CN110698012A - 一种黑臭河道底泥快速消减方法 - Google Patents

一种黑臭河道底泥快速消减方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种黑臭河道底泥快速消减方法，具体包括如下步骤：S1、复合微生物菌剂的制备；S2、生物膜反应器的布置；S3、生物带水体净化装置的安装；S4、靶向曝气。本黑臭河道底泥快速消减方法通过筛选有效消减底泥的微生物菌株，配制复合菌制剂，釆用靶向微纳米曝气技术，结合微介质微生物投菌技术，促进底泥有机污染物的靶向原位降解，有效消减黑臭底泥，改善污染河涌上覆水的水质。

Description

一种黑臭河道底泥快速消减方法
技术领域
本发明涉及污泥净化技术领域，具体涉及一种黑臭河道底泥快速消减方法。
背景技术
在城市规模化发展过程中，城市水体的污染状况日益严峻，黑臭河道的污染问题突出。从城市黑臭河道的成因来看，底泥是河流产生黑臭现象的主要内源污染之一，底泥的污染与再悬浮都可能给上覆水水质带来严峻的威胁。
对底泥的消减分为物理方法、化学方法和生物方法。物理化学方法，如换水、矿粉覆盖和撒施石灰等多为应急措施，并不能从根本上彻底改善底质，以利用功能微生物的生物净化方法具有针对强、效率高、费用低和环境友好等特点，具有广阔发展前景。目前，对于水域的处理往往只停留在水污染治理，忽略了底泥对上覆水的二次污染问题，没有从根本上将污染物从水体清除。而且，大多数研究多注重用单一微生物覆盖水或底泥的单一净化，采用物理与生物综合技术净化底泥并同时关注底泥和上覆水净化的研究还鲜有报道。
公开号为：CN108128995A的中国发明申请公开了一种底泥改良与原位消减技术，可消除水体中因农业、工业造成的有毒有害污染，对底泥原位消减，解决内源性污染；效果持续时间长，无需工程清於；解决重复治理重复投入的问题，缩短水体治理修复周期；同时去除有机物氨氮磷，耐盐度高，具有多种酶体系，应用不同底泥环境；所有产品无腐蚀、无刺激，对水生动植物、人及动物安全环保，无残留、无污染；靶向微生物改良底栖生态，疏松活化底泥，提高泥水界面溶氧量；消除“水浑”、“水脏”、“水粘”、“水臭”、“水色差”等现象，有效去除底泥中磷、硫化物、油和多环芳烃等。但是该技术忽略了底泥对上覆水的二次污染问题，没有从根本上将污染物从水体清除。
又如，公开号为：CN208603978U的中国实用新型专利公开了一种底泥消减装置，包括主支架，所述主支架四周均安装有浮体，所述主支架上表面安装有副支架，所述副支架另一端安装有平台，所述平台上表面一侧安装有鼓风机，所述鼓风机上的出气端通过接头与空气输送管连接，所述空气输送管的另一端依次穿过平台、主支架和气水导流器外壁与曝气盘管连接，所述曝气盘管设置在气水导流器内壁上，所述气水导流器顶部贯穿主支架，所述气水导流器外壁上安装有导流器高度微调器，所述平台上表面另一侧安装有副支架，所述副支架另一端安装有太阳能面板。本实用新型可广泛应用于水体增氧和消减底泥的水治理领域，设备安装简单，即装即用，十分方便，实用性强。但是，该装置容易伤及原生土，并容易对河道边坡和生态系统造成一定的影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种黑臭河道底泥快速消减方法，通过筛选有效消减底泥的微生物菌株，配制复合菌制剂，釆用靶向微纳米曝气技术，结合微介质微生物投菌技术，促进底泥有机污染物的靶向原位降解，有效消减黑臭底泥，改善污染河涌上覆水的水质。
为实现上述技术方案，本发明提供了一种黑臭河道底泥快速消减方法，具体包括以下步骤：
S1、复合微生物菌剂的制备：采集黑臭底泥样品，从黑臭底泥中分离具有消减底泥功能的本土微生物菌株，分析所筛微生物及其不同比例的复配对黑臭底泥的消减效果，设定不同的复合菌剂投加量，以底泥厚度、有机质含量、生物降解能力为检测指标，评价复合菌剂添加量对城市黑臭河道底泥消减效果的影响，确定适合黑臭底泥与水体的投菌量；
S2、生物膜反应器的布置：生物膜反应器包括中空纤维曝气管和微生物膜，其中中空纤维曝气管安装在河床底部，条形状的微生物膜安装在中空纤维曝气管的曝气口处，利用中空纤维曝气管作为微生物膜附着的载体并为微生物膜曝气；
