CN112209505A - 一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法，其中，包括以下步骤：A、预处理阶段，B、生物治理期阶段，C、植物治理阶段，D、后期优化阶段，本发明以沸石为载体，解决了微生物在水体污染修复中的固定化问题，且沸石为载体可以为微生物提供附着点位，提高微生物在水体中的水力停留时间，增加了微生物的处理效率，且本方法同时通过沸石固定化微生物与植物协同作用，降低水体中COD和氮、磷及金属盐的水平，改善水体理化环境同时，通过竞争关系控制藻类的生长，达到长期治理的效果。
Description
技术领域
本发明属于环保生物技术技术领域，具体涉及一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法。
背景技术
随着城市化步伐的加快和工业化程度的提高,河流污染问题成为人们关注的热点，河流污水中含有氮，磷，有机物等污染物，引起了水体的富营养化,溶解氧降低，严重污染水体环境，破坏了水生生态系统，是河流丧失了自净能力，导致河流的黑臭。污染河道中释放出的有害气体，严重危害周边居民的健康，同时影响城市的面貌。
随着现在技术的不断发展，单纯的物理方法难以从根本上消除污染物，而化学方法因为高昂的成本和引入新的污染物的风险，逐渐被行业替代。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法，以解决上述的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法，其中，包括以下步骤：
A、预处理阶段：
a1、消除河道内对微生物繁殖及植物生长的有害因素；
a2、于河道内设置多组曝气设备；
B、生物治理期阶段：
b1、按照质量比为千分之三的比例向河道中投放固化微生物填料，并利用固化微生物填料处理转化河道中的污染物；
C、植物治理阶段：
c1、于河道中加设生物浮岛，且生物浮岛基质内按照生物浮岛基质质量比为千分之三的比例填充固化微生物填料，利用生物浮岛辅助微生物的生长和增殖，并通过竞争关系抑制水中藻类的生长；
D、后期优化阶段：
d1、对河道水体进行调控、监测，并对曝气设备及生物浮岛进行维护、修整，从而优化河道指标、促进水体良性循环，并保持各生物菌群的和谐稳定，保持良好的水生态环境。
优选的，步骤(a1)中所述消除河道内对微生物繁殖及植物生长的有害因素为对河道内沉积的固体垃圾进行打捞，并清除河道底泥中的非降解性杂物。
优选的，步骤(b1)中所述固化微生物填料是以沸石为载体，并在载体中加入复合微生物菌剂而形成。
优选的，所述复合微生物菌剂由枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、硝化细菌及反硝化细菌组成，且枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、硝化细菌、反硝化细菌菌株比重为2：1：1：1。
优选的，步骤(b1)中所述固化微生物填料的制备，包括以下步骤：
b11：将复合微生物菌剂放入培养基中充分震荡，并将菌悬液中复合微生物菌密度调整为1.0×106cfu/mL；
b12：以沸石为载体，将菌悬液(ml)与载体(g)以10:1的比例混合，并置于恒温振荡器中，在30℃、160r/min条件下培养48h，保温24h后，用灭菌去离子水冲洗，制备得到固化微生物填料。
优选的，步骤(c1)中所述生物浮岛由水生植物复合单元组成，所述生物浮岛面积为8-10平方米，且相邻所述生物浮岛间距为40米。
优选的，所述水生植物复合单元包括风车草及圆币草，且所述水生植物复合单元种植密度为9株/平方米。
优选的，步骤(d1)中对生物浮岛进行维护，包括，定期对生物浮岛植物进行修剪，并对生物浮岛死亡区域进行补种，为减少生物浮岛植物吸收的营养在水体中返还，秋冬季对凋亡的植物进行收割和打捞。
微生物从以下几个方面对河道黑臭水体进行净化：
对有机污染物的去除：
