CN112645434A - 适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂及其制备方法和应用 - Google Patents

适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂及其制备方法和应用，它的原料按重量份数比计由15份的电子受体调节剂、15‑30份的pH调节剂、4‑10份的微生物促生剂和30‑60份的缓释氧剂。本发明将缓释氧微生物促生剂用于在黑臭湖泊、河道的修复工程中，改善微生物的生存环境，使水体中的微生物群落结构更快速高效的向以好氧微生物为主的方向转变；促进氮循环细菌的增长，有利于黑臭水域生态环境的恢复，加快黑臭水域生态系统的恢复和健康发展。

Description

适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂及其制 备方法和应用
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体涉及一种适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂及其制备方法和应用。
背景技术
大量生活污水及工业废水未经处理排入水体，导致水中污染物迅速累积，水生态系统中沉积物是污染物的汇，沉积物受到污染后，大量的有机物质被微生物分解消耗大量的氧气导致水生生物缺氧。由于黑臭水体为厌氧状态，厌氧微生物分解有机物产生大量的NH3、H2S、硫醇、挥发性有机酸等臭味气体逸出水面进入大气，致使水体发臭。同时，微生物以SO4 2-作为电子受体产生各种硫化物，水体和沉积物中有Fe、Mn等金属离子存在，与S2-结合生成呈黑色的FeS、MnS等金属硫化物被水中的微小悬浮物质吸附，使水体出现发黑现象。有些城市河道缺乏有效管理，导致河流底泥污染物淤积，河道生态系统退化，逐渐丧失自净能力，严重威胁河道周围居民的健康安全。
采用合适的方法对水体中污染沉积物进行原位修复是消除黑臭的重要手段。传统修复措施如疏浚和封盖，不能有效降低污染沉积物对生物体的不利影响，也不能达到保护水生态系统的目标，有时甚至可能对水生态系统具有破坏作用。因此，发展低能耗、低成本、高效率和对环境干扰小的原位修复技术非常必要。
在底泥中投放缓释氧剂是黑臭河道的原位修复方法之一，通过增加水体溶解氧提高氧化还原电位，使得底泥中的硫化物等污染物被氧化，并逐步促进好养微生物的生长，生物降解有机污染物。
微生物促生剂含有多种营养成分，可以加快受污水体中土著微生物的新陈代谢，并使生态系统的群落多样性增加，提高生态系统的稳定性。不引入外来菌种，通常对环境友好，是通过激活系统中土著微生物活性进而提高水质净化效果，正在被广泛研究。
中国专利已有申请并公开了一种改善黑臭水体的缓释氧剂的制备方法，缓释氧剂可持续对水体进行增氧处理，但只通过氧气释放的单一途径，经过一段时间对水体的增氧处理，改善水体环境的富氧状态进而促进好氧微生物的生长，见效较慢且对污染水体内的氨氮总磷等的处理效果较差。
微生物促生剂的制备方法多种多样，一般多为浓缩型的干剂，生产成本低，便于运输储存。但是，这种促生剂中仅含有大量的营养元素，不能短期内改善黑臭水体中缺氧的状况，营养元素也不能短期内发挥理想的作用。黑臭水体中微生物群落结构以厌氧微生物为主，单纯在促生剂的作用下微生物群落演变较慢，且直接投加微生物促生剂后有效成分释放快，作用时效短，效果难以维持，需要频繁投加，储藏困难，操作复杂。
因此，开发一种长效、缓释剂型的微生物促生剂具有重要的意义。
发明内容
