CN112028422A - 一种双层底泥修复胶囊及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层底泥修复胶囊及其应用。本发明的双层底泥修复胶囊分为外层菌液包被层和内层吸附材料层，外层菌液包被层一方面为微生物生长提供营养物质，另一方面保护微生物不受外界环境的影响，提高了微生物适应环境的能力，并可以通过降解底泥污染物质为微生物的生长提供营养；本发明中的双层底泥修复胶囊不同于传统底泥修复粉末状药剂，不受水流影响，不会随着水流流失，而且具有缓释作用，延长作用时间，长期作用于黑臭底泥。

Description

一种双层底泥修复胶囊及其应用

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种双层底泥修复胶囊及其应用。

背景技术

防治城市黑臭水体污染是每一个国家都高度关注且民生反映强烈的水环境问题，水体黑臭的主要原因是外源有机污染物过量排入水体，微生物对有机污染物进行分解，同时消耗掉水体中的DO(dissolved oxygen，溶解氧)，使水体中的DO(溶解氧)浓度降低甚至完全消失，从而导致水体黑臭；另外水体中N、P物质含量过高也会引起水体发黑发臭。底泥治理成效是决定城市水体治理工程黑臭水体攻坚战的关键。

目前常用的黑臭底泥修复方法主要有有底泥疏浚、人工曝气、强化絮凝、生物生态法等。底泥疏浚、人工曝气虽然可以在短期内取得一定的效果，但其工程量巨大，投资需求高，对污染物的长效控制以及对底栖生物群落恢复的情况效果不佳。相比底泥疏浚和人工曝气，生物生态法是一种科学环保绿色有效的修复方法，但是由于微生物的生长受多种因素的影响以及限制，城市污水中氮、磷含量不断增多，这些高浓度氮、磷污染物，重金属有毒物质，对传统微生物的生命活动会产生抑制作用，导致微生物降解污染物速率下降，甚至造成微生物的大量死亡。另外，修复黑臭底泥得微生物主要是液体菌剂，投加到水里由于缺乏微生物的固定基质，外加的微生物容易随着水流流动而流失，大大影响了修复效果，若要持续较好的修复效果则需要不断补充投加菌剂。目前，生物生态方法尚未普及的重要原因主要在于尚未开发出适应于各类黑臭水体治理的微生物以及可利用固定基质持续作用的微生物菌剂。

因此，针对上述现有技术缺点，开发出一种成本低、科学快速且生态环保，能针对高浓度污染的城市黑臭河涌底泥修复药剂具有极高的应用前景，并以此在短期内迅速降低底泥污染物、减少水体黑臭污染程度，并长期对河涌生态恢复具有积极作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层底泥修复胶囊；

本发明的另一目的在于提供上述双层底泥修复胶囊的制备方法；

本发明的另一目的在于提供上述双层底泥修复胶囊在水体污染治理中的用途。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一个方面，提供：

一种双层底泥修复胶囊，包括外层菌液包被层和内层吸附材料层；

其中，上述外层菌液包被层包括海藻酸钠、聚丙烯酰胺、EM菌液、水；

上述内层吸附材料层包括海藻酸钠、过氧化钙、硅藻土、细砂、水。

“黑臭水体”被认为是一种水体中有机污染物厌气分解的生物化学现象，是水体有机物污染的极端现象。由于水体中有机污染物、氮磷富含量过多，造成水体缺氧，有机物腐败。长时间接触黑臭水体，会对城市居民的健康及城市生态安全构成了极为严重的威胁。在大量的有机物进入水体后，会破坏水体自身的降解及净化的系能力，而且部分有机物在经过分解、腐败后产生腐殖质等发臭物质沉积在河道底部，并产生挥发性、刺激性气体，如硫化氢、甲烷等逸出水面。排放进入水体的重金属铁、锰等污染物会与水中的硫形成了硫化物，形成大量带电胶体的黑色悬浮颗粒。因此，处理黑臭底泥的基本原理是持续增加底泥中氧的含量，改善厌氧底泥性质，增加底泥中对有机质的降解效率，阻隔底泥中营养物质向水体释放。

