CN110791464A - 一种处理复杂暗渠黑臭水体的微生物菌剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于微生物水体修复，具体涉及一种处理复杂暗渠黑臭水体的微生物菌剂及其应用。菌剂按重量份数计，粪球菌15‑30份、乳酸菌5‑10份、芽孢杆菌25‑50份和酵母菌5‑10份混合经发酵所得。本发明复合高效菌剂与微纳米气泡同步逐渐由暗渠支流向干流运行，此过程中生物活性物质、氧气气泡与河道悬浮物或悬浮底泥充分混合，并迅速吸附于悬浮物颗粒之上，通过生物代谢过程降解水体污染物，减轻水体黑臭，使复杂暗渠内的水质得到有效改善。

Description

一种处理复杂暗渠黑臭水体的微生物菌剂及其应用

技术领域

本发明属于微生物水体修复，具体涉及一种处理复杂暗渠黑臭水体的微生物菌剂及其应用。

背景技术

社会经济的快速发展，带来了严重的负面环境问题。世界正面临着来自各种发展活动的各种各样的污染物和污染问题。世界人口的激增导致了水污染面积的增加。从监测排放到自然的水体流量和质量表明，有必要采取不同的方法来处理来自各区域的水质挑战。河道原生降解能力远小于污染物排入量，处于超负荷 状态，污染物不仅得不到及时降解，大量的污染物的耗氧降解还消耗了水体中的溶解氧，使水体及底泥均处于厌氧环境，从而加重污染及黑臭现象，导致我国河流、湖泊等水体面临着严重的污染问题。

水体的治理技术有很多种，有物理方法、生物方法、化学方法，生物修复是利用自然存在的微生物和自然环境的其他营养物质来处理废水中的污染物。事实证明，生物修复比其他用于清理其他水质污染物的技术要便宜、安全、环保。微生物技术具有安全、生态、不易二次污染的特点，已经被广泛应用到水体的治理当中去。

暗渠，又称地下渠道，暗渠的作用是把地下含水层中的水会聚到它的身上来，一般是按一定的坡度由低往高处挖，这样，水就可以自动地流出地表来。暗渠一般高1.7米，宽1.2米，短的100—200米，最长的长达25公里，暗渠有的是在地下挖掘，因此掏捞工程十分艰巨；有的是将明渠的部分修建为暗渠作为“水治理”的一种方法，以掩盖水质黑臭现象。复杂暗渠是指暗渠错综复杂、具有一定长度的暗渠，复杂暗渠更加大了对于河道内黑臭水体的治理难度。暗渠为缺氧或厌氧环境，河水不能有效复氧，最终使厌氧微生物占据主导，厌氧微生物对底泥和水体中的有机物进行厌氧发酵，产生氨气、硫化氢、硫醇硫醚、有机胺和有机酸等恶臭物质，致使水体变臭。水体无法见光，不能种植生态植物以构成完善的生态环境来迅速提高水质，改善水体黑臭现象，是难度较大的水体修复环境问题。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种处理复杂暗渠黑臭水体的微生物菌剂，并利用该菌剂与负载生物活性物质的微纳米气泡发生装置结合使用并进行合理计算布设暗渠内的微纳米气泡发生装置修复暗渠内水体黑臭现象的方法。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种处理复杂暗渠黑臭水体的微生物菌剂，菌剂按重量份数计，粪球菌15-30份、乳酸菌5-10份、芽孢杆菌25-50份和酵母菌5-10份混合经发酵所得。

所述菌剂为按重量份数计，保加利亚乳杆菌10-20份、粪链球菌10-20份、植物乳杆菌5-10份、地衣芽孢杆菌5-10份、枯草芽孢杆菌10-20份、纳豆芽孢杆菌 ADT10-20份、酵母菌5-10份混合经发酵所得。

所述纳豆芽孢杆菌ADT已于2019年09月27日保藏于CCTCC- 中国典型培养物保藏中心,保藏地址：中国武汉，保藏编号：CCTCC M 2019762，分类命名：纳豆芽孢杆菌ADT(Bacillus natto ADT)。

