CN112850905A - 一种砷污染水体沉水植物-生物膜修复系统及其构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水体修复领域,公开了一种砷污染水体沉水植物‑生物膜修复系统的构建方法,包括培育沉水植物‑生物膜修复系统和植入沉水植物‑生物膜修复系统;本发明还公开了沉水植物‑生物膜修复系统及应用。本发明采用沉水植物‑生物膜修复系统对砷污染水体进行生态修复,并通过收割沉水植物去除水体中的砷,本发明可被应用于河、湖等量大面广的地表砷微污染水体修复中,能大范围应用,修复效果好,为河、湖等地表水体砷污染的治理提供了新的高效且生态效应好的方法。

Description

一种砷污染水体沉水植物-生物膜修复系统及其构建方法
技术领域
本发明涉及水体修复领域,具体涉及一种砷污染水体沉水植物-生物膜修复系统及其构建方法。
背景技术
砷(As)广泛存在于自然环境中,是一种公认的全球性污染物且无阈值的一级致癌物质。随着我国经济的高速增长,人口持续增加,城市化进程加快,水污染形势也变的愈发严峻,其中砷污染就是其中之一。
国内外对砷污染废水的治理分为物理、化学、生物三大类,物理方法主要利用吸附材料的高比表面积实现砷的吸附固定,该方法虽简单易行,有较好的处理效果且易于解吸回收,但其在河流、湖泊等低污染地表水体中并不适用,混凝沉淀、离子交换等物化技术在河流、湖泊湿地中失去了其原本高效的处理效果。用化学沉淀、氧化等化学法处理砷污染废水时,由于投加的药剂极易对环境造成二次污染,因而无法实现河流湖泊湿地等砷污染水体的原位修复。生物修复砷污染的主流方法分为植物富集和微生物修复两大类,植物富集主要利用一些对砷有高/超富集能力的植物,如水浮莲、蜈蚣草等,主要利用根系吸收水体中的砷,其修复能力极为有限。目前微生物修复方法修复地表水体砷污染主要通过微生物的细胞壁或胞外聚合物中的一些官能团对砷发生离子交换、络合和配位作用实现水中砷污染的固定和富集,在应用时需要提供载体来固定,如钙化微生物。
上述技术主要适用于工业废水等高砷污染水体的净化,它们在河、湖等量大面广的地表砷微污染水体中难以被应用。目前的技术尚未公开沉水植物-附着生物膜系统修复砷污染水体的方法,针对我国河、湖等地表水体面临砷污染的形势,开发能大范围应用、高效且生态效应良好的修复技术具有重要现实意义。
发明内容
基于以上问题,本发明提供一种砷污染水体沉水植物-生物膜修复系统及其构建方法,本发明可被应用于河、湖等量大面广的地表砷微污染水体修复中,能大范围应用,修复效果好,为河、湖等地表水体砷污染的治理提供了新的高效且生态效应好的方法。
为解决以上技术问题,本发明提供了一种砷污染水体沉水植物-生物膜修复系统的构建方法,包括如下步骤:
S1:培育沉水植物-生物膜修复系统
将株高50cm的光叶眼子菜定植于穴苗盘,每孔定植3-5株,并用碎石填充固定,在玻璃钢中培养,培养水体为中度富营养化的湖泊或水库中的水,人工调节培养水体中浮游藻类细胞的密度,将浮游藻类细胞的密度调节至108-1010个细胞/L;每天上午8点至晚上8点进行光照,光照量为1200-1500lx,其余时间避光并进行往复式震荡培养,震荡频率为80RPM,培养温度在27℃-30℃,培养时间为5-7天,培养至浮游藻类细胞的密度大于105个细胞/cm2即可;
S2:植入沉水植物-生物膜修复系统
将经步骤S1培育后的沉水植物-生物膜修复系统连同穴苗盘一起移植入被砷污染的水体中,使沉水植物-生物膜修复系统自然生长富集水体中的砷,待沉水植物-生物膜修复系统生长20-30天后收割移除,之后根据修复目标反复进行沉水植物-生物膜修复系统的植入和收割,直至水体中砷的浓度达到目标要求。
进一步的,步骤S1中的浮游藻类包括如下具体种类:其中蓝藻门76种,硅藻门25种,绿藻门12种,其它藻类12种。
进一步的,所述其它藻类为甲藻、裸藻和隐藻中的任意一种或任意两种或三种。
进一步的,所述其它藻类包括甲藻3种、裸藻7种、隐藻2种。
进一步的,步骤S2中被砷污染的水体中沉水植物-生物膜修复系统的植入覆盖度大于70%,沉水植物的顶端离水面的距离在30cm以内。
进一步的,当步骤S2中被砷污染的水体为水深在2m以内的浅水湖泊时,沉水植物-生物膜修复系统的植入方式如下:将穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统整体沉水水底,平铺即可。
进一步的,当步骤S2中被砷污染的水体为水深在1.5m以内的浅水河流时,沉水植物-生物膜修复系统的植入方式如下:用木桩将穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统固定在水体内,在河流两岸紧密布置穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统,在河道中间呈S型布置穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统。
进一步的,步骤S2中待沉水植物-生物膜修复系统生长25天后收割移除。
为解决以上技术问题,本发明还提供了沉水植物-生物膜修复系统。