本发明中外层菌液包被层一方面为微生物生长提供营养物质，另一方面保护微生物不受外界环境的影响，提高了微生物适应环境的能力，而且由于形成了稳定的包被层，导致其能不受水流影响，稳定缓慢释放菌液，延长作用时间。

内层吸附材料层可以增加底泥含氧量为外层微生物的生长提供氧；

具体体现为过氧化钙作为增氧剂使底泥无氧环境变为有氧环境，硅藻土作为吸附材料可有效吸附底泥中污染物且可以为生物生长提供载体，聚丙烯酰胺作为絮凝剂可絮凝污水中的污染物。

而外层菌液包被层同样可以通过降解底泥污染物质来为微生物生长提供所需营养物质；

具体体现为海藻酸钠与氯化钙发生交联反应固定化EM菌，为EM菌生长提供了保护，减少外界复杂环境对微生物的影响，且在底泥层表面形成胶体层，抑制底泥中污染物向水体中释放。

进一步地，按质量份计，上述外层菌液包被层中各组分为：海藻酸钠1～4份、聚丙烯酰胺2～8份、EM菌液20～30份、水60～80份；上述内层吸附材料层中各组分为：海藻酸钠1～4份、过氧化钙6～15份、硅藻土6～15份、细砂8～15份、水75～90份。

更进一步地，按质量份计，上述外层菌液包被层中各组分为：海藻酸钠1～2份、聚丙烯酰胺4～6份、EM菌液25～30份、水60～70份；上述内层吸附材料层中各组分为：海藻酸钠1～2份、过氧化钙6～10份、硅藻土6～10份、细砂8～12份、水75～80份。

更进一步地，上述双层底泥修复胶囊还包括交联试剂。

更进一步地，上述交联试剂包括氯化钙溶液，在上述双层底泥修复胶囊中，上述氯化钙溶液的质量百分比浓度为4％～6％。

当然，本发明中的双层底泥修复胶囊还可以根据实际情况加入微生物促进剂，以促进微生物的生长。

本发明的第二个方面，提供：

上述双层底泥修复胶囊的制备方法，包括以下步骤：

(1)用水将海藻酸钠溶解为胶体，与过氧化钙、硅藻土和细砂混合，加入交联试剂，反应得到内层吸附材料层；

(2)用水将海藻酸钠溶解为胶体，与聚丙烯酰胺、EM菌液、内层吸附材料层混合，加入交联试剂，反应即到双层底泥修复胶囊。

其中，加入交联试剂后的反应时间至少为15min。

本发明的第三个方面，提供：

上述双层底泥修复胶囊在水体污染治理中的用途。

进一步地，上述双层底泥修复胶囊与上述水体中的底泥的质量比为1:(20-40)。

进一步地，上述水体污染治理包括降低水体中的COD、总磷量、氨氮浓度。

本发明的有益效果是：

本发明的双层底泥修复胶囊分为外层菌液包被层和内层吸附材料层，外层菌液包被层一方面为微生物生长提供营养物质，另一方面保护微生物不受外界环境的影响，提高了微生物适应环境的能力，并可以通过降解底泥污染物质为微生物的生长提供营养；

