一方面，通过吸附和沉降迅速清除水体中的悬浮物。另一方面，降解污泥中的有机质。生态修复法是最环保最先进的治理技术之一，能针对不同的污染种类的底泥物质选择不同的处理方法，同时对于周边环境及水体水域不会造成任何的二次污染和影响，并可以在短时间内解决水体的水质问题，特别是水体黑臭问题。同时能做到淤泥的减量化、资源化、无害化。目前多采用天然无机矿物质进行吸附完成底泥生态修复，由于矿物质的吸附率有限，导致矿物质的投放量较大，从而导致水体减少，水体治理效率不高等问题。
发明内容
本发明提供了一种水体底泥的原位生态修复方法，采用改性无机矿物材料进行重金属吸附，且加入菌泥粉使得有机物得到有效降解，从而全面高效进行底泥修复，具有矿物材料投放量低、治理彻底的优点。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：
一种水体底泥的原位生态修复方法，包括如下步骤：
(1) 重金属吸附：快速充分搅动底泥，待底泥松散蓬松后，向水体中投放矿物底泥生态修复材料，边投边搅动底泥，使其在底泥中均匀分散，静置1~3天；
(2) 菌泥粉制备：取水体中底泥，加入微生物菌液和琼脂，混合均匀后于室温下，堆积发酵5~7天后得菌泥液，将菌泥液于0~4℃冷冻干燥24小时后除去水分，再经研磨得菌泥粉。将微生物菌液制成菌泥粉便于在水体中投放，加入琼脂是为微生物菌株提供营养，使其在堆积发酵过程中迅速增长，以便彻底降解底泥中有机物。冷冻干燥的方法有助于保持微生物的活性。
(3) 有机物降解：将步骤(2)所制菌泥粉加入经步骤(1)中处理过的水体中，边夹边搅动，经3~5天微生物降解后完成底泥修复。
作为优选，步骤(1)中所述的底泥生态修复材料的制备方法为：将10~15重量份改性沸石、5~11重量份聚合硅酸铝铁、30~50重量份改性膨润土和29~50重量份陶土混合均匀后，研磨成150~250目超微颗粒，即为底泥生态修复材料。
重金属离子可以进入矿物的原子配位壳中，与-OH进行交换，通过共价键或配位键结合于矿物表面。粘土矿物羟基化表面可以通过静电作用与溶液中的重金属离子进行配位结合，其层与层之间以分子力结合，重金属容易进入层间与SiO-发生配合作用。粘土矿物对重金属离子的吸附过程可分为三个步骤：重金属离子经液膜扩散到粘土矿物表面，再由表面向内部扩散，最后在粘土矿物内部与活性基团发生化学反应，直至吸附达到平衡。无机矿物材料对重金属的吸附率与其表面积、-OH含量均有较大关系，天然未改性的矿物材料其因吸附有其他物质导致表面积降低、吸附率下降，且-OH含量有限也使其吸附率受限。
更优选，所述改性沸石或改性膨润土的制备方法为：
S1、预处理：将天然沸石或膨润土经800~1000℃马弗炉中焙烧8~12小时。高温焙烧预处理能将无机矿物已吸附物质除去，提高其表面积和吸附率。
S2、有机改性：将预处理好的天然沸石或膨润土与15~20wt%的硅烷偶联剂-甲苯溶液混合均匀，搅拌回流反应10小时后，抽滤，滤饼经甲苯洗涤数次，再经乙醇抽提24小时后，真空干燥，研磨得有机改性天然沸石或膨润土；
S3、接枝改性：将S2所制有机改性天然沸石或膨润土、羧甲基纤维素钠加入水中，调节PH为4，回流反应10小时，过滤，滤饼经水洗，真空干燥，研磨得改性沸石或改性膨润土。
将预处理的天然沸石或膨润土经硅烷偶联剂进行改性，使其表面接枝上硅烷偶联剂，与多羟基结构的羧甲基纤维素钠在酸性条件下完成酯交换，从而大大提高矿物材料中的羟基含量，增加其对重金属的吸附率和吸附稳定性。
作为优选，步骤(1)中所述的矿物底泥生态修复材料的投放量为5~10kg/亩水域。
作为优选，步骤(2)中所述的底泥、微生物菌液和琼脂的质量比为1：0.06 ~0.08：0.3~0.4，所述微生物菌液的总菌浓度为107~108CFU/mL，微生物菌液中的微生物菌为聚磷菌、酵母菌和芽孢杆菌混合物，三者质量比为1:2:1。
作为优选，步骤(3)中所述的菌泥粉的投放量为3~5 kg/亩水域。
作为优选，步骤S2中所述的硅烷偶联剂-甲苯溶液的质量为天然沸石或膨润土质量的20~25倍。