1、菌体的同化作用会转化部分有机污染物为自身物质；
2、微生物分泌的胞外酶能快速降解大分子有机物，实现对水体有机污染物的降解和去除。
对氮素的去除：
1、通过氨化细菌、硝化细菌及反硝化细菌的作用，实现水体中氮素的生物地球化学循环过程，并最终使水体中过量的氮素以气态的形式逸出水体。
对磷素的去除：
1、微生物的代谢作用可以降低水体中磷素浓度；
2、水生植物的根系吸收P素作为生长所需的营养。
对藻类的抑制：
1、通过复合微生物的协同作用，降低水体中氮、磷营养盐水平，通过营养竞争的方式抑制藻类的生长；
2、通过改善水体理化环境，水生植物和藻类的竞争作用，抑制藻类生长。
本发明的技术效果和优点：该沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法：
1、本发明以沸石为载体，解决了微生物在水体污染修复中的固定化问题，且沸石为载体可以为微生物提供附着点位，提高微生物在水体中的水力停留时间，增加了微生物的处理效率。
2、本方法同时通过沸石固定化微生物与植物协同作用，降低水体中COD和氮、磷及金属盐的水平，改善水体理化环境同时，通过竞争关系控制藻类的生长，达到长期治理的效果。
3、本方法通过水生植物的采用，不仅具有高效吸收氮磷的作用，又可以起到美观的作用，适合长期治理的要求。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、预处理阶段：
a1、消除河道内对微生物繁殖及植物生长的有害因素，保证后期微生物迅速繁殖与植物快速生长。
a2、于河道内设置多组曝气设备，通过多组曝气设备的设置，将目标水域的溶解氧控制在4mg/ml左右，提高微生物对污染物的分解效率，并且曝气设备在水中形成循环水流，曝气增氧，除臭，大幅度降低污染指标包括氮素、磷素等污染物水平以及改善水质。
B、生物治理期阶段：
b1、按照质量比为千分之三的比例向河道中投放固化微生物填料，并利用固化微生物填料处理转化河道中的污染物，固化微生物填料可有效降解水体中COD、脱除N素，并且通过利用微生物的协同作用将水中的有机废物降解为二氧化碳和水，有效地转化为有益生物量，进行硝化和反硝化反应，去除水中的氮素。
C、植物治理阶段：
c1、于河道中加设生物浮岛，且生物浮岛基质内按照生物浮岛基质质量比为千分之三的比例填充固化微生物填料，生物浮岛基质内填充的固化微生物填料可在降解黑臭的同时可提升对N素的降解，同时抑制水中大肠杆菌等有害菌的生长，利用生物浮岛辅助微生物的生长和增殖，并通过竞争关系抑制水中藻类的生长。
D、后期优化阶段：
d1、对河道水体进行调控、监测，并对曝气设备及生物浮岛进行维护、修整，从而优化河道指标、平衡水质及保持各生物菌群的和谐稳定，增加系统的生物多样性，构建生态圈，促进物质能量循环，提高系统抗干扰能力，使水生生态系统结构更加稳定，促进水体良性循环，并保持各生物菌群的和谐稳定，保持良好的水生态环境。
具体的，步骤(a1)中所述消除河道内对微生物繁殖及植物生长的有害因素为对河道内沉积的固体垃圾进行打捞，并清除河道底泥中的非降解性杂物，方便后期对固化微生物填料进行投放。
具体的，步骤(b1)中所述固化微生物填料是以沸石为载体，并在载体中加入复合微生物菌剂而形成，沸石具有很大的比表面积、适宜的孔径结构，有利于微生物的附着、固定，此外蒙脱石和沸石的孔隙、孔洞等对附着微生物起到屏障保护，使它们免受或减弱了水力剪切冲刷作用，同时也有利于微生物代谢过程中所需要的氧气和营养物质以及代谢所产生的废物的传质过程。
具体的，所述复合微生物菌剂由枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、硝化细菌及反硝化细菌组成，且枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、硝化细菌、反硝化细菌菌株比重为2：1：1：1。
具体的，步骤(b1)中所述固化微生物填料的制备，包括以下步骤：