所述纳豆芽孢杆菌 ADT的形态特征有菌落为灰白色，近圆形，表面干燥，不透明，有褶皱，无光泽，边缘不光滑成裂叶状，中央颜色深于边缘部分，在斜面上菌落成树状生长。

该菌株活化：将所述菌株由斜面培养基接至LB液体培养基，30℃下120r/min培养24小时制成种子液。

菌剂的制备：按上述比例分别取保加利亚乳杆菌、粪链球菌、植物乳杆菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌 ADT、酵母菌种子液混合均匀，按照5%的接种量接种到发酵培养基中，所述发酵培养基为5%的糖蜜、2%的葡萄糖，2.5%的豆粕，通气量为0.2vvm，pH为7-8，转速120rpm，发酵7天即得微生物菌剂。

一种处理复杂暗渠黑臭水体的微生物菌剂的应用，所述微生物菌剂在处理复杂暗渠黑臭水体中的应用。

一种处理复杂暗渠黑臭水体的方法， 将上述所述微生物菌剂，通入至微纳米气泡发生装置中将菌剂分散于微纳米气泡中，微生物菌剂与微纳米气泡同步逐渐由暗渠支流向干流运行，进而对暗渠黑臭水体的水质得到有效改善。

将所述微生物菌剂泵入微纳米气泡发生装置内，使用复合高效菌液的浓度为20-300ppm，伴随纳米气泡进行充分的分散。

所述待处理暗渠中设置多个微纳米气泡发生装置，每个微纳米气泡发生装置的曝气单元的管道上固定至少一个生物活性物质添加装置。

所述微纳米气泡发生装置的数量根据暗渠氨氮、溶解氧和河流流量计算所得；

具体为包括以下步骤：将微纳米气泡发生装置放置于污水中，电性连接好单向阀、水泵、进气管连接压缩空气机。水箱由于压力开始进行污水的粗滤，粗滤水储存在水箱内，开启水泵， 粗滤水泵入管道内。在经过文丘里混合管时，压缩空气同时进入文丘里混合管，空气与水进行混合，得到溶气水，溶气水经过射流器高速度射入曝气管道内，最后经过曝气单元曝气，释放纳米气泡。在释放过程中，将负载的高效菌液泵出，使用复合高效菌液的浓度为20-300ppm，伴随纳米气泡进行充分的分散。

（1）通过计算，设置负载生物活性物质的微纳米气泡发生装置个数。

计算过程

2NH₃+3O₂=2HNO₂+2H₂O

HNO₂+1/2O₂=HNO₃

由以上反应式可见，

NH₃ + 2O₂= HNO₃ + H₂O

可见，使1moLNH₃完全转化为NO₃ ^-需要2moL的O₂。假设每天进水为w m³，水体平均氨氮含量为d mg/L，处理目标为达到准四类水质，故设定氨氮达标含量为1.5mg/L，那么1天需要处理的氨氮的物质的量为：

那么饱和溶氧量为

一台设备的工作参数为：每个小时气水混合量为18-20m³/h，气体体积占比为84%-90%，氧利用率为90%，为了保证设备的使有寿命，减少其损耗，假设一台设备每天工作时间为10个小时，则1台设备1天的供氧量为：

V(O₂)=18m³/h×84%×21%×90%×10=28.6m³，那么1台设备1天的供氧量的物质的量为：

那么从理论上讲，需要设备的数量为：

。

所述每台纳米气泡发生装置每个小时气水混合量为18-20m³/h，气体体积占比为84%-90%，氧利用率为90%。

所述的负载活性物质的微纳米气泡发送装置还包括生物活性物质添加装置，所述生物活性物质添加装置包括蠕动泵、排液管以及储液瓶，所述蠕动泵与储液瓶相通，所述排液管连通蠕动泵的蠕动管，所述排液管的端口固定在外壳的表面。生物活性物质添加装置具体添加的是具有活性的微生物复合菌及生物酶类产品。