S3、生物带水体净化装置的安装：以醛化纤纶为基本材料制作成条形状的生物带，采用沉水套件安装于涌底，生物带之间间隔安装并顺河涌布置；
S4、靶向曝气：将多个微纳米曝气机均匀布置在河床底部，并将步骤S1中制得的复合微生物菌制剂加入至微纳米曝气机内，微纳米曝气机与生物膜反应器中的中空纤维曝气管连接，通过微纳米曝气机将水与空气高度相溶混合，并通过超声波空化弥散释放出高密度的、均匀的超微米气泡，形成气液混合体，将复合微生物菌制剂随气泡在水中均匀扩散，并且在靶向曝气的过程中将部分复合微生物菌制剂附着在微生物膜和生物带上。
优选的，所述步骤S1中具体包括如下步骤：
S11、菌株筛选：采集底泥样品，置于经灭菌处理的容积为100ml的取样瓶中，放入冰盒内，用于细菌分离培养，将污泥用无菌水制成悬浮液，以300目筛绢网过滤，滤液6000r/min离心，弃去上清液，再以无菌水制成混悬液，在超净操作台中，取1ml混悬液样品，加入含9mlTSB液体培养基的试管中，按1∶10梯度制成6个梯度稀释液，分别取100μl均匀涂布于TSB固体培养基上，置于28℃恒温培养箱中培养72h，按照形态特征，挑取优势生长的单菌落置于TSB液体培养基中，28℃条件下培养24h，再分别以接种环平板划线的方式接种于TSB固体培养基上，28℃恒温培养72h，重复平板划线操作3次，直至培养基上存在单一菌落；
S12、菌株对底泥和覆盖水净化能力的比较实验：将斜面菌种活化，加入2mL无菌水，刮下菌苔，倒入装有50mL无菌水的150mL三角瓶中，振荡混匀，制成菌悬液；在装有25mL牛肉膏蛋白胨液体培养基的150mL三角瓶中接入菌悬液0.5mL，28℃，200r·min-1摇床振荡培养24h，得发酵液，在柱形生物反应器内装20cm厚底泥和50cm高上覆水，环境温度22℃，实验组分别接种上述发酵液，接种量1.5％，活菌数量1×108cfu·mL-1，空白对照不加菌，每组3次重复，定期充气0.5h，3d时取上清液，取样前反应器静止0.55h以上，10d时取样检测底泥和覆盖水的指标，选取出消减能力较强的优势菌株；
S13、分子鉴定：利用土壤基因组DNA提取试剂盒提取细菌总DNA，使用PCR扩增16SrRNA基因引物，电泳检测、切胶回收、连接、转化后，在LB平板涂布，37℃恒温培养，挑单菌落LB液体培养基扩培，以通用引物M13进行菌液PCR检测，将阳性克隆测序，将菌株测序结果进行BLAST检索，筛选同源性高的细菌16SrRNA基因序列，构建系统发育进化树；
S14、筛选菌株的培养条件优化：在温度为30℃条件下，设置6.0、6.5、6.8、7.0共4个pH梯度，每个梯度设置3个平行，将菌液各20μl加入到不同pH的150mL TSB培养液中，150r/min、30℃培养48h，每2h取50μl培养液，比色皿中稀释至1ml，根据OD值绘制生长曲线，以最先进入生长平台期为基准确定最佳生长pH，在最佳生长pH条件下，设置30℃、33℃、36℃、39℃共4个温度，每个梯度设置3个平行，将菌液各20μl加入到不同温度的150mLTSB培养液中，150r/min、30℃培养48h，每2h取50μl培养液，在比色皿中稀释至1ml，根据OD值绘制生长曲线，确定最佳生长温度；
S15、复合菌剂的制备：将各个培养48h的菌液分别于8000r/min离心15min后得到菌泥，向菌泥中加入保护剂后在-35℃预冻6h以上，然后将预冻好的菌粉在-55摄氏度、4-6Pa冷冻干燥机中干燥24h，干燥保存得菌粉，将不同菌粉按比例混合即可得到复合菌剂；
S16、净化调控效果测试：将制得的复合菌剂按照每立方10g菌粉投放至采集的水样和泥样内，每隔一段时间对泥样中的底泥削减厚度、氨态氮、有机质、溶解氧含量进行检测，根据检测结构选择出最佳的复合菌剂。
优选的，所述步骤S11中，采用水解酪朊培养基用于菌株产蛋白酶能力检测，采用SLB固体培养基用于菌株产淀粉酶能力检测，当单一菌落产生后，将分离后的单菌落挑取点接于水解酪朊培养基和SLB固体培养基上，培养24h后，在水解酪朊培养基上滴加三氯乙酸溶液，判定产蛋白酶能力；在SLB固体培养基上滴加碘液，判断产淀粉酶能力，观察并测量透明圈和菌落的直径比(R/r)，比值越大，说明产酶能力越强。