作为优选，步骤S3中所述的有机改性天然沸石或膨润土、羧甲基纤维素钠和水的质量比为1:0.2~0.4:20~30。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用生态环保的方法修复底泥，成本低廉，可操作性强，治理彻底且治理效率较高。
2、本发明通过对无机矿物材料改性，使其对重金属的吸附率和吸附稳定性大大提高，减少了修复材料的投放量。
3、本发明将微生物菌液制成菌泥粉，便于菌液投放，同时加入琼脂营养物质，使得微生物繁殖增量，也能有助于水体中原有的微生物增长，从而高效降解底泥中有机物，达到彻底治理的目的。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。
实施例1
(1) 将天然沸石经800℃马弗炉中焙烧12小时。
(2) 将预处理好的100g天然沸石与2000g 20wt%的硅烷偶联剂-甲苯溶液混合均匀，搅拌回流反应10小时后，抽滤，滤饼经甲苯洗涤数次，再经乙醇抽提24小时后，真空干燥，研磨得有机改性天然沸石或膨润土。
(3) 将500g所制有机改性天然沸石、150g羧甲基纤维素钠加入15kg水中，调节PH为4，回流反应10小时，过滤，滤饼经水洗，真空干燥，研磨得562g改性沸石。采用与步骤(1)~(3)相同的方法制得500g改性膨润土。
(4) 将12重量份改性沸石、10重量份聚合硅酸铝铁、40重量份改性膨润土和38重量份陶土混合均匀后，研磨成150~250目超微颗粒，即为底泥生态修复材料。
(5) 取水体中100g底泥，加入6g微生物菌液和30g琼脂，混合均匀后于室温下，堆积发酵5天后得菌泥液，将菌泥液于2℃冷冻干燥24小时后除去水分，再经研磨得118g菌泥粉。所述微生物菌液的总菌浓度为108CFU/mL，微生物菌液中的微生物菌为聚磷菌、酵母菌和芽孢杆菌混合物，三者质量比为1:2:1。
(6) 重金属吸附：快速充分搅动底泥，待底泥松散蓬松后，向水体中投放矿物底泥生态修复材料，边投边搅动底泥，使其在底泥中均匀分散，静置5天，所述的矿物底泥生态修复材料的投放量为7kg/亩水域。
(7) 有机物降解：将步骤(5)所制菌泥粉加入经步骤(6)中处理过的水体中，边夹边搅动，经4天微生物降解后完成底泥修复，所述的菌泥粉的投放量为5 kg/亩水域。
实施例2
(1) 将天然沸石经900℃马弗炉中焙烧10小时。
(2) 将预处理好的100g天然沸石与2200g 18wt%的硅烷偶联剂-甲苯溶液混合均匀，搅拌回流反应10小时后，抽滤，滤饼经甲苯洗涤数次，再经乙醇抽提24小时后，真空干燥，研磨得有机改性天然沸石或膨润土。
(3) 将500g所制有机改性天然沸石、100g羧甲基纤维素钠加入10kg水中，调节PH为4，回流反应10小时，过滤，滤饼经水洗，真空干燥，研磨得556g改性沸石。采用与步骤(1)~(3)相同的方法制得500g改性膨润土。
(4) 将15重量份改性沸石、5重量份聚合硅酸铝铁、30重量份改性膨润土和50重量份陶土混合均匀后，研磨成150~250目超微颗粒，即为底泥生态修复材料。
(5) 取水体中100g底泥，加入8g微生物菌液和40g琼脂，混合均匀后于室温下，堆积发酵6天后得菌泥液，将菌泥液于0℃冷冻干燥24小时后除去水分，再经研磨得136g菌泥粉。所述微生物菌液的总菌浓度为5x107CFU/mL，微生物菌液中的微生物菌为聚磷菌、酵母菌和芽孢杆菌混合物，三者质量比为1:2:1。
(6) 重金属吸附：快速充分搅动底泥，待底泥松散蓬松后，向水体中投放矿物底泥生态修复材料，边投边搅动底泥，使其在底泥中均匀分散，静置4天，所述的矿物底泥生态修复材料的投放量为5kg/亩水域。
(7) 有机物降解：将步骤(5)所制菌泥粉加入经步骤(6)中处理过的水体中，边夹边搅动，经3天微生物降解后完成底泥修复，所述的菌泥粉的投放量为4 kg/亩水域。
实施例3
(1) 将天然沸石经1000℃马弗炉中焙烧8小时。
(2) 将预处理好的100g天然沸石与2500g 25wt%的硅烷偶联剂-甲苯溶液混合均匀，搅拌回流反应10小时后，抽滤，滤饼经甲苯洗涤数次，再经乙醇抽提24小时后，真空干燥，研磨得有机改性天然沸石或膨润土。
