CN110922010A - 一种黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂及其制备方法；修复剂包括改性生物炭、底泥基陶粒、植物纤维素、植物木质素和复合菌剂。其中，复合菌剂包括水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌。制备时，先将复合菌剂中的各微生物菌种按配比均匀混合，得复合菌剂；然后将复合菌剂与植物纤维素均匀混合并培养一段时间，再加入植物木质素继续培养，最后加入改性生物炭和底泥基陶粒，拌匀后即得修复剂。采用本发明中的修复剂，可有效解决黑臭水体底泥原位修复难度大的问题。

Description

一种黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂及其制备方法

技术领域

本发明属于底泥修复技术领域，具体涉及一种黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂及其制备方法。

背景技术

在我国城市化和工业化进程加快的过程中，由于水污染控制与治理措施滞后，大量工业、农业及生活废水排入城市水体，水体大面积受污染，同时大量污染物沉积在底泥中，水体呈现黑臭现象。底泥中的污染物会源源不断地向上覆水释放，成为水体的内源污染。尤其是在外部环境发生变化时，底泥中的污染物向上覆水的释放将造成严重的二次污染，使水质恶化。因此，在外源污染日益严控的今天，底泥污染的治理对于长效治理黑臭水体十分必要和紧迫。

现有底泥修复技术主要可分为异位修复和原位修复。异位修复主要指底泥疏浚技术。原位修复包括覆盖、固化/稳定化、化学修复、生物修复等方法。底泥异位修复方法由于工程量大、费用高、疏浚底泥难处理等问题而受到限制，单一的原位修复技术通常难以实现高效的底泥治理。因此，亟待开发一种生态环保、高效价廉的底泥原位修复剂。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂及其制备方法，以解决黑臭水体底泥原位修复难度大的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂，包括以下质量份的组分：改性生物炭20～25份，底泥基陶粒15～20份，植物纤维素8～12份，植物木质素6～10份，复合菌剂8～12份；

其中，复合菌剂包括水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌，按重量比计，水生从毛单胞菌：解淀粉芽孢杆菌：巴斯德碧池酵母：枯草芽孢杆菌：硝化细菌＝3～5:1～3:1～3:2～4:2～4。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂包括以下质量份的组分：改性生物炭24份，底泥基陶粒18份，植物纤维素10份，植物木质素8份，复合菌剂10份。

进一步，复合菌剂包括水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌，按重量比计，水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌的质量比为4:2:2:3:3。

进一步，底泥基陶粒经过以下步骤制得：

(1)挖取河道底泥，烘干后粉碎至30～40目，得底泥粉；

(2)将底泥粉与陶土和沸石粉按1:2～4:1～2的质量比混合，加水搅拌均匀后造粒，得生料球；

(3)将生料球在40～50℃下预热1～2h，然后升温至700～800℃，保温焙烧2～3h，再冷却至室温，得底泥基陶粒。

进一步，底泥基陶粒的粒径为3～5mm。

进一步，改性生物炭经过如下步骤制得：

(1)将甘蔗渣干燥、粉碎，得甘蔗渣粉末；

(2)将甘蔗渣粉末加入混有硅酸钠的铁盐溶液中，搅拌、离心、过滤，将滤渣烘干，得到混合固体物；硅酸钠在铁盐溶液中的质量分数为10～15％；

(3)在氮气氛围下，将步骤(2)中所得的混合固体物进行热解，热解时升温速率为8～12℃/min，升温至500℃，维持此温度热解120min，自然冷却至室温，粉碎，得到炭化粉末；

(4)将炭化粉末先依次用稀盐酸和无水乙醇进行洗涤，然后用水洗涤至滤液呈中性，再烘干，得到所述的改性生物炭。

进一步，铁盐溶液为浓度为8～15％的氯化铁或硝酸铁溶液。

本发明中的黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂的配方中包括改性生物炭，改性生物炭可有效吸附底泥释放的重金属和部分有机物；作为骨料的底泥基陶粒一方面可吸附部分污染物，另一方面，可同时与改性生物炭一起为微生物的生长提供附着载体；而植物纤维素和植物木质素可促进微生物的生长，激活微生物菌剂的活性，同时植物纤维素和植物木质素可改善底泥的土壤结构，在底泥中形成团聚体，团聚体表现为团粒间为大孔隙，团粒内为小孔隙，大小孔隙同时存在且比例适当，总孔隙度高，无效孔隙少。正是由于这种特殊结构，它有以下几个方面的重要特点：

(1)是微生物的小肥料库。团粒内部的持水孔隙水多、气体成分少，既可以保存随水进入团粒的水溶性养分，又适宜于微生物的活动。

(2)维持较高的土壤生物多样性。由于团粒结构的土壤大小孔隙同时存在，且比例适当，水气环境多元、物质能量供应多元，这为不同大小体型、好氧厌氧生活习性的动物、微生物提供了良好的生存空间。