所述的生物活性物质添加装置固定在曝气单元的管道上，在一个管道上可设置若干个生物活性添加装置。

基于数值模拟的微纳米生物活性复合技术：结合考虑各排污管道的走向和距离、治理区域街道人口密度分布、等高线等因素，在保证达标（国家地下水质量标准）的前提下，根据水体的流量、流域构成、走向等因素，设计计算使用微纳米气泡发生装置的个数及布局，使用微纳米气泡发生装置使复合高效微生物菌剂和微纳米气泡同时进入河道。

本发明将复合高效微生物菌剂和基于数值模拟的负载生物活性物质的微纳米气泡发生装置结合使用，提升暗渠水质状况，消除黑臭，水体持续健康发展。

本发明所具有的优点：

本发明复合菌剂中保加利亚乳杆菌、粪链球菌、植物乳杆菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌均和筛选得到的纳豆芽孢杆菌混合，能够除臭、改善水质，加入纳豆芽孢杆菌的菌剂能够降解河道中的有害物质、消除臭味、压制有害微生物，从而改善水质、改善淤泥的基础微生态环境。

本发明中提供的微纳米气泡发生装置设置有多个排出孔，纳米气泡高效率产生，多孔释放，在单位面积内分布的纳米气泡剧增，大大增加了净化水的效率。曝气单元产生的微纳米气泡均匀且量多，在水中停留时间较长，氧气的利用率得到极大提高，利用率能达到80％-90％。在曝气的同时伴随菌液的分散，可将菌液扩散更广，分布更均匀，以致对污水进行均匀高效率的处理，增加净水的效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的微纳米气泡发生装置结构示意图。

其中，A—单向阀、1—水泵、2—进气管、3—射流器、4—水箱、5—文丘里混合管、6—生物活性物质添加装置、7—曝气单元、8—管道、9—曝气管道、91—支路管道、41—初级过滤层、42—中级过滤层、43—高级过滤层 。

如图所示，水箱4的一侧通过单向阀A与水泵1相通。水泵1抽取水箱4内的水以比较高的速度泵入管道8内，水箱内含有三级过滤层41、42、43。为实现水和气体的融合，管道8的另一端与文丘里混合管5相通，在文丘里混合管5的上端设有进气管2，进气管2与文丘里混合管5相通，进气管2内为压缩空气，进气管2可以连接空气压缩机，辅助提供压缩空气。自进气管2内的压缩空气与水在文丘里混合管5内进行混合形成溶气水，在文丘里混合管5的另一端连通射流器3，溶气水经过射流器3加压，将溶气水高速射入曝气管道9内。曝气管道9设有三个串联的曝气单元7，溶气水经过曝气单元7减压释放，形成几十纳米到几百纳米大的微小气泡，微小气泡在污水中逐渐被好氧微生物所吸收，最终降低水中的污染物。生物活性物质添加装置6通过支路管道91安装在每一个曝气单元7的附近，当曝气单元7释放纳米气泡时，生物活性物质添加装置6排出生物活性物质，生物活性物质随气泡扩散，加大了生物活性物质的分散力度，同时便于生物活性物质吸收气泡内的氧气，进行好养分解有机物的过程。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明，应当指出的是，此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本发明，并不局限于本发明。

实施例1 微生物菌剂的制备

制作种子液，取各菌株分别接种到液体培养基中37℃，200r/min培养24小时，得到种子液，所述液体培养基为：牛肉膏3g、蛋白胨10g、NaCl5g，蒸馏水1L，调节pH至7.5，121℃灭菌20min。

发酵生产：将各种子液分别按体积比5%接种到发酵培养基中，所述发酵培养基为5wt%的糖蜜、2 wt %的葡萄糖，2.5 wt %的豆粕，余量为纯净水，通气量为0.2vvm，pH为7-8，转速发酵7天即得微生物菌剂。