进一步优选的，所述水解酪朊培养基的配方为：干酪素10g，L-酪氨酸0.05g，NaHPO4·2H2O2.8g，MgSO40.24g，NgCl 0.16g，FeSO40.002g，琼脂20g，蒸馏水补足至1000mL，121℃灭菌20min。
进一步优选的，所述SLB固体培养基的配方为：酵母膏5g，蛋白胨10g，NaCl 5g，可溶性淀粉5g，琼脂18g，蒸馏水补足至1000mL，121℃灭菌20min。
优选的，所述靶向曝的工作参数如下：工作压力：0.4～0.5Mpa，气泡发生量：16L/m，气泡粒径：200nm～4μm，气泡上升速度：4mm/s～8mm/s，含气率：84～90％，进气方式：负压进气。
优选的，所述相邻两靶向曝气装置的间隔距离为80-90m。
优选的，所述生物膜反应器中的中空纤维曝气管采用沉水式风机供气，经pvc供气管道输送至微生物膜，生物膜反应器沿河涌均匀分布。
优选的，本方法还包括污泥抽吸，使用绞吸式挖泥船带水作业，将河涌底泥通过头部的绞吸式挖泥设备在封闭空间绞吸制浆，通过泵送系统抽吸上来，通过管道输送直接进入污泥干化设备，设备把泵排出的高浓度污浆进行固液分离，经过固液分离后得到含水率35～55％的干化污泥，通过传送带运输到密闭且防渗的运输车内运走处理。优选的，所述生物膜反应器与生物带水体净化装置之间交叉布置。
本发明提供的一种黑臭河道底泥快速消减方法有益效果在于：
1)本黑臭河道底泥快速消减方法通过筛选有效消减底泥的微生物菌株，配制复合菌制剂，釆用靶向微纳米曝气技术，结合微介质微生物投菌技术，促进底泥有机污染物的靶向原位降解，有效消减黑臭底泥，改善污染河涌上覆水的水质；
2)本黑臭河道底泥快速消减方法采用微纳米曝气机靶向曝气技术，并通过与生物膜反应器和生物带水体净化装置之间的配合，可以产生纳米级别气泡高效持续给水体供氧(气泡越大，浮力越大，水中停留时间越短；采用超微纳米气泡设备，经检测气泡最长可以在水中停留7天左右)，出水水质呈现“牛奶般”乳白色液面，兼顾美观水体功能；并对有机物等污染物质具有高效去除作用：气泡破裂会产生能量，气泡越小产生的能量越高；此过程会将水变为强氧化性的羟基自由基，对于水体中有机物的去除产生至关重要的作用，快速降低COD等污染指标，通过高效充氧结合需氧微生物的作用可以快速降低水体氨氮、氮磷等污染物质；
3)本黑臭河道底泥快速消减方法通过在河涌内布置条形状的微生物膜及生物带，使得微生物膜及生物带能随水流摆动，占居水体空间大，具有巨大的微生物附着表面积，可以为微生物提供必要的生存空间，然后配合筛选出来的本土菌株复合菌制剂，有利于本土菌群的优势生长，促进其生长，加速微生物代谢氨氮、氮磷：提供微生物所必须的营养类物质，促进其生长，加速分解水中污染物质；
4)本黑臭河道底泥快速消减方法通过在河涌底部安装微纳米曝气机，可以产生粒径在毫米、微米、纳米三个级别的气泡，通过这种搅拌方式，让底泥与微纳米气泡充分结合消减，并且配合筛选出来的本土菌株复合菌制剂，可以让水体持续保持在好氧状态下抑制污染物的厌氧分解，并氧化H2S、甲硫醇及FeS等致黑致臭物质，抑制底泥磷释放；
5)本黑臭河道底泥快速消减方法通过釆用靶向微纳米曝气技术，结合微介质微生物投菌技术，促进底泥有机污染物的靶向原位降解后，最后通过污泥抽吸技术，可以使得底泥最终得到更加彻底的治理。
附图说明
图1为本发明的步骤示意图。
图2为具有消减底泥、净化水质菌株的初筛结果示意图。
图3-1和图3-2为所筛菌株对底泥净化能力的比较示意图。
图4-1至图4-5为所筛菌株对覆盖水净化能力的比较示意图。
图5-1和图5-2为所筛菌株鉴定图。
图6-1至图6-4为所选菌株的净化能力比较示意图。
图7-1至图7-4为不同复合菌种对底泥的净化能力比较示意图。
图8-1至图8-4复合菌种对河涌底泥的净化能力比较示意图。
图9为生物膜反应器的布置结构示意图。
图10为生物膜反应器的布置结构俯视图。
图11为生物膜反应器的布置结构侧视图。
图12为生物膜反应器的立体结构布置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明的保护范围。