本发明的双层底泥修复胶囊的内层吸附材料层可以增加底泥含氧量为外层微生物生长提供氧；

而且本发明中的双层底泥修复胶囊不同于传统底泥修复粉末状药剂，不受水流影响，不会随着水流流失，而且具有缓释作用，延长作用时间，长期作用于黑臭底泥。

附图说明

图1为本发明中的双层底泥修复胶囊实体图；

图2为使用本发明双层底泥修复胶囊0、7、14天后，沙洛涌、朗新涌、机场涌和丰岗村涌的COD值；

图3为使用本发明双层底泥修复胶囊0、7、14天后，沙洛涌、朗新涌、机场涌和丰岗村涌的氨氮浓度；

图4为使用本发明双层底泥修复胶囊0、7、14天后，沙洛涌、朗新涌、机场涌和丰岗村涌的总磷浓度；

图5为沙洛涌、朗新涌、机场涌和丰岗村涌未处理前的水样样本；

图6为使用本发明双层底泥修复胶囊14天后，沙洛涌、朗新涌、机场涌和丰岗村涌的水样样本；

图7为重复检测时，沙洛涌、朗新涌、机场涌和丰岗村涌未处理前的水样样本；

图8为重复检测时，使用本发明双层底泥修复胶囊14天后，沙洛涌、朗新涌、机场涌和丰岗村涌的水样样本；

图9为效果验证试验时，沙洛涌、朗新涌、机场涌和丰岗村涌的样本(2020年7月15日采集)加入胶囊处理14天后的氨氮浓度变化；

图10为效果验证试验时，沙洛涌、朗新涌、机场涌和丰岗村涌的样本(2020年7月15日采集)加入胶囊处理14天后的硫化物浓度变化。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

所使用的实验材料和试剂，若无特别说明，均为常规可从商业途径所获得的耗材和试剂。

本发明中所使用的EM菌购自暨南大学水生生物研究所。

该EM菌包括光合细菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌。

实施例1

本实施例中的双层底泥修复胶囊各组分的质量份为：外层菌液包被层中各组分为：海藻酸钠1份、聚丙烯酰胺4份、EM菌液25份、水60份；内层吸附材料层中各组分为：海藻酸钠1份、过氧化钙6份、硅藻土6份、细砂8份、水75份。

上述双层底泥修复胶囊的制备方法，包括以下步骤：

(1)用水将海藻酸钠完全溶解成絮状胶体，与过氧化钙、硅藻土和细砂混合，搅拌混匀形成絮状体，加入交联试剂(氯化钙溶液)，进行交联反应15分钟，得到内层吸附材料层；

(2)用水将海藻酸钠完全溶解，与聚丙烯酰胺、EM菌液搅拌均匀形成絮状体，将内层吸附材料层包裹在上述混合絮状体放入氯化钙(交联试剂)中进行交联反应15分钟，即到双层底泥修复胶囊。

实施例2

本实施例中的双层底泥修复胶囊各组分的质量份为：外层菌液包被层中各组分为：海藻酸钠4份、聚丙烯酰胺8份、EM菌液30份、水80份；内层吸附材料层中各组分为：海藻酸钠4份、过氧化钙15份、硅藻土15份、细砂15份、水90份。

上述双层底泥修复胶囊的制备方法如实施例1所述。

实施例3

本实施例中的双层底泥修复胶囊各组分的质量份为：外层菌液包被层中各组分为：海藻酸钠1份、聚丙烯酰胺2份、EM菌液20份、水60份；内层吸附材料层中各组分为：海藻酸钠1份、过氧化钙6份、硅藻土6份、细砂8份、水75份。

上述双层底泥修复胶囊的制备方法如实施例1所述。

实施例4

本实施例中的双层底泥修复胶囊各组分的质量份为：外层菌液包被层中各组分为：海藻酸钠2份、聚丙烯酰胺6份、EM菌液30份、水70份；内层吸附材料层中各组分为：海藻酸钠2份、过氧化钙10份、硅藻土10份、细砂12份、水80份。

上述双层底泥修复胶囊的制备方法如实施例1所述。

样品采样

底泥采集：对河道底泥进行钻孔取样，取样点设置在距岸边30cm处，为确保底泥特征数据的准确性和最大程度的准确确定清淤深度，本次取样全部钻穿底泥层。

水样采集：在样点处用20L塑料桶采集水体。

处理效果测试

分别从佛山沙洛涌、朗新涌、机场涌和丰岗村涌的样本中分别取300g底泥，清除取得的底泥中所有碎石、树枝等垃圾后混匀待用，之后均匀分置于玻璃缸中，每缸底泥厚度10cm，并注入20cm深的同一河涌中的水体污。底泥与实施例1胶囊的质量比为40:1，投放本发明胶囊于底泥中，并搅拌均匀，设置4组实验，设置方案如表1所示。

表1实验分组及黑臭底泥不同处理方式

数据监测与处理

每7天对玻璃缸上层水体(5cm处)进行采样，检测指标有COD_Mn、NH₃-N、TP，每组指标平行检测取平均值。每15天对玻璃缸下层底泥(10cm处)进行采样，检测指标有总氮、总磷、有机质，实验周期为15天。