本发明的复合菌剂包括具有生物脱氮除磷功能的水生从毛单胞菌，具有较强蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性的枯草芽孢杆菌，能够高效降解氨氮浓度的硝化细菌，可高效降解有机质、氨氮、总磷的解淀粉芽孢杆菌和巴斯德碧池酵母；这些微生物协同作用，可有效改善水体的生态环境。水生从毛单胞菌分解黑臭水体中的氮磷等物质；巴斯德碧池酵母可以利用硫化氢、氨等作为供氢体合成自身的组成物质，降解黑臭水体中的有毒物质；解淀粉芽孢杆菌可以降解黑臭水体中的大分子有机物质；枯草芽孢杆菌为从黑臭水体中筛选的一株专用高效降解黑臭水体有机物菌株；硝化细菌在黑臭水体解除有毒物质、有机物抑制后，专一降解氨氮；各菌剂作用互补，实现黑臭水体的高效修复。

此外，本发明的底泥原位生化修复剂材料来源广泛，价格低廉，具备实际推广应用条件。

本发明中的黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂通过以下步骤制得：

S1：按配比将水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌均匀混合，得复合菌剂；

S2：将复合菌剂与植物纤维素均匀混合，于25～30℃下培养2～4h；

S3：将植物木质素加入到经S2培养后的混合物中，拌匀后继续培养2～4h；

S4：将改性生物炭和底泥基陶粒加入到经过S3培养后的混合物，拌匀后得到黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂。

本发明的有益效果是：本发明的黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂结合物理吸附、化学处理和生物处理，各组分相互协同作用，对底泥污染削减作用明显，可有效提高黑臭水体底泥溶解氧水平和微生物活性，削减底泥污染。此外，本发明的底泥原位生化修复剂材料来源广泛，价格低廉，具备实际推广应用条件。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例一：制备底泥基陶粒

本发明中所用到的底泥基陶粒通过以下步骤制得：

(1)挖取河道底泥，烘干后粉碎至30～40目，得底泥粉；

(2)将底泥粉与陶土和沸石粉按1:2～4:1～2的质量比混合，加水搅拌均匀后造粒，得生料球；所造生料球的粒径为4mm左右；

(3)将生料球在40～50℃下预热1～2h，然后升温至700～800℃，保温焙烧2～3h，再冷却至室温，得底泥基陶粒。

本发明中所制得的底泥基陶粒除了可以吸附水体中的重金属外，还可以去除水中的氨氮。同时，底泥基陶粒具有多孔、质轻、表面强度高的特殊构造，可以增加微生物的负载量，提升有害元素以及细菌的吸附量，有利于水体的修复。

实施例二：制备改性生物炭

本发明中所用到的改性生物炭通过以下步骤制得：

(1)将甘蔗渣干燥，再粉碎成粒径为0.5mm左右的粉末，得甘蔗渣粉末；

(2)将甘蔗渣粉末加入混有硅酸钠的氯化铁或硝酸铁溶液中，搅拌0.5～1h后离心、过滤，将滤渣烘干，得到混合固体物；硅酸钠在铁盐溶液中的质量分数为10～15％，氯化铁或硝酸铁溶液的质量浓度为8～15％；

(3)在氮气氛围下，将步骤(2)中所得的混合固体物进行热解，热解时升温速率为8～12℃/min，升温至500℃，维持此温度热解120min，自然冷却至室温，粉碎，得到炭化粉末；

(4)将炭化粉末先依次用稀盐酸和无水乙醇进行洗涤，然后用水洗涤至滤液呈中性，再烘干，得到所述的改性生物炭。

本发明中的改性生物炭利用甘蔗渣作为原材料，不仅将甘蔗渣进行了资源化利用，而且利用甘蔗渣制备而成的改性生物炭粒径小，比表面积更大、微孔结构更突出，可以负载更多的微生物，对黑臭水体的修复效果更好；而且本发明的改性生物炭组分简单、成本低，利于大规模工业化生产。

实施例三：

一种黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂，包括以下质量份的组分：

改性生物炭24份，底泥基陶粒18份，植物纤维素10份，植物木质素8份，复合菌剂10份；其中，复合菌剂包括水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌，按重量比计，水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌的质量比为4:2:2:3:3。

本实施例中的黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂经过以下步骤制得：

S1：按配比将水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌均匀混合，得复合菌剂；

S2：将复合菌剂与植物纤维素均匀混合，于28℃下培养3h；

S3：将植物木质素加入到经S2培养后的混合物中，拌匀后继续培养3h；

S4：将改性生物炭和底泥基陶粒加入到经过S3培养后的混合物，拌匀后得到黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂。

实施例四

一种黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂，包括以下质量份的组分：

改性生物炭20份，底泥基陶粒20份，植物纤维素8份，植物木质素10份，复合菌剂12份；其中，复合菌剂包括水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌，按重量比计，水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌的质量比为3:3:1:4:2。