实施例：一种黑臭河道底泥快速消减方法。
参照图1所示，一种黑臭河道底泥快速消减方法，具体包括如下技术：
S1、复合微生物菌剂的配制
采集黑臭底泥样品，从黑臭底泥中分离具有消减底泥功能的本土微生物菌株，分析所筛微生物及其不同比例的复配对黑臭底泥的消减效果，设定不同的复合菌剂投加量，以底泥厚度、有机质含量、生物降解能力为检测指标，评价复合菌剂添加量对城市黑臭河道底泥消减效果的影响，确定适合黑臭底泥与水体的投菌量。具体采用如下步骤：
S11、菌株筛选，
采集河道底泥样品，置于经灭菌处理的容积为100ml的取样瓶中，放入冰盒内，用于细菌分离培养。
水解酪朊培养基，用于菌株产蛋白酶能力检测。配方:干酪素10g，L-酪氨酸0.05g，NaHPO4·2H2O 2.8g，MgSO40.24g，NgCl 0.16g，FeSO40.002g，琼脂20g，蒸馏水补足至1000mL，121℃灭菌20min。
SLB固体培养基，用于菌株产淀粉酶能力检测。配方:酵母膏5g，蛋白胨10g，NaCl5g，可溶性淀粉5g，琼脂18g，蒸馏水补足至1000mL，121℃灭菌20min。
将污泥用无菌水制成悬浮液，以300目筛绢网过滤，滤液6000r/min离心，弃去上清液，再以无菌水制成混悬液。在超净操作台中，取1ml混悬液样品，加入含9mlTSB液体培养基(胰酪大豆胨液体培养基)的试管中，按1∶10梯度制成6个梯度稀释液，分别取100μl均匀涂布于TSB固体培养基上，置于28℃恒温培养箱中培养72h。按照形态特征，挑取优势生长的单菌落置于TSB液体培养基中，28℃条件下培养24h，再分别以接种环平板划线的方式接种于TSB固体培养基上，28℃恒温培养72h。重复平板划线操作3次，直至培养基上存在单一菌落。初筛结果得到11株菌株。
TSB培养基初步筛选到11种不同形态特征的菌落。两株菌落呈圆形，边缘不整齐，菌落整体扁平，暗黄色，表面干燥，菌落相对较大，标记为菌落A、B；三株菌落呈圆形，边缘完整，中间凸起，乳白色，表面湿润光滑，数量多，标记为菌落C-E；一种菌落表面光滑，半透明，标记为菌落F；一种菌落较小，数量多，米黄色，标记为菌落G-I；一种菌表面干燥，微微凸起，白色，标记为菌落J；一种菌落呈圆形，凹凸不平，有毛边，透明，标记为菌落K；
将分离后的单菌落挑取点接于水解酪朊培养基和SLB固体培养基上，培养24h后，在水解酪朊培养基上滴加三氯乙酸溶液，判定产蛋白酶能力；在SLB固体培养基上滴加碘液，判断产淀粉酶能力，观察并测量透明圈和菌落的直径比(R/r)，比值越大，说明产酶能力越强。得到6株菌产酶能力强。具体如图2所示，由图2结果初步确定菌落A、C、D、F、H、I具有消减底泥，净化水质能力。
S12、菌株对底泥和覆盖水净化能力的比较实验
将斜面菌种活化，加入2mL无菌水，刮下菌苔，倒入装有50mL无菌水的150mL三角瓶中，振荡混匀，制成菌悬液。在装有25mL牛肉膏蛋白胨液体培养基的150mL三角瓶中接入菌悬液0.5mL，28℃,200r·min-1摇床振荡培养24h，得发酵液。在柱形生物反应器(高90cm，直径20cm，有机玻璃材质，外配空气压缩机)内装20cm厚底泥和50cm高上覆水，环境温度22℃。实验组分别接种上述发酵液，接种量1.5％，活菌数量1×108cfu·mL-1，空白对照不加菌。每组3次重复。定期充气(0.8MPa)0.5h，3d时取上清液，取样前反应器静止0.55h以上，10d时取样检测底泥和覆盖水的指标，选出消减能力较强的优势菌株作进一步研究，结果如图3-1至3-3以及图4-1至4-5所示。从图3-1至3-3以及图4-1至4-5中的结果显示，菌落A、C、F、H对底泥和覆盖水的消减能力较强。
S13、分子鉴定
利用土壤基因组DNA提取试剂盒提取细菌总DNA。扩增16SrRNA基因引物。并使用PCR扩增。电泳检测、切胶回收、连接、转化后，在LB平板涂布，37℃恒温培养。挑单菌落LB液体培养基扩培，以通用引物M13进行菌液PCR检测，将阳性克隆测序。将菌株测序结果进行BLAST检索，筛选同源性高的细菌16SrRNA基因序列，构建系统发育进化树，具体结果如图5-1和5-2所示。研究结果确定4种菌分别为：菌落A为枯草芽孢杆菌1、菌落C为光合细菌，菌落F为枯草芽孢杆菌2，菌落H为硝化细菌。