本发明第一目的提供一种适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂及其制备方法，该缓释氧微生物促生剂容易购得，投加方式方便快捷，可以长效对水体实施增氧处理，提高系统稳定性并且不会对系统生态造成破坏，无二次污染，无须安装设备定期维护。本发明缓释氧微生物促生剂的主要作用是：
(1)用聚乳酸骨架包埋方式，通过添加改性黏土矿物调控微生物促生剂释放速度，以达到提高促生剂的利用率，长时间稳定沉积物修复效果的目的；
(2)通过同步增强黑臭水体中的溶解氧含量，改善微生物的生存环境，使水体中的微生物群落结构更高效的向以好氧微生物为主的方向转变；
(3)改性黏土矿物因其优良的吸附性能和离子交换性能，能够进一步强化对氮磷等污染物的净化效果，可作为特性基质可应用于人工湿地、生态浮岛等水体治理技术中，也可单独投加使用，进行水体原位修复。
为实现上述目的，本发明所设计一种适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂，所述缓释氧微生物促生剂的原料按重量份数比计由15份的电子受体调节剂、15-30份的pH调节剂、4-10份的微生物促生剂和30-60份的缓释氧剂；其中，缓释氧剂为包埋有过氧化钙、沸石和膨润土的聚乳酸缓释氧剂，且聚乳酸缓释氧剂中，过氧化钙、聚乳酸、沸石和膨润土的质量比为1:4-8:10-20:10-20。
进一步地，所述缓释氧微生物促生剂的原料按重量份数比计由15份的电子受体调节剂、18-26份的pH调节剂、5-8份的微生物促生剂和35-50份的缓释氧剂；其中，缓释氧剂为包埋释氧剂过氧化钙、沸石和膨润土的聚乳酸缓释氧剂，且聚乳酸缓释氧剂中，过氧化钙、聚乳酸、沸石和膨润土的质量比为1:5-7:12-18:12-26。
再进一步地，所述微生物促生剂由甘氨酸、L-天冬氨酸和葡萄糖组成，其中，甘氨酸、L-天冬氨酸、葡萄糖的重量比为1:1-5:1-5。
再进一步地，所述电子受体调节剂为硝酸钙，pH调节剂为磷酸氢二钠。
再进一步地，所述缓释氧微生物促生剂的原料按重量份数比计由15份的硝酸钙、22份的磷酸氢二钠、6份的微生物促生剂和48份的缓释氧剂；其中，缓释氧剂为包埋过氧化钙、沸石和膨润土的聚乳酸缓释氧剂，且聚乳酸缓释氧剂中，过氧化钙、聚乳酸、沸石和膨润土的质量比为1:6:14:17；所述微生物促生剂由甘氨酸、L-天冬氨酸和葡萄糖组成，其中，甘氨酸、L-天冬氨酸、葡萄糖的重量比为1:1:5。
上述适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂的制备方法，包括以下步骤：
1)缓释氧剂的制备：
a.在室温条件下，将聚乳酸溶解于二氯甲烷中，搅拌均匀，制得质量体积比为0.35g/ml-0.8g/ml的聚乳酸溶液；
b.在搅拌条件下向步骤a得到的聚乳酸溶液中加入过氧化钙粉末、沸石粉末和膨润土粉末，搅拌均匀，使粉末在聚乳酸溶液中均匀悬浮，得到悬浮液，即为缓释氧剂，备用；其中，过氧化钙、聚乳酸、沸石和膨润土的质量比为1:4-8:10-20:10-20；
2)按重量比1:1-5:1-5称取甘氨酸、L-天冬氨酸和葡萄糖，混匀磨碎得到微生物促生剂；
3)按重量份数比计由15份的电子受体调节剂(硝酸钙)、15-30份的pH调节剂(磷酸氢二钠)、4-10份的微生物促生剂和30-60份的缓释氧剂；
4)将电子受体调节剂与微生物促生剂加入研磨仪中，混匀磨碎；
5)将pH调节剂二钠加入研磨仪中，混匀磨碎；
6)向制备的缓释氧剂中加入步骤4)至5)中均匀混合后的粉末，继续搅拌混合悬浮液，待二氯甲烷挥发，在混合悬浮液呈半固态胶状时，灌入成型模具内，再放入40±5℃的烘箱中加热7-10h后，冷却至室温，制得半径为2-4mm呈球状的包埋微生物促生剂的聚乳酸缓释氧剂；
7)将球状的聚乳酸缓释氧剂在通风条件下自然晾干1-2h，即得到缓释氧微生物促生剂。
