CN113072189A - 铅污染水体的生态修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种铅污染水体的生态修复方法，该方法包括以下步骤：测定目标水体的总水量以及目标水体中的二价铅含量；构建共生系统：在水体中种植水生植物，并在植物主干上套设网套，根据目标水体的总水量以及植物株数向水中投放能够降解铅的微生物菌液，并使微生物菌液覆盖90％以上的网套内壁面积；构建食物网系统：根据目标水体中的总水量和步骤二种植的植物株数向目标水体中放养鱼类、贝壳类和食藻动物；生态循环维护：在投放的鱼类和贝壳类成熟后对其进行捕捞，然后更换网套，植物主干上套设新的网套并投放新的微生物。本发明既充分利用了投放的化学试剂和微生物，又可对二者进行回收，防止水体二次污染。

Description

铅污染水体的生态修复方法
技术领域
本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种铅污染水体的生态修复方法。
背景技术
水体重金属污染中，铅污染的问题尤为突出。铅可对许多人体器官造成不良影响，特别是对人的肺、肾脏、生殖系统、心血管系统。其不良影响主要.表现为智力下降、肾脏损伤、不孕不育、孕妇流产和高血压等。铅对儿童的危害也很大。因此，修复水体铅污染尤为必要。
现有技术中，常见的修复铅污染水体的方法包括化学试剂法、微生物法。化学试剂法是向污染的水体中加入铅吸附试剂或者絮凝试剂，以降低水体中铅含量，比如白雪梅等人(白雪梅.树脂改性纳米铁修复铅污染地下水的研究[D].吉林大学，2015。)研究树脂纳米铁对铅污染地下水的修复效果，确定反应基本条件，探究反应动力学及反应机理，其研究结果表明，树脂纳米铁对铅污染物的去除符合准一级动力学方程，其机理为混凝吸附和表面还原共同作用，树脂纳米铁对铅的去除率受多种因素影响，随树脂纳米铁投加量增大、初始污染物浓度减小铅的去除率增加，水体中的DO作为电子受体可以与Fe(0)发生反应，与Pb2+竞争电子，因此地下水无氧环境有利于反应的进行。微生物法是指在水体中加入能够降解铅的微生物，比如王新花等人(王新花,赵晨曦,潘响亮.基于微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)的铅污染生物修复[J].地球与环境,2015,43(001):80-85.)研究了施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)诱导碳酸钙共沉淀修复Pb污染的技术，其分析了pH、Pb2+和Ca2+浓度对细菌生长及去除Pb的影响。实验表明P.stutzeri可耐受较高浓度的Pb，在初始Pb浓度为0.01～0.5mmol/L下，Pb去除率在97％以上，大部分Pb以微生物诱导形成碳酸钙时共沉淀去除。
但是，上述方法存在的问题是，化学试剂和微生物的使用虽然暂时能改善水质，但是长期下去，又会造成化学试剂和微生物在水体中的残留，造成水体二次污染。因此，需要开发一种化学试剂和微生物残留少、不会产生二次污染的铅污染水处理方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种铅污染水体的生态修复方法，本发明的方法既充分利用了投放的化学试剂和微生物，又可对投放的化学试剂和微生物进行回收，防止水体二次污染。
本发明的目的是提供一种铅污染水体的生态修复方法，包括以下步骤：
步骤一，测定目标水体的总水量以及目标水体中的二价铅含量；
步骤二，构建共生系统：在水体中种植水生植物，并在植物主干上套设网套，根据目标水体的总水量以及植物株数向水中投放能够降解铅的微生物菌液，并使微生物菌液覆盖90％以上的网套内壁面积；
步骤三，构建食物网系统：根据目标水体中的总水量和步骤二种植的植物株数向目标水体中放养鱼类、贝壳类和食藻动物；
步骤四，生态循环维护：在步骤三投放的鱼类和贝壳类成熟后对其进行捕捞，然后更换网套，植物主干上套设新的网套并投放新的微生物菌液；休鱼期1-2个月。
优选的，上述铅污染水体的生态修复方法，所述微生物为施氏假单胞菌或者红球菌CGMCC No.3276。
优选的，上述铅污染水体的生态修复方法，所述网套包括网状壳体以及贴在所述网状壳体内壁的无纺布。
优选的，上述铅污染水体的生态修复方法，所述网状壳体由两部分半圆柱通过锁扣连接在一起，网套直径在3-5cm，长度在5-10cm，每株植物上网套的套设数量为1-2个。
优选的，上述铅污染水体的生态修复方法，所述微生物的投放量为107-109个/网套，购买相应菌种后将其培养成菌悬液，进行活菌计数，然后注射或者浇灌到网套表面。
优选的，上述铅污染水体的生态修复方法，当所用微生物为施氏假单胞菌时，步骤二中，在投放微生物3-7天后，向每个网套上投放浓度30-50mg/L氯化钙水溶液10-20mL,使稀释液覆盖90％以上的网套内壁面积；然后再放养鱼类、贝壳类和食藻动物。
优选的，上述铅污染水体的生态修复方法，所述水生植物包括但不限于挺水植物、沉水植物和浮叶植物。