本实施例中的黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂经过以下步骤制得：

S1：按配比将水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌均匀混合，得复合菌剂；

S2：将复合菌剂与植物纤维素均匀混合，于30℃下培养2h；

S3：将植物木质素加入到经S2培养后的混合物中，拌匀后继续培养4h；

S4：将改性生物炭和底泥基陶粒加入到经过S3培养后的混合物，拌匀后得到黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂。

实施例五

一种黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂，包括以下质量份的组分：

改性生物炭25份，底泥基陶粒18份，植物纤维素12份，植物木质素6份，复合菌剂8份；其中，复合菌剂包括水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌，按重量比计，水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌的质量比为5:1:3:2:4。

本实施例中的黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂经过以下步骤制得：

S1：按配比将水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌均匀混合，得复合菌剂；

S2：将复合菌剂与植物纤维素均匀混合，于25℃下培养4h；

S3：将植物木质素加入到经S2培养后的混合物中，拌匀后继续培养2h；

S4：将改性生物炭和底泥基陶粒加入到经过S3培养后的混合物，拌匀后得到黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂。

结果分析

用抓斗式采样器采取某市某黑臭河道中的污染底泥，准备四个20×20×40cm的有机玻璃反应器，分别在反应器中平铺10cm厚的污染底泥，并注入20cm高的河道黑臭水。其中一个为空白组，另外三个为实验组。实验组按照5kg修复剂/m²底泥的添加量铺撒200g黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂，空白组不铺撒。

修复剂处理一定时间后，分别取样对底泥和上覆水进行检测，检测结果如表1所示。其中，ORP指氧化还原电位；AVS指水体中酸可挥发性硫化物；TOC指水体中总有机碳含量；

表1底泥相关指标对比情况

表2列出了空白组和实验组若干处理时间后的上覆水相关指标对比情况。其中；TN指水体中氮元素总含量；TP指水体中磷元素总含量；DO指溶解在水体中的氧含量。

表2上覆水相关指标对比情况

虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂，其特征在于，包括以下质量份的组分：

改性生物炭20～25份，底泥基陶粒15～20份，植物纤维素8～12份，植物木质素6～10份，复合菌剂8～12份；

所述复合菌剂包括水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌，按重量比计，水生从毛单胞菌：解淀粉芽孢杆菌：巴斯德碧池酵母：枯草芽孢杆菌：硝化细菌＝3～5:1～3:1～3:2～4:2～4。

2.根据权利要求1所述的黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂，其特征在于，包括以下质量份的组分：

改性生物炭24份，底泥基陶粒18份，植物纤维素10份，植物木质素8份，复合菌剂10份。

3.根据权利要求1或2所述的黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂，其特征在于，所述复合菌剂包括水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌，按重量比计，水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌的质量比为4:2:2:3:3。

4.根据权利要求1所述的黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂，其特征在于，所述底泥基陶粒经过以下步骤制得：

(1)挖取河道底泥，烘干后粉碎至30～40目，得底泥粉；

(2)将底泥粉与陶土和沸石粉按1:2～4:1～2的质量比混合，加水搅拌均匀后造粒，得生料球；

(3)将生料球在40～50℃下预热1～2h，然后升温至700～800℃，保温焙烧2～3h，再冷却至室温，得底泥基陶粒。

5.根据权利要求1或4所述的黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂，其特征在于：所述底泥基陶粒的粒径为3～5mm。

6.根据权利要求1所述的黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂，其特征在于，所述改性生物炭经过如下步骤制得：

(1)将甘蔗渣干燥、粉碎，得甘蔗渣粉末；

(2)将甘蔗渣粉末加入混有硅酸钠的铁盐溶液中，搅拌、离心、过滤，将滤渣烘干，得到混合固体物；硅酸钠在铁盐溶液中的质量分数为10～15％；

(3)在氮气氛围下，将步骤(2)中所得的混合固体物进行热解，热解时升温速率为8～12℃/min，升温至500℃，维持此温度热解120min，自然冷却至室温，粉碎，得到炭化粉末；

(4)将炭化粉末先依次用稀盐酸和无水乙醇进行洗涤，然后用水洗涤至滤液呈中性，再烘干，得到所述的改性生物炭。

7.根据权利要求6所述的黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂，其特征在于：所述铁盐溶液为浓度为8～15％的氯化铁或硝酸铁溶液。

8.如权利要求1～6任一项所述的黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：按配比将水生从毛单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、巴斯德碧池酵母、枯草芽孢杆菌和硝化细菌均匀混合，得复合菌剂；

S2：将复合菌剂与植物纤维素均匀混合，于25～30℃下培养2～4h；

S3：将植物木质素加入到经S2培养后的混合物中，拌匀后继续培养2～4h；

S4：将改性生物炭和底泥基陶粒加入到经过S3培养后的混合物，拌匀后得到黑臭水体底泥底栖微生物生态修复剂。