本发明的第二目的是在于为中小型水体提供了一种黑臭水体原位修复剂的使用方法，通过同步增强黑臭水体中的溶解氧含量，改善微生物的生存环境，使水体中的微生物群落结构更快速高效的向以好氧微生物为主的方向转变；促进氮循环细菌的增长。有利于黑臭水域生态环境的恢复，加快黑臭水域生态系统的恢复和健康发展。
为实现上述目的，本发明所设计一种上述的缓释氧微生物促生剂在黑臭湖泊、河道的修复工程中的应用。
作为优选方案，所述应用方法如下：
(1)将缓缓释氧微生物促生剂在黑臭水体水面上均匀铺洒入底，铺洒密度为0.5-1.5kg/m2。
(2)铺洒1-2d后，种植水生植物于覆盖区域。
本发明的原理：
(1)本发明制备的缓释氧微生物促生剂利用聚乳酸作为骨架，将释氧材料CaO2和改性黏土矿物及微生物促生剂完全混合包埋，通过在水体底部缓慢释放方式，同时实现增氧和促进微生物迅速生长，双管齐下，使水体底泥局部好氧，底泥中的好氧微生物得以繁殖，将底泥中的含氮污染物降解与释放，达到快速使水体从厌氧转为好氧环境状态，改善水生态系统。
(2)本发明缓释氧微生物促生剂中聚乳酸的生物降解性，不会对水体产生二次污染。
(3)缓释氧微生物促生剂中的沸石及膨润土具有吸附和离子交换性能，对氮、磷有较强的吸附作用，同时对于水层较浅，有大量鱼类繁殖的水体，能隔绝水层与土层，防止鱼类活动引起受污染底泥上浮，净化水体效果显著。
综上所述：本发明的方法中，利用聚乳酸(PLA)含有大量酯键，亲水性差的特性，将聚乳酸均匀溶解于二氯甲烷中，聚乳酸溶液均匀混合CaO2、改性黏土矿物及微生物促生剂，利用溶剂挥发法去除二氯甲烷，随着二氯甲烷的挥发，聚乳酸形成类球状微粒，CaO2、改性黏土矿物及微生物促生剂均匀的分散在聚乳酸类球状微粒中，形成缓释氧剂。一方面，CaO2遇水释氧，增大了水体含氧量，同时产生碱性物质Ca(OH)2中OH-中和水体内的部分H+离子。另一方面，碱性条件下沸石骨架可溶出部分硅，增大了沸石骨架的比表面积和孔体积；膨润土粘性大，遇水可以胀大自身体积35-55倍，从而增大比表面积和孔体积。沸石及膨润土具有的吸附和离子交换性能，对氮、磷有较强的吸附作用，同时对于水层较浅，有大量鱼类繁殖的水体，能隔绝水层与土层，防止鱼类活动引起受污染底泥上浮，净化水体效果显著。
本发明的有益效果：
(1)通过包埋微生物促生剂缓慢释放，有利于提高促生剂的利用率，沉积物的修复效果能够在较长的时期内维持在较好的状态。过氧化钙缓慢释氧，大大提高了过氧化钙的利用效率，释氧时间可延长至45-70d。
(2)释氧剂和电子受体调节剂的优化组合，在提高水体的溶解氧的同时，为微生物提供电子受体，改善微生物的生存环境，使水体的微生物群落结构向以好氧微生物为主的方向转变。
(3)缓释氧剂与pH调节剂的科学配比，克服了缓释氧剂单独使用造成的水体pH快速升高和电子受体调节剂单独使用导致的水体TN升高等问题。
(4)沸石和膨润土黏土矿物因其优良的吸附性能和离子交换性能，可以进一步强化对氮磷等污染物的净化效果，使用更少的剂量(0.5-1.5kg/m2)即可达到预期的效果，经济有效。
(5)缓释氧剂与水体接触，聚乳酸骨架中的酯键断裂水解，产生水和氢离子，无二次污染，水体pH随之略有降低，CaO2和沸石、膨润土颗粒从聚乳酸骨架间隙中缓慢溶出。
(6)缓释氧剂中的沸石及膨润土具有吸附和离子交换性能，对氮、磷有较强的吸附作用，提高了黑臭水体的净化效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。
实施例1
缓释氧微生物促生剂1的制备方法，包括以下步骤：
1)缓释氧剂的制备：
a.在室温条件下，将聚乳酸溶解于二氯甲烷中，搅拌均匀，制得质量体积比为0.35g/ml-0.8g/ml的聚乳酸溶液；
b.在搅拌条件下向步骤a得到的聚乳酸溶液中加入过氧化钙粉末、沸石粉末和膨润土粉末，搅拌均匀，使粉末在聚乳酸溶液中均匀悬浮，得到悬浮液，即为缓释氧剂，备用；其中，过氧化钙、聚乳酸、沸石和膨润土的质量比为1:6:14:17；