b11：将复合微生物菌剂放入培养基中充分震荡，并将菌悬液中复合微生物菌密度调整为1.0×106cfu/mL；
选用实验室前期筛选的枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、硝化细菌及反硝化细菌菌种，并将四种菌种在独立的培养体系中培养，培养结束后按照一定的比例复配，得到复合微生物菌剂。
b12：以沸石为载体，将菌悬液(ml)与载体(g)以10:1的比例混合，并置于恒温振荡器中，在30℃、160r/min条件下培养48h，保温24h后，用灭菌去离子水冲洗，制备得到固化微生物填料。
固化微生物填料的投加：主要应用于水体中氨氮及总氮的降解，以及COD的去除。
固化微生物填料的应用方法为：按照质量比为千分之三的比例投加固化微生物填料，进行水体修复。
具体的，步骤(c1)中所述生物浮岛由水生植物复合单元组成，所述生物浮岛面积为8-10平方米，且相邻所述生物浮岛间距为40米，生物浮岛不仅具有高效吸收氮磷的作用，同时具有不错的观赏价值。
具体的，所述水生植物复合单元包括风车草及圆币草，且所述水生植物复合单元种植密度为9株/平方米，风车草植株高大能长到1m以上，外形挺拔“上大下小”的造型，花期不定，圆币草生长旺盛，叶色翠绿。与风车草比，植株较小，最高长到0.5m左右，使水生植物复合单元整体造型是“伞”型，中间高，四周低，在栽种初期，圆币草可以栽种在网格上，无须以株做为单位进行栽种，
风车草、圆币草均为常用浮岛植物，性价比高、实用性强，并且风车草、圆币草均能迅速适应劣Ⅴ类水体环境，生长旺盛
具体的，步骤(d1)中对生物浮岛进行维护，包括，定期对生物浮岛植物进行修剪，并对生物浮岛死亡区域进行补种，为减少生物浮岛植物吸收的营养在水体中返还，秋冬季对凋亡的植物进行收割和打捞，可以有效控制水体的富营养化。
实施例：
城市内河黑臭河的治理：
某小区外围河道长约3000米，宽约6-8米，水深1-1.5米，底泥厚度0.5-0.8米，河水污染主要来源于周边居民的生活污水排放，水体明显黑臭，透明度相对较低，河底淤泥发黑发臭及其他污染物污染的问题。
根据项目实施方案，在对该河道进行治理前，首先将整个工程治理周期分为四个阶段，共计约7个月。
A、预处理阶段，约2个月时间完成，在此阶段完成微生物的增殖扩大培养，并完成沸石对微生物的固定化：
a1、消除河道内对微生物繁殖及植物生长的有害因素，对河道内沉积的固体垃圾进行打捞，并清除河道底泥中的非降解性杂物。
a2、以长度80米为间隔在河道内设置多组曝气设备，通过多组曝气设备的设置，将目标水域的溶解氧控制在4mg/ml左右，提高微生物对污染物的分解效率，并且曝气设备在水中形成循环水流，曝气增氧，除臭，大幅度降低污染指标包括氮素、磷素等污染物水平以及改善水质。
B、生物治理期阶段，约1.5个月时间完成：
b1、按照质量比为千分之三的比例向河道中投放固化微生物填料，并利用固化微生物填料处理转化河道中的污染物，采用固化微生物填料处理转化河道中的污染物，并利用微生物的协同作用将水中的有机废物降解为二氧化碳和水，有效地转化为有益生物量，进行硝化和反硝化反应，去除水中的氮素。
C、植物治理阶段，约1.5个月时间完成：
c1、于河道中加设生物浮岛，且生物浮岛基质内按照生物浮岛基质质量比为千分之三的比例填充固化微生物填料，生物浮岛由水生植物复合单元组成，所述生物浮岛面积为8-10平方米，且相邻所述生物浮岛间距为40米，主要用于辅助微生物的生长和增殖，并通过竞争关系抑制水中藻类的生长，降低水体有机质，提高溶解氧浓度，更高效脱氮除磷脱硫，进一步清理污水。
D、后期优化阶段，约1.5个月时间完成：
主要对河道水体进行调控、监测，并对曝气设备及生物浮岛进行维护、修整，从而优化河道指标、平衡水质及保持各生物菌群的和谐稳定，增加系统的生物多样性，构建生态圈，促进物质能量循环，提高系统抗干扰能力，使水生生态系统结构更加稳定，促进水体良性循环，并保持各生物菌群的和谐稳定，保持良好的水生态环境。