结果如图2-4所示，本发明的双层底泥修复胶囊反应7天后，四条河涌的各项污染物浓度均降低了至少40％，氨氮浓度平均下降50％。修复药剂放入底泥14天后污染物浓度相对较低的朗新涌和机场涌中各项水质指标均能达到国家标准下的V类水水平。

从直观观测中，未处理的水体如图5所示，而处理14天后的水体则如图6所示，水体明显得到改善。

重复该检测，依旧可以得到上述效果，重复检测中，未处理的水体如图7所示，而处理14天后的水体则如图8所示，水体明显得到改善。

效果验证试验

于2020年7月15日，采用上述相同的样品采样方法，从佛山沙洛涌、朗新涌、机场涌和丰岗村涌的样本中分别取300g底泥，清除取得的底泥中所有碎石、树枝等垃圾后混匀待用，之后均匀分置于玻璃缸中，每缸底泥厚度10cm，并注入20cm深的同一河涌中的水体污。底泥与实施例1胶囊的质量比为40:1，投放本发明胶囊于底泥中，并搅拌均匀，为确保数据有效性，设置2组实验。每7天检测样品的氨氮浓度、硫化物浓度，实验周期为15天。

试验结果如图9和10所示，加入胶囊处理14天后(7月30日)，氨氮和硫化物浓度均有明显下降。底泥修复胶囊对底泥氨氮和硫化物有良好的降解效果，硫化物浓度最高的沙洛涌经过底泥修复胶囊的修复后14天硫化物分别降低73.4％和76.4％，对底泥氨氮浓度最高的两条河涌可在14天后降低70％的氨氮。

综上所述，该结果说明新型修复胶囊1:40可有效降解黑臭水体底泥硫化物和氨氮。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双层底泥修复胶囊，其特征在于，包括外层菌液包被层和内层吸附材料层；

其中，所述外层菌液包被层包括海藻酸钠、聚丙烯酰胺、EM菌液、水；

所述内层吸附材料层包括海藻酸钠、过氧化钙、硅藻土、细砂、水。

2.根据权利要求1所述的双层底泥修复胶囊，其特征在于，按质量份计，所述外层菌液包被层中各组分为：海藻酸钠1～4份、聚丙烯酰胺2～8份、EM菌液20～30份、水60～80份；所述内层吸附材料层中各组分为：海藻酸钠1～4份、过氧化钙6～15份、硅藻土6～15份、细砂8～15份、水75～90份。

3.根据权利要求2所述的双层底泥修复胶囊，其特征在于，按质量份计，所述外层菌液包被层中各组分为：海藻酸钠1～2份、聚丙烯酰胺4～6份、EM菌液25～30份、水60～70份；所述内层吸附材料层中各组分为：海藻酸钠1～2份、过氧化钙6～10份、硅藻土6～10份、细砂8～12份、水75～80份。

4.根据权利要求1-3任一所述的双层底泥修复胶囊，其特征在于，所述双层底泥修复胶囊还包括交联试剂。

5.根据权利要求4所述的双层底泥修复胶囊，其特征在于，所述交联试剂包括氯化钙溶液，在所述双层底泥修复胶囊中，所述氯化钙溶液的质量百分比浓度为4％～6％。

6.权利要求4-5任一所述的双层底泥修复胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)用水将海藻酸钠溶解为胶体，与过氧化钙、硅藻土和细砂混合，加入交联试剂，反应得到内层吸附材料层；

(2)用水将海藻酸钠溶解为胶体，与聚丙烯酰胺、EM菌液、内层吸附材料层混合，加入交联试剂，反应即到双层底泥修复胶囊。

7.权利要求1-5任一所述的双层底泥修复胶囊在水体污染治理中的用途。

8.根据权利要求7所述的用途，其特征在于，所述双层底泥修复胶囊与所述水体中的底泥的质量比为1:(20-40)。

9.根据权利要求7所述的用途，其特征在于，所述双层底泥修复胶囊降低水体中的COD、总磷量、氨氮浓度。

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