2)按重量比1:1:5称取甘氨酸、L-天冬氨酸和葡萄糖，混匀磨碎得到微生物促生剂；
3)按重量份数比称取15份的硝酸钙、22份的磷酸氢二钠、6份的微生物促生剂和48份的缓释氧剂；
4)将电子受体调节剂与微生物促生剂加入研磨仪中，混匀磨碎。
5)将pH调节剂二钠加入研磨仪中，混匀磨碎。
6)向制备的缓释氧剂中加入步骤4)至5)中均匀混合后的粉末，继续搅拌混合悬浮液，待二氯甲烷挥发，在混合悬浮液呈半固态胶状时，灌入成型模具内，再放入40±5℃的烘箱中加热7-10h后，冷却至室温，制得半径为2-4mm呈球状的包埋微生物促生剂的聚乳酸缓释氧剂；
7)将球状的聚乳酸缓释氧剂在通风条件下自然晾干1-2h，即得到缓释氧微生物促生剂1。
实施例2
本实施例制备的缓释氧微生物促生剂2与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：所述缓释氧微生物促生剂2的原料按重量份数比计由15份的硝酸钙、15份的磷酸氢二钠、10份的微生物促生剂和60份的缓释氧剂；其中，缓释氧剂为包埋有过氧化钙、沸石和膨润土的聚乳酸缓释氧剂，且聚乳酸缓释氧剂中，过氧化钙、聚乳酸、沸石和膨润土的质量比为1:4:20:20；所述微生物促生剂由甘氨酸、L-天冬氨酸和葡萄糖组成，其中，甘氨酸、L-天冬氨酸、葡萄糖的重量比为1:5:5。
实施例3
本实施例制备的缓释氧微生物促生剂3与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：所述缓释氧微生物促生剂2的原料按重量份数比计由15份的硝酸钙、30份的磷酸氢二钠、4份的微生物促生剂和30份的缓释氧剂；其中，缓释氧剂为包埋有过氧化钙、沸石和膨润土的聚乳酸缓释氧剂，且聚乳酸缓释氧剂中，过氧化钙、聚乳酸、沸石和膨润土的质量比为1:8:10:10；所述微生物促生剂由甘氨酸、L-天冬氨酸和葡萄糖组成，其中，甘氨酸、L-天冬氨酸、葡萄糖的重量比为1:1:1。
实施例4
本实施例制备的缓释氧微生物促生剂4与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：所述缓释氧微生物促生剂2的原料按重量份数比计由15份的硝酸钙、20份的磷酸氢二钠、5份的微生物促生剂和40份的缓释氧剂；其中，缓释氧剂为包埋有过氧化钙、沸石和膨润土的聚乳酸缓释氧剂，且聚乳酸缓释氧剂中，过氧化钙、聚乳酸、沸石和膨润土的质量比为1:5:12:14；所述微生物促生剂由甘氨酸、L-天冬氨酸和葡萄糖组成，其中，甘氨酸、L-天冬氨酸、葡萄糖的重量比为1:3:3。
实施例5
缓释氧微生物促生剂在黑臭湖泊、河道的修复工程中的用途，其步骤是：
(1)将上述缓缓释氧微生物促生剂1～4分别在黑臭水体水面上均匀铺洒入底，铺洒密度为0.5-1.5kg/m2。
(2)铺洒1-2d后，种植水生植物于覆盖区域。
经实验验证，在同一片水塘中用隔板均分为相同面积实验及对照组区域，实验组按上诉方法铺洒缓释氧微生物促生剂，1～2天后在实验组及对照组区域同时种植同种水生植物，同时布水。经连续15天的水样检测，铺洒缓释氧微生物促生剂区域的水样溶解氧含量逐渐上升后稳定在6～7，是同时间对照组溶解氧含量的1.5倍，且植物根系底泥中微生物含量比对照组高3～5倍。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (8)

1.一种适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂，其特征在于：所述缓释氧微生物促生剂的原料按重量份数比计由15份的电子受体调节剂、15-30份的pH调节剂、4-10份的微生物促生剂和30-60份的缓释氧剂；其中，缓释氧剂为包埋有过氧化钙、沸石和膨润土的聚乳酸缓释氧剂，且聚乳酸缓释氧剂中，过氧化钙、聚乳酸、沸石和膨润土的质量比为1:4-8:10-20:10-20。