(3) 将500g所制有机改性天然沸石、200g羧甲基纤维素钠加入12.5kg水中，调节PH为4，回流反应10小时，过滤，滤饼经水洗，真空干燥，研磨得547g改性沸石。采用与步骤(1)~ (3)相同的方法制得500g改性膨润土。
(4) 将10重量份改性沸石、11重量份聚合硅酸铝铁、50重量份改性膨润土和29重量份陶土混合均匀后，研磨成150~250目超微颗粒，即为底泥生态修复材料。
(5) 取水体中100g底泥，加入7g微生物菌液和35g琼脂，混合均匀后于室温下，堆积发酵7天后得菌泥液，将菌泥液于4℃冷冻干燥24小时后除去水分，再经研磨得122g菌泥粉。所述微生物菌液的总菌浓度为107CFU/mL，微生物菌液中的微生物菌为聚磷菌、酵母菌和芽孢杆菌混合物，三者质量比为1:2:1。
(6) 重金属吸附：快速充分搅动底泥，待底泥松散蓬松后，向水体中投放矿物底泥生态修复材料，边投边搅动底泥，使其在底泥中均匀分散，静置3天，所述的矿物底泥生态修复材料的投放量为10kg/亩水域。
(7) 有机物降解：将步骤(5)所制菌泥粉加入经步骤(6)中处理过的水体中，边夹边搅动，经5天微生物降解后完成底泥修复，所述的菌泥粉的投放量为3 kg/亩水域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水体底泥的原位生态修复方法，其特征在于，所述水体底泥的原位生态修复方法包括如下步骤：
(1) 重金属吸附：快速充分搅动底泥，待底泥松散蓬松后，向水体中投放矿物底泥生态修复材料，边投边搅动底泥，使其在底泥中均匀分散，静置1~3天；
(2) 菌泥粉制备：取水体中底泥，加入微生物菌液和琼脂，混合均匀后于室温下，堆积发酵5~7天后得菌泥液，将菌泥液于0~4℃冷冻干燥24小时后除去水分，再经研磨得菌泥粉；
(3) 有机物降解：将步骤(2)所制菌泥粉加入经步骤(1)中处理过的水体中，边夹边搅动，经3~5天微生物降解后完成底泥修复。
2.如权利要求1所述的水体底泥的原位生态修复方法，其特征在于，步骤(1)中所述的底泥生态修复材料的制备方法为：将10~15重量份改性沸石、5~11重量份聚合硅酸铝铁、30~50重量份改性膨润土和29~50重量份陶土混合均匀后，研磨成150~250目超微颗粒，即为底泥生态修复材料。
3.如权利要求2所述的水体底泥的原位生态修复方法，其特征在于，所述改性沸石或改性膨润土的制备方法为：
S1、预处理：将天然沸石或膨润土经800~1000℃马弗炉中焙烧8~12小时；
S2、有机改性：将预处理好的天然沸石或膨润土与15~20wt%的硅烷偶联剂-甲苯溶液混合均匀，搅拌回流反应10小时后，抽滤，滤饼经甲苯洗涤数次，再经乙醇抽提24小时后，真空干燥，研磨得有机改性天然沸石或膨润土；
S3、接枝改性：将S2所制有机改性天然沸石或膨润土、羧甲基纤维素钠加入水中，调节PH为4，回流反应10小时，过滤，滤饼经水洗，真空干燥，研磨得改性沸石或改性膨润土。
4.如权利要求1所述的水体底泥的原位生态修复方法，其特征在于，步骤(1)中所述的矿物底泥生态修复材料的投放量为5~10kg/亩水域。
5.如权利要求1所述的水体底泥的原位生态修复方法，其特征在于，步骤(2)中所述的底泥、微生物菌液和琼脂的质量比为1：0.06 ~0.08：0.3~0.4，所述微生物菌液的总菌浓度为107~108CFU/mL，微生物菌液中的微生物菌为聚磷菌、酵母菌和芽孢杆菌混合物，三者质量比为1:2:1。
6.如权利要求1所述的水体底泥的原位生态修复方法，其特征在于，步骤(3)中所述的菌泥粉的投放量为3~5 kg/亩水域。
7.如权利要求3所述的水体底泥的原位生态修复方法，其特征在于，步骤S2中所述的硅烷偶联剂-甲苯溶液的质量为天然沸石或膨润土质量的20~25倍。
8.如权利要求3所述的水体底泥的原位生态修复方法，其特征在于，步骤S3中所述的有机改性天然沸石或膨润土、羧甲基纤维素钠和水的质量比为1:0.2~0.4:20~30。
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