S14、所筛选菌株的培养条件优化
根据菌种鉴定结果，在温度为30℃条件下，设置6.0、6.5、6.8、7.0共4个pH梯度，每个梯度设置3个平行。将菌液各20μl加入到不同pH的150mLTSB培养液中，150r/min、30℃培养48h。每2h取50μl培养液，比色皿中稀释至1ml，根据OD值绘制生长曲线，以最先进入生长平台期为基准确定最佳生长pH。在pH为6.0条件下，设置30℃、33℃、36℃、39℃共4个温度，每个梯度设置3个平行。将菌液各20μl加入到不同温度的150mLTSB培养液中，150r/min、30℃培养48h。每2h取50μl培养液，在比色皿中稀释至1ml，根据OD值绘制生长曲线，确定最佳生长温度。
确定菌种A最佳培养条件为：pH6.0，36℃；
确定菌种B最佳培养条件为；pH6.0，36℃；
确定菌种D最佳培养条件为：pH 6.8,36℃；
确定菌种F最佳培养条件为：pH6.5，36℃。
S15、复合菌剂的制备
将培养48h的四种菌液分别于8000r/min离心15min后得到菌泥，向菌泥中加入保护剂后在-35℃预冻6h以上，然后将预冻好的菌粉在-55摄氏度、4-6Pa冷冻干燥机中干燥24h，干燥保存得菌粉A，菌粉B，菌粉D，菌粉F。
复合制剂将不同菌粉按比例混合即可。
A:B:D＝1:1:1(质量配比)命名为复合菌剂1
B:D:F＝1:1:1命名为复合菌剂2
D:F:A＝1:1:1命名为复合菌剂3
F:A:B＝1:1:1命名为复合菌剂4
A:B:D:F＝1:1:1:1命名为复合菌剂5。
S16、净化调控效果测试
水质调控实验在实验室条件进行，将四株益生菌按照每立方10g菌粉投放。水质检测指标包括底泥削减厚度、氨态氮、有机质、溶解氧含量，根据指标的变化衡量单一菌株对污染底泥的削减效果，实验室用柱形生物反应器加入河道采集的水样和泥样。具体结果如图6-1至6-4所示。
从图6-1至6-4中可以看出，菌种C的净化能力较强，其次为I、H、D。
然后在单一菌株性能确定的基础上进行复合菌株性能测定，按照不同配比，控制投放质量相同进行，其结果如图7-1至7-4所示。
从图7-1至7-4中可以看出，复合菌种5对底泥的净化能力较强，其次为4、3、1、2。
使用复合菌种5在河道进行实验，河道内采取碳纤维生态草固定化处理方法，添加量为10g/m3。以相同河段上游为对照。其结果如图8-1至8-4所示。
从图8-1至8-4中可以看出，通过河道底泥取样，富集分离河道水质净化优质菌株四株，并确定了四支菌株的最佳培养条件、菌粉制剂制备方法，在实验室和河道两种条件下进行实验测定菌株性能，并在此基础上配置复合菌株，投放该菌株于自然河道对污染底泥具有削减效果,对河水净化效果显著。
S2、生物膜反应器的布置
生物膜反应器装置主要由曝气膜组件和微生物膜两部分组成。生物膜工艺利用中空纤维曝气膜作为微生物膜附着载体并为生物膜微泡曝气，其中中空纤维曝气管安装在河床底部，条形状的微生物膜安装在中空纤维曝气管的曝气口处，利用中空纤维曝气管作为微生物膜附着的载体并为微生物膜曝气，具体参照图9所示，图中多个曝气头12均匀安装在中空纤维曝气管11上，多个条形状的微生物膜13安装在曝气头12上，污水在附着生物膜的曝气膜周围流动时，水体中的污染物在浓差驱动和微生物吸附等作用下进入生物膜内，并经过生物代谢和增殖被微生物利用，使水体中的污染物同化为微生物菌体固定在生物膜上或分解成无机代谢产物，从而达到对水体的净化过程。在实际的净化过程中，氧气和污染物分别在生物膜的两侧向生物膜内传递并消耗，这使生物膜的生物膜内具有特殊的分层结构。
传统的好氧生物处理污水工艺一般采用鼓风曝气和机械曝气，前者是利用浸没式多孔扩散器或空气喷嘴将空气或纯氧通入污水中，后者是利用机械设备的搅动使大气中的空气溶解于污水中。但是，上述曝气方式产生较大气泡，在水体中上升速度很快，氧气传递效率一般低于20％，能量损耗大，运行费用高，这部分费用占总运行费用的60～80％。因此，提高曝气效率，降低处理能耗一直是污水好氧生物处理中关注的热点，研究先进的曝气设备及工艺具有重大的现实意义。