为解决以上技术问题,本发明还提供了沉水植物-生物膜修复系统在制备修复被砷污染的水体的产品中的应用。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明采用沉水植物-生物膜修复系统对砷污染水体进行生态修复,并通过收割沉水植物去除水体中的砷,本发明可被应用于河、湖等量大面广的地表砷微污染水体修复中,能大范围应用,修复效果好,为河、湖等地表水体砷污染的治理提供了新的高效且生态效应好的方法。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1:
本实施例提供一种砷污染水体沉水植物-生物膜修复系统的构建方法,包括如下步骤:
S1:培育沉水植物-生物膜修复系统
将株高约50cm的光叶眼子菜定植于穴苗盘,每孔定植3-5株,并用碎石填充固定,在玻璃钢中培养,培养水体为中度富营养化的湖泊或水库中的水,人工调节培养水体中浮游藻类细胞的密度,将浮游藻类细胞的密度调节至108-1010个细胞/L;每天上午8点至晚上8点进行光照,光照量为1200-1500lx,其余时间避光并进行往复式震荡培养防止藻类沉入缸底,震荡频率为80RPM,培养温度在27℃-30℃,培养时间为5-7天,培养至浮游藻类细胞的密度大于105个细胞/cm2即可;本实施例的浮游藻类可以包括如下种类数量比的种类:蓝藻门:硅藻门:绿藻门:其它藻类为6:2:1:1,本实施例所用其它藻类为甲藻、裸藻和隐藻中的任意一种或任意两种或三种;本实施例的浮游藻类也可以包括如下具体种类:其中蓝藻门76种,硅藻门25种,绿藻门12种,其它藻类12种,本实施例的其它藻类包括甲藻3种、裸藻7种、隐藻2种;
S2:植入沉水植物-生物膜修复系统
将经步骤S1培育后的沉水植物-生物膜修复系统连同穴苗盘一起移植入被砷污染的水体中,本实施例的沉水植物-生物膜修复系统的植入覆盖度大于70%,沉水植物的顶端离水面的距离在30cm以内,使沉水植物-生物膜修复系统自然生长富集水体中的砷,待沉水植物-生物膜修复系统生长20-30天后收割移除,之后根据修复目标反复进行沉水植物-生物膜修复系统的植入和收割,直至水体中砷的浓度达到目标要求。
本实施例的浮游藻类是通过发明人实验室驯化培养和富集而得。本实施例的沉水植物为光叶眼子菜,生物膜为生长在光叶眼子菜茎叶表面的藻-菌及其胞外聚合物,两者共同组成光叶眼子菜-生物膜修复系统。
当将本实施例的沉水植物-生物膜修复系统用于浅水湖泊修复时(水深2m以内),植入修复方式如下:将穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统整体沉水水底,平铺,待沉水植物生长20-30天后移除穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统,以防止茎叶和生物膜脱落形成二次污染,之后可根据修复目标反复进行植入-收割操作,直至水体中砷达到要求的浓度。
当将本实施例的沉水植物-生物膜修复系统用于浅水河流水体修复时(水深1.5m以内),由于浅水河流水体流速快,因此需要用木桩将穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统固定在水体内,在河流两岸紧密布置穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统,在河道中间呈S型布置穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统。
本实施例的沉水植物-生物膜修复系统可应用于制备修复被砷污染的水体的产品中,产品可以是装置,也可以是在本实施例的沉水植物-生物膜修复系统的基础上进一步设计的修复系统或装置。
实施例2:
本实施例提供一种砷污染水体沉水植物-生物膜修复系统的构建方法,包括如下步骤:
S1:培育沉水植物-生物膜修复系统
将株高45cm的光叶眼子菜定植于穴苗盘,每孔定植5株,并用碎石填充固定,在长70cm、宽40cm、高80cm的玻璃钢中培养,培养水体采自中度富营养化百花湖水,加入人工富集的藻类后,水体中浮游藻类的密度为6.7×109cell/L,每天上午8点至晚上8点进行光照,光照强度为1350lx,其余时间避光并进行往复式震荡培养,震荡频率为80RPM,培养时间为6天,藻类密度为8×105个细胞/cm2;本实施例的浮游藻类可以包括如下种类数量比的种类:蓝藻门:硅藻门:绿藻门:其它藻类为6:2:1:1,本实施例所用其它藻类为甲藻、裸藻和隐藻中的任意一种或任意两种或三种;本实施例的浮游藻类也可以包括如下具体种类:其中蓝藻门76种,硅藻门25种,绿藻门12种,其它藻类12种,本实施例的其它藻类包括甲藻3种、裸藻7种、隐藻2种;
S2:植入沉水植物-生物膜修复系统
将经步骤S1培育后的沉水植物-生物膜修复系统连同穴苗盘一起移植入被砷污染的水体中,本实施例的沉水植物-生物膜修复系统的植入覆盖度为82%,沉水植物的顶端离水面的距离在24cm,使沉水植物-生物膜修复系统自然生长富集水体中的砷,沉水植物-生物膜修复系统生长25天后收割移除。
本实施例的净化效果见下表:
Figure BDA0002909065240000051