按照保加利亚乳杆菌：粪链球菌：植物乳杆菌：地衣芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌:纳豆芽孢杆菌 ADT:酵母菌=2:2:1:1:2:2:1的重量比分别取保加利亚乳杆菌、粪链球菌、植物乳杆菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌 ADT、酵母菌种子液混合均匀，按照5%的接种量接种到发酵培养基中，所述发酵培养基为5wt%的糖蜜、2 wt %的葡萄糖，2.5 wt %的豆粕，余量为纯净水；通气量为0.2vvm，pH为7-8，转速发酵7天即得微生物菌剂A。

同时，按照上述的制备菌剂的过程制备不含有纳豆芽孢杆菌 ADT的微生物菌剂B，该菌剂中各菌株的质量比为保加利亚乳杆菌、粪链球菌、植物乳杆菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌的比例为2:2:1:1:2:1。

人工配制生活污水

由于复杂暗渠沿线排污的间歇性和不确定性，以及大气降水因素的影响，导致河流来水的污染物质浓度波动较大，水质不能长期保持稳定，为保证试验结果的可重复性，采用人工配置污水代替实际水体进行实验。称取蛋白胨5.0g、牛肉膏5g、尿素0.85g、NaCl2.3g、KCl0.4g、CaCl₂0.3g、MgSO₄0.3g、K₂HPO₄1.5g、黄胺酸0.1g、柠檬酸铁0.1g，加水稀释至10L，分装于含60mL黑臭水（经中速滤纸过滤）的1L广口瓶至瓶颈，加盖，石蜡封口。置于32℃培养箱中，5d后水体开始变黑。

分别施加体积比为5%的微生物菌剂A、B于人工配制生活污水中，测定原始水质指标和施加7天后的水质指标，微生物菌剂B对氨氮的降解率达到53.2%，微生物菌剂A对氨氮的降解率达到96.72%，含有纳豆芽孢杆菌 ADT的微生物菌剂降解效率更高。

实施例2 微生物菌剂的制备及应用

宁波某河涌，河道平均宽度约6m，水深2-2.5m，全长1300m。主要收集生活污水及雨水，日流量约5000m³（无降雨的情况下），河道主体为暗渠结构，采用本发明对此河涌进行黑臭治理，提升水质，设计实施方案如下：

将如图1所述微纳米气泡发生装置（该装置的结构详见申请号为201920409878.9文献中的记载）放置于污水中，电性连接好单向阀A、水泵1、进气管2连接压缩空气机。水箱4由于压力开始进行污水的粗滤，粗滤水储存在水箱4内，开启水泵1， 粗滤水泵入管道8内。在经过文丘里混合管5时，压缩空气同时进入文丘里混合管5，空气与水进行混合，得到溶气水，溶气水经过射流器3高速度射入曝气管道9内，最后经过曝气单元7曝气，释放纳米气泡。在释放过程中，将负载的高效菌液泵出，使用复合高效菌液的浓度为20-300ppm，伴随纳米气泡进行充分的分散。进而使得将上述微生物发酵液加入负载生物活性物质的微纳米气泡发生装置内，使复合高效微生物菌剂可以跟气泡一起泵入河道内，达到治理复杂暗渠内黑臭水体的目的。并根据流域、流量进行计算，并规划每台装备在每天的高峰期和低峰期的运行时间，使达到最小能耗条件下的最大处理效率。

计算过程

2NH₃+3O₂=2HNO₂+2H₂O

HNO₂+1/2O₂=HNO₃

由以上反应式可见，

NH₃ + 2O₂= HNO₃ + H₂O

可见，使1moLNH₃完全转化为NO₃ ^-需要2moL的O₂。每天进水为5000m³，水体平均氨氮含量为25mg/L，处理目标为达到准四类水质，故设定氨氮达标含量为1.5mg/L，那么1天需要处理的氨氮的物质的量为：

那么饱和溶氧量为n_T(O₂)=2n(NH₃)=13823.5mol。

一台设备的工作参数为：每个小时气水混合量为18-20m³/h，气体体积占比为84%-90%，氧利用率为90%，为了保证设备的使有寿命，减少其损耗，假设一台设备每天工作时间为10个小时，则1台设备1天的供氧量为：