如图10和图11所示，本实施例中，采用生物膜反应器沿河道横向及纵向均匀布置，相邻两曝气头之间相距5m，采用5.5kW沉水式风机供气，经pvc供气管道输送至生物膜套件。经检测得出,生物膜临界水力负荷可达5m3/m2·h，当生物膜成功运行后，即便水力负荷超过生物膜临界水力负荷，氨氮去除率下降，也能在2～3天内逐渐恢复。
S3、生物带水体净化装置的安装
参照图12所示，生物带水体净化装置包括沉水套件21和生物带22，生物带22以醛化纤纶为基本材料制作成条形状，采用沉水套件21安装于涌底，当河涌水体因曝气而溶解氧提高时,可以促进生物带健康生长，生物带每套间距2m，顺河涌布置，该设备在自然河道中放置10天后对黑臭底泥具有一定的削减效果，对河水也有一定的净化效果。
S4、靶向曝气
将多个微纳米曝气机均匀布置在河床底部，并将步骤S1中制得的复合微生物菌制剂加入至微纳米曝气机内，微纳米曝气机与生物膜反应器中的中空纤维曝气管连接，通过微纳米曝气机将水与空气高度相溶混合，并通过超声波空化弥散释放出高密度的、均匀的超微米气泡，形成气液混合体，将复合微生物菌制剂随气泡在水中均匀扩散，并且在靶向曝气的过程中将部分复合微生物菌制剂附着在微生物膜和生物带上。
靶向曝气装置工作压力：0.4～0.5Mpa，气泡发生量：16L/m，设备功率：0.75KW，气泡粒径：200nm～4μm，气泡上升速度：4mm/s～8mm/s，含气率：84～90％，进气方式：负压进气。同时结合在微纳米曝气机内添加微生物促生剂修复技术，让促生剂随气泡在水中均匀扩散。
本实施例中，采用微纳米曝气机，产生粒径在毫米、微米、纳米三个级别的气泡，通过这种人工搅拌方式，让底泥与微纳米气泡充分结合消减，借助污水厂的活性污泥法消减，让水体持续保持在好氧状态下抑制污染物的厌氧分解，并氧化H2S、甲硫醇及FeS等致黑致臭物质，抑制底泥磷释放。
采用靶向曝气技术还可以让生物膜上的菌群充分吸收微气管释出的氧气，促使生物膜健康生长。有效降解黑臭底泥及上覆水中的致黑致臭物质与有机物，实现底泥的快速消减。
实际实施的沿示范河涌共布置20台，平均间距约90m，形成20个微生态强化净化区。在微纳米曝气机内添加微生物促生剂，设备在自然河道中运行6天后对黑臭底泥具有一定的削减效果，对河水净化效果显著。
本实施例中，还可以根据实际要求采用污泥抽吸：使用绞吸式挖泥船带水作业，将河涌底泥通过头部的绞吸式挖泥设备在封闭空间绞吸制浆，通过泵送系统抽吸上来，通过管道输送直接进入污泥干化设备，设备把泵排出的高浓度污浆进行固液分离，最终得到含水率35～55％的干化污泥，通过传送带运输到密闭且防渗的运输车内运走处理。对底泥进行抽吸处理，受汛期、场地等条件的限制，只能在有条件的地方实施。
本黑臭河道底泥快速消减方法通过筛选有效消减底泥的微生物菌株，配制复合菌制剂，釆用靶向微纳米曝气技术，结合微介质微生物投菌技术，促进底泥有机污染物的靶向原位降解，有效消减黑臭底泥，改善污染河涌上覆水的水质。采用微纳米曝气机靶向曝气技术，并通过与生物膜反应器和生物带水体净化装置之间的配合，可以产生纳米级别气泡高效持续给水体供氧(气泡越大，浮力越大，水中停留时间越短；采用超微纳米气泡设备，经检测气泡最长可以在水中停留7天左右)，出水水质呈现“牛奶般”乳白色液面，兼顾美观水体功能；并对有机物等污染物质具有高效去除作用：气泡破裂会产生能量，气泡越小产生的能量越高；此过程会将水变为强氧化性的羟基自由基，对于水体中有机物的去除产生至关重要的作用，快速降低COD等污染指标，通过高效充氧结合需氧微生物的作用可以快速降低水体氨氮、氮磷等污染物质。
本黑臭河道底泥快速消减方法通过在河涌内布置条形状的微生物膜及生物带，使得微生物膜及生物带能随水流摆动，占居水体空间大，具有巨大的微生物附着表面积，可以为微生物提供必要的生存空间，然后配合筛选出来的本土菌株复合菌制剂，有利于本土菌群的优势生长，促进其生长，加速微生物代谢氨氮、氮磷：提供微生物所必须的营养类物质，促进其生长，加速分解水中污染物质。通过在河涌底部安装微纳米曝气机，可以产生粒径在毫米、微米、纳米三个级别的气泡，通过这种搅拌方式，让底泥与微纳米气泡充分结合消减，并且配合筛选出来的本土菌株复合菌制剂，可以让水体持续保持在好氧状态下抑制污染物的厌氧分解，并氧化H2S、甲硫醇及FeS等致黑致臭物质，抑制底泥磷释放。