本实施例净化水体200L,净化1次的效果。
本实施例证明本发明的修复系统能够很好的用于地表砷污染水体的修复。
本实施例的浮游藻类是通过发明人实验室驯化培养和富集而得。本实施例的沉水植物为光叶眼子菜,生物膜为生长在光叶眼子菜茎叶表面的藻-菌及其胞外聚合物,两者共同组成光叶眼子菜-生物膜修复系统。
当将本实施例的沉水植物-生物膜修复系统用于浅水湖泊修复时(水深2m以内),植入修复方式如下:将穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统整体沉水水底,平铺,待沉水植物生长20-30天后移除穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统,以防止茎叶和生物膜脱落形成二次污染,之后可根据修复目标反复进行植入-收割操作,直至水体中砷达到要求的浓度。
当将本实施例的沉水植物-生物膜修复系统用于浅水河流水体修复时(水深1.5m以内),由于浅水河流水体流速快,因此需要用木桩将穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统固定在水体内,在河流两岸紧密布置穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统,在河道中间呈S型布置穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统。
本实施例的沉水植物-生物膜修复系统可应用于制备修复被砷污染的水体的产品中,产品可以是装置,也可以是在本实施例的沉水植物-生物膜修复系统的基础上进一步设计的修复系统或装置。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程,并非用以限制本发明的专利保护范围,本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准,凡是运用本发明的说明书内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种砷污染水体沉水植物-生物膜修复系统的构建方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:培育沉水植物-生物膜修复系统
将株高50cm的光叶眼子菜定植于穴苗盘,每孔定植3-5株,并用碎石填充固定,在玻璃钢中培养,培养水体为中度富营养化的湖泊或水库中的水,人工调节培养水体中浮游藻类细胞的密度,将浮游藻类细胞的密度调节至108-1010个细胞/L;每天上午8点至晚上8点进行光照,光照量为1200-1500lx,其余时间避光并进行往复式震荡培养,震荡频率为80RPM,培养温度在27℃-30℃,培养时间为5-7天,培养至浮游藻类细胞的密度大于105个细胞/cm2即可;
S2:植入沉水植物-生物膜修复系统
将经步骤S1培育后的沉水植物-生物膜修复系统连同穴苗盘一起移植入被砷污染的水体中,使沉水植物-生物膜修复系统自然生长富集水体中的砷,待沉水植物-生物膜修复系统生长20-30天后收割移除,之后根据修复目标反复进行沉水植物-生物膜修复系统的植入和收割,直至水体中砷的浓度达到目标要求。
2.根据权利要求1所述的构建方法,其特征在于,步骤S1中的浮游藻类包括如下具体种类:其中蓝藻门76种,硅藻门25种,绿藻门12种,其它藻类12种。
3.根据权利要求2所述的构建方法,其特征在于,所述其它藻类为甲藻、裸藻和隐藻中的任意一种或任意两种或三种。
4.根据权利要求3所述的构建方法,其特征在于,所述其它藻类包括甲藻3种、裸藻7种、隐藻2种。
5.根据权利要求1所述的构建方法,其特征在于,步骤S2中被砷污染的水体中沉水植物-生物膜修复系统的植入覆盖度大于70%,沉水植物的顶端离水面的距离在30cm以内。
6.根据权利要求1所述的构建方法,其特征在于,当步骤S2中被砷污染的水体为水深在2m以内的浅水湖泊时,沉水植物-生物膜修复系统的植入方式如下:将穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统整体沉水水底,平铺即可。
7.根据权利要求1所述的构建方法,其特征在于,当步骤S2中被砷污染的水体为水深在1.5m以内的浅水河流时,沉水植物-生物膜修复系统的植入方式如下:用木桩将穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统固定在水体内,在河流两岸紧密布置穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统,在河道中间呈S型布置穴苗盘-沉水植物-生物膜修复系统。
8.根据权利要求1所述的构建方法,其特征在于,步骤S2中待沉水植物-生物膜修复系统生长25天后收割移除。
9.权利要求1-8中任意一项所述的构建方法构建的沉水植物-生物膜修复系统。
10.权利要求9所述的沉水植物-生物膜修复系统在制备修复被砷污染的水体的产品中的应用。
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