在本实施例中通过将沸石固定化微生物与植物联合修复方法用于黑臭河水的治理中，期间3个月实现水体水质指标大幅度下降、臭味大减，透明度提升。
第8个月时，水体水质的各项指标均接近了国家地表水V类水质标准。
由上表可知，通过本发明技术的生物治理，在河道污染物无明显变化情况下，受污染的水体污染物军表现出较明显的去除率，效果显著，其中在为期8个月的监测中，色度、氨氮、COD的平均去除率分别是96.4％、95.3％、94.5％
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、预处理阶段：
a1、消除河道内对微生物繁殖及植物生长的有害因素；
a2、于河道内设置多组曝气设备；
B、生物治理期阶段：
b1、按照质量比为千分之三的比例向河道中投放固化微生物填料，并利用固化微生物填料处理转化河道中的污染物；
C、植物治理阶段：
c1、于河道中加设生物浮岛，且生物浮岛基质内按照生物浮岛基质质量比为千分之三的比例填充固化微生物填料，利用生物浮岛辅助微生物的生长和增殖，并通过竞争关系抑制水中藻类的生长；
D、后期优化阶段：
d1、对河道水体进行调控、监测，并对曝气设备及生物浮岛进行维护、修整，从而优化河道指标、促进水体良性循环，并保持各生物菌群的和谐稳定，保持良好的水生态环境。
2.根据权利要求1所述的一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法，其特征在于，步骤(a1)中所述消除河道内对微生物繁殖及植物生长的有害因素为对河道内沉积的固体垃圾进行打捞，并清除河道底泥中的非降解性杂物。
3.根据权利要求1所述的一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法，其特征在于，步骤(b1)中所述固化微生物填料是以沸石为载体，并在载体中加入复合微生物菌剂而形成。
4.根据权利要求3所述的一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法，其特征在于：所述复合微生物菌剂由枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、硝化细菌及反硝化细菌组成，且枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、硝化细菌、反硝化细菌菌株比重为2：1：1：1。
5.根据权利要求1所述的一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法，其特征在于，步骤(b1)中所述固化微生物填料的制备，包括以下步骤：
b11：将复合微生物菌剂放入培养基中充分震荡，并将菌悬液中复合微生物菌密度调整为1.0×106cfu/mL；
b12：以沸石为载体，将菌悬液(ml)与载体(g)以10:1的比例混合，并置于恒温振荡器中，在30℃、160r/min条件下培养48h，保温24h后，用灭菌去离子水冲洗，制备得到固化微生物填料。
6.根据权利要求1所述的一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法，其特征在于，步骤(c1)中所述生物浮岛由水生植物复合单元组成，所述生物浮岛面积为8-10平方米，且相邻所述生物浮岛间距为40米。
7.根据权利要求6所述的一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法，其特征在于：所述水生植物复合单元包括风车草及圆币草，且所述水生植物复合单元种植密度为9株/平方米。
8.根据权利要求1所述的一种沸石固定化微生物与植物联合修复河道污染的方法，其特征在于，步骤(d1)中对生物浮岛进行维护，包括，定期对生物浮岛植物进行修剪，并对生物浮岛死亡区域进行补种，为减少生物浮岛植物吸收的营养在水体中返还，秋冬季对凋亡的植物进行收割和打捞。
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