本黑臭河道底泥快速消减方法通过釆用靶向微纳米曝气技术，结合微介质微生物投菌技术，促进底泥有机污染物的靶向原位降解后，最后通过污泥抽吸技术，可以使得底泥最终得到更加彻底的治理。
通过本方法对河道重金属污染底泥进行处理后实际可以达到如下结果：
1、河涌的底泥指标
(1)在非汛期将示范河涌的底泥消减44％；
(2)非汛期示范河涌中有机物质的含量减少，无机物的含量增加，污染物显著减少。
2、河涌的水质指标
(1)透明度增加为71％；
(2)氨氮含量减少为78％；
(3)溶解氧含量增加为73％；
(4)COD降低为85％；
(5)SS降低为51％；
(6)TP降低为73％。
3、黑臭底泥的消减速度比较
治理期间黑臭底泥的消减速度提高了62％。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种黑臭河道底泥快速消减方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、复合微生物菌剂的制备：采集黑臭底泥样品，从黑臭底泥中分离具有消减底泥功能的本土微生物菌株，分析所筛微生物及其不同比例的复配对黑臭底泥的消减效果，设定不同的复合菌剂投加量，以底泥厚度、有机质含量、生物降解能力为检测指标，评价复合菌剂添加量对城市黑臭河道底泥消减效果的影响，确定适合黑臭底泥与水体的投菌量；
S2、生物膜反应器的布置：生物膜反应器包括中空纤维曝气管和微生物膜，其中中空纤维曝气管安装在河床底部，条形状的微生物膜安装在中空纤维曝气管的曝气口处，利用中空纤维曝气管作为微生物膜附着的载体并为微生物膜曝气。
S3、生物带水体净化装置的安装：以醛化纤纶为基本材料制作成条形状的生物带，采用沉水套件安装于涌底，生物带之间间隔安装并顺河涌布置；
S4、靶向曝气：将多个微纳米曝气机均匀布置在河床底部，并将步骤S1中制得的复合微生物菌制剂加入至微纳米曝气机内，微纳米曝气机与生物膜反应器中的中空纤维曝气管连接，通过微纳米曝气机将水与空气高度相溶混合，并通过超声波空化弥散释放出高密度的、均匀的超微米气泡，形成气液混合体，将复合微生物菌制剂随气泡在水中均匀扩散，并且在靶向曝气的过程中将部分复合微生物菌制剂附着在微生物膜和生物带上。
2.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥快速消减方法，其特征在于，所述步骤S1中具体包括如下步骤：
S11、菌株筛选：采集底泥样品，置于经灭菌处理的容积为100ml的取样瓶中，放入冰盒内，用于细菌分离培养，将污泥用无菌水制成悬浮液，以300目筛绢网过滤，滤液6000r/min离心，弃去上清液，再以无菌水制成混悬液，在超净操作台中，取1ml混悬液样品，加入含9mlTSB液体培养基的试管中，按1∶10梯度制成6个梯度稀释液，分别取100μl均匀涂布于TSB固体培养基上，置于28℃恒温培养箱中培养72h，按照形态特征，挑取优势生长的单菌落置于TSB液体培养基中，28℃条件下培养24h，再分别以接种环平板划线的方式接种于TSB固体培养基上，28℃恒温培养72h，重复平板划线操作3次，直至培养基上存在单一菌落；
S12、菌株对底泥和覆盖水净化能力的比较实验：将斜面菌种活化，加入2mL无菌水，刮下菌苔，倒入装有50mL无菌水的150mL三角瓶中，振荡混匀，制成菌悬液；在装有25mL牛肉膏蛋白胨液体培养基的150mL三角瓶中接入菌悬液0.5mL，28℃，200r·min-1摇床振荡培养24h，得发酵液，在柱形生物反应器内装20cm厚底泥和50cm高上覆水，环境温度22℃，实验组分别接种上述发酵液，接种量1.5％，活菌数量1×108cfu·mL-1，空白对照不加菌，每组3次重复，定期充气0.5h，3d时取上清液，取样前反应器静止0.55h以上，10d时取样检测底泥和覆盖水的指标，选取出消减能力较强的优势菌株。