2.根据权利要求1所述适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂，其特征在于：所述缓释氧微生物促生剂的原料按重量份数比计由15份的电子受体调节剂、18-26份的pH调节剂、5-8份的微生物促生剂和35-50份的缓释氧剂；其中，缓释氧剂为包埋释氧剂过氧化钙、沸石和膨润土的聚乳酸缓释氧剂，且聚乳酸缓释氧剂中，过氧化钙、聚乳酸、沸石和膨润土的质量比为1:5-7:12-18:12-26。
3.根据权利要求1或2所述适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂，其特征在于：所述微生物促生剂由甘氨酸、L-天冬氨酸和葡萄糖组成，其中，甘氨酸、L-天冬氨酸、葡萄糖的重量比为1:1-5:1-5。
4.根据权利要求1或2所述适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂，其特征在于：所述电子受体调节剂为硝酸钙，所述pH调节剂磷酸氢二钠。
5.根据权利要求1或2所述适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂，其特征在于：所述缓释氧微生物促生剂的原料按重量份数比计由15份的硝酸钙、22份的磷酸氢二钠、6份的微生物促生剂和48份的缓释氧剂；其中，缓释氧剂为包埋过氧化钙、沸石和膨润土的聚乳酸缓释氧剂，且聚乳酸缓释氧剂中，过氧化钙、聚乳酸、沸石和膨润土的质量比为1:6:14:17；所述微生物促生剂由甘氨酸、L-天冬氨酸和葡萄糖组成，其中，甘氨酸、L-天冬氨酸、葡萄糖的重量比为1:1:5。
6.一种权利要求1所述适用于小型河道黑臭水体治理的缓释氧微生物促生剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)缓释氧剂的制备：
a.在室温条件下，将聚乳酸溶解于二氯甲烷中，搅拌均匀，制得质量体积比为0.35g/ml-0.8g/ml的聚乳酸溶液；
b.在搅拌条件下向步骤a得到的聚乳酸溶液中加入过氧化钙粉末、沸石粉末和膨润土粉末，搅拌均匀，使粉末在聚乳酸溶液中均匀悬浮，得到悬浮液，即为缓释氧剂，备用；其中，过氧化钙、聚乳酸、沸石和膨润土的质量比为1:4-8:10-20:10-20；
2)按重量比1:1-5:1-5称取甘氨酸、L-天冬氨酸和葡萄糖，混匀磨碎得到微生物促生剂；
3)按重量份数比计由15份的电子受体调节剂、15-30份的pH调节剂、4-10份的微生物促生剂和30-60份的缓释氧剂；
4)将电子受体调节剂与微生物促生剂加入研磨仪中，混匀磨碎；
5)将pH调节剂加入研磨仪中，混匀磨碎；
6)向制备的缓释氧剂中加入步骤4)至5)中均匀混合后的粉末，继续搅拌混合悬浮液，待二氯甲烷挥发，在混合悬浮液呈半固态胶状时，灌入成型模具内，再放入40±5℃的烘箱中加热7-10h后，冷却至室温，制得半径为2-4mm呈球状的包埋微生物促生剂的聚乳酸缓释氧剂；
7)将球状的聚乳酸缓释氧剂在通风条件下自然晾干1-2h，即得到缓释氧微生物促生剂。
7.一种权利要求1所述的缓释氧微生物促生剂在黑臭湖泊、河道的修复工程中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述应用方法如下：
(1)将缓缓释氧微生物促生剂在黑臭水体水面上均匀铺洒入底，铺洒密度为0.5-1.5kg/m2；
(2)铺洒1-2d后，种植水生植物于覆盖区域。
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