V(O₂)=18m³/h×84%×21%×90%×10=28.6m³，那么1台设备1天的供氧量的物质的量为：

那么从理论上讲，需要设备的数量为：N=n_T(O₂)/n(O₂)=10.8台，即11台。

每天工作时间合计为148个小时，每天理论工作时间为11台×10=110个（小时），故修正系数为f=148/110=1.35。

将负载生物活性物质的微纳米气泡发生装置11台，根据微纳米气泡发生装置的作用距离（装置最大喷施距离）将其安装分布于暗渠支流向干流，通过施用复合高效微生物菌剂的过程中结合微纳米气泡发生装置，复合高效菌剂与微纳米气泡同步逐渐由暗渠支流向干流运行，高效微生物菌剂的浓度为150ppm，此过程中生物活性物质、氧气气泡与河道悬浮物或悬浮底泥充分混合，并迅速吸附于悬浮物颗粒之上，通过生物代谢过程降解水体污染物，减轻水体黑臭。修复前主要水质指标COD含量为200-300 mg/L，NH₃-N含量达25mg/L。经过3个月的修复，水质状况得到明显改善，COD含量达到121mg/L，NH₃-N含量达8.47mg/L。

Claims (9)

1.一种处理复杂暗渠黑臭水体的微生物菌剂，其特征在于：菌剂按重量份数计，粪球菌15-30份、乳酸菌5-10份、芽孢杆菌25-50份和酵母菌5-10份混合经发酵所得。

2.按权利要求1所述的处理复杂暗渠黑臭水体的微生物菌剂，其特征在于：所述菌剂为按重量份数计，保加利亚乳杆菌10-20份、粪链球菌10-20份、植物乳杆菌5-10份、地衣芽孢杆菌5-10份、枯草芽孢杆菌10-20份、纳豆芽孢杆菌 ADT10-20份、酵母菌5-10份混合经发酵所得。

3.按权利要求2所述的处理复杂暗渠黑臭水体的微生物菌剂，其特征在于：所述纳豆芽孢杆菌 ADT已于2019年09月27日，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号：CCTCC M2019762，保藏单位地址：湖北省武汉市武昌区八一路，武汉大学中国典型培养物保藏中心，分类命名：纳豆芽孢杆菌 ADT Bacillus natto ADT。

4.一种权利要求1所述的处理复杂暗渠黑臭水体的微生物菌剂的应用，其特征在于：所述微生物菌剂在处理复杂暗渠黑臭水体中的应用。

5.一种处理复杂暗渠黑臭水体的方法，其特征在于：将上述权利要求1所述微生物菌剂，通入至微纳米气泡发生装置中将菌剂分散于微纳米气泡中，微生物菌剂与微纳米气泡同步逐渐由暗渠支流向干流运行，进而对暗渠黑臭水体的水质得到有效改善。

6.按权利要求5所述处理复杂暗渠黑臭水体的方法，其特征在于：将所述微生物菌剂泵入微纳米气泡发生装置内，使用复合高效菌液的浓度为20-300ppm，伴随纳米气泡进行充分的分散。

7.按权利要求5所述处理复杂暗渠黑臭水体的方法，其特征在于：所述待处理暗渠中设置多个微纳米气泡发生装置，每个微纳米气泡发生装置的曝气单元的管道上固定至少一个生物活性物质添加装置。

8.按权利要求7所述处理复杂暗渠黑臭水体的方法，其特征在于：所述微纳米气泡发生装置的数量根据暗渠氨氮、溶解氧和河流流量计算所得；

所述纳米气泡发生装置的数量

；

其中

；

；

w为每天进水量（m³）；d为水体平均氨氮含量（mg/L）。

9.按权利要求7所述处理复杂暗渠黑臭水体的方法，其特征在于：所述每台纳米气泡发生装置每个小时气水混合量为18-20m³/h，气体体积占比为84%-90%，氧利用率为90%。

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