S13、分子鉴定：利用土壤基因组DNA提取试剂盒提取细菌总DNA，使用PCR扩增16SrRNA基因引物，电泳检测、切胶回收、连接、转化后，在LB平板涂布，37℃恒温培养，挑单菌落LB液体培养基扩培，以通用引物M13进行菌液PCR检测，将阳性克隆测序，将菌株测序结果进行BLAST检索，筛选同源性高的细菌16SrRNA基因序列，构建系统发育进化树；
S14、筛选菌株的培养条件优化：在温度为30℃条件下，设置6.0、6.5、6.8、7.0共4个pH梯度，每个梯度设置3个平行，将菌液各20μl加入到不同pH的150mL TSB培养液中，150r/min、30℃培养48h，每2h取50μl培养液，比色皿中稀释至1ml，根据OD值绘制生长曲线，以最先进入生长平台期为基准确定最佳生长pH，在最佳生长pH条件下，设置30℃、33℃、36℃、39℃共4个温度，每个梯度设置3个平行，将菌液各20μl加入到不同温度的150mLTSB培养液中，150r/min、30℃培养48h，每2h取50μl培养液，在比色皿中稀释至1ml，根据OD值绘制生长曲线，确定最佳生长温度；
S15、复合菌剂的制备：将各个培养48h的菌液分别于8000r/min离心15min后得到菌泥，向菌泥中加入保护剂后在-35℃预冻6h以上，然后将预冻好的菌粉在-55摄氏度、4-6Pa冷冻干燥机中干燥24h，干燥保存得菌粉，将不同菌粉按比例混合即可得到复合菌剂；
S16、净化调控效果测试：将制得的复合菌剂按照每立方10g菌粉投放至采集的水样和泥样内，每隔一段时间对泥样中的底泥削减厚度、氨态氮、有机质、溶解氧含量进行检测，根据检测结构选择出最佳的复合菌剂。
3.根据权利要求1或2所述的黑臭河道底泥快速消减方法，其特征在于，所述步骤S11中，采用水解酪朊培养基用于菌株产蛋白酶能力检测，采用SLB固体培养基用于菌株产淀粉酶能力检测，当单一菌落产生后，将分离后的单菌落挑取点接于水解酪朊培养基和SLB固体培养基上，培养24h后，在水解酪朊培养基上滴加三氯乙酸溶液，判定产蛋白酶能力；在SLB固体培养基上滴加碘液，判断产淀粉酶能力，观察并测量透明圈和菌落的直径比(R/r)，比值越大，说明产酶能力越强。
4.根据权利要求2或3所述的黑臭河道底泥快速消减方法，其特征在于，所述水解酪朊培养基的配方为：干酪素10g，L-酪氨酸0.05g，NaHPO4·2H2O 2.8g，MgSO4 0.24g，NgCl0.16g，FeSO4 0.002g，琼脂20g，蒸馏水补足至1000mL，121℃灭菌20min。
5.根据权利要求2所述的黑臭河道底泥快速消减方法，其特征在于，所述SLB固体培养基的配方为：酵母膏5g，蛋白胨10g，NaCl 5g，可溶性淀粉5g，琼脂18g，蒸馏水补足至1000mL，121℃灭菌20min；
6.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥快速消减方法，其特征在于，所述靶向曝的工作参数如下：工作压力：0.4～0.5Mpa，气泡发生量：16L/m，气泡粒径：200nm～4μm，气泡上升速度：4mm/s～8mm/s，含气率：84～90％，进气方式：负压进气。
7.根据权利要求6所述的黑臭河道底泥快速消减方法，其特征在于，所述相邻两靶向曝气装置的间隔距离为80-90m。
8.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥快速消减方法，其特征在于，所述生物膜反应器中的中空纤维曝气管采用沉水式风机供气，经pvc供气管道输送至微生物膜，生物膜反应器沿河涌均匀分布。
9.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥快速消减方法，其特征在于，还包括：污泥抽吸：使用绞吸式挖泥船带水作业，将河涌底泥通过头部的绞吸式挖泥设备在封闭空间绞吸制浆，通过泵送系统抽吸上来，通过管道输送直接进入污泥干化设备，设备把泵排出的高浓度污浆进行固液分离，经过固液分离后得到含水率35～55％的干化污泥，通过传送带运输到密闭且防渗的运输车内运走处理。
10.根据权利要求1所述的黑臭河道底泥快速消减方法，其特征在于：所述生物膜反应器与生物带水体净化装置之间交叉布置。
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