优选的，上述铅污染水体的生态修复方法，所述水生植物覆盖率为目标水体水面面积的70-80％。
优选的，上述铅污染水体的生态修复方法，所述鱼类包括但不限于鲢鱼、鲤鱼、草鱼、黑鱼和鲫鱼，所述贝壳类包括但不限于扇贝、螺蛳和花甲，所述食藻动物为食藻虫。鲢鱼的放养量为0.5-1.2尾/m3，鲤鱼的放养量为0.5-1尾/m3，草鱼的放养量为0.5-1尾/m3，黑鱼的放养量为0.1-0.5尾/m3，鲫鱼放养量为0.1-0.5尾/m3，扇贝的放养量为0.01-0.05个/m3，螺蛳的放养量为0.05-0.1个/m3，花甲的放养量为0.02-0.05个/m3，食藻虫的投放量为每吨水投放300-800g。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明设置的网套具有固定微生物和透水的作用，既能保证植物充分吸收水中营养，又可防止微生物在水中流窜。网套包括网状壳体以及贴在网状壳体内壁的无纺布，无纺布可以透水，可以避免网套套设过程中的植物摩擦损伤，也可以为微生物的附着和植物叶子的附着提供附着力，加强微生物、植物及网套间的组合稳定性。
2、本发明在投放微生物后投放氯化钙水溶液，氯化钙一方面给微生物降解铅提供可供沉淀的钙离子，形成的钙沉淀再次附着在网套上，可以被回收，防止钙二次污染水体，另一方面氯化钙在水中产生的氯离子可为水体中动植物的生长补充营养，因为氯离子可参与多种动植物的生命活动，是需求量最大的阴离子。
通常情况下，由于水体周围农田施肥的影响，水中的尿素含量也会升高，因此本发明实施例采用的施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)为产尿酶菌(具体参见文献：王新花,赵晨曦,潘响亮.基于微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)的铅污染生物修复[J].地球与环境,2015,43(001):80-85.)，其在降解铅的同时，也可将尿素进行利用。
3、本发明采用的水生植物包括但不限于挺水植物、沉水植物和浮叶植物，这些植物既能恢复目标水域的水生植被，又能吸附微生物，防止微生物在水中流窜。本发明投放的鱼类和贝壳类不但可以净化水体中多余的植物、微生物、微生物代谢物，还可转化为食材，产生附加经济效益，一举多得。食藻虫不仅可以给鱼类提供食物，提供动物蛋白，还可以吞食水体中多余的植物、微生物。
4、本发明设置水生植物覆盖率为目标水体水面面积的70-80％，其在水体中均匀分布，留出捕捞或投放鱼类、贝壳类以及更换网套的空间。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，如未特殊说明，所用试剂均为市售，所用方法均为本领域常规技术。所述微生物为施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)、红球菌(Rhodococcus)CGMCCNo.3276均为购买。
实施例1
一种铅污染水体的生态修复方法，包括以下步骤：
步骤一，测定目标水体的总水量以及目标水体中的二价铅含量；二价铅含量为25.4mg/L；水体中设置微流循环泵来给水体增氧已经水体微循环；
步骤二，构建共生系统：在水体中种植水生植物，并在植物主干上套设网套，所述网套包括网状壳体以及贴在所述网状壳体内壁的无纺布，所述网状壳体由两部分半圆柱通过锁扣连接在一起，网套直径在3cm，长度在5cm，每株植物上网套的套设数量为1个；根据目标水体的总水量以及植物株数向水中投放能够降解铅的微生物红球菌CGMCC No.3276，购买相应菌种后将其培养成菌悬液，进行活菌计数，本实施例的菌体浓度为1.9×1010个/ml，稀释100倍后将稀释液注射到网套表面，使稀释液覆盖90％以上的无纺布面积，并将微生物平均分布在各个网套内，所述微生物的投放量为109个/网套；所述水生植物为挺水植物、沉水植物和浮叶植物，三者的种植比例为1:1:1；所述水生植物覆盖率为目标水体水面面积的70％；
步骤三，构建食物网系统：投放微生物3天后，根据目标水体中的总水量和步骤二种植的植物株数向目标水体中放养鱼类、贝壳类和食藻动物；所述鱼类为鲢鱼、鲤鱼、草鱼、黑鱼和鲫鱼，所述贝壳类为扇贝、螺蛳和花甲；鲢鱼的放养量为0.5尾/m3，鲤鱼的放养量为0.5尾/m3，草鱼的放养量为0.5尾/m3，黑鱼的放养量为0.1尾/m3，鲫鱼放养量为0.1尾/m3，扇贝的放养量为0.01个/m3，螺蛳的放养量为0.05个/m3，花甲的放养量为0.02个/m3；所述食藻动物为食藻虫，食藻虫的投放量为每吨水投放300g。
步骤四，生态循环维护：在步骤三投放的鱼类和贝壳类成熟后对其进行捕捞，然后更换网套，回收网套中的微生物，将其灭菌后用作动物蛋白，植物主干上套设新的网套并投放新的微生物菌液，注意，考虑到少量的微生物残留，后一年微生物的投放量为上年微生物投放量的90％，平均每年更换一次网套；休鱼期1个月，即在捕捞后的1个月内重新投放鱼类和贝壳类。
一年后，水体中的铅含量浓度下降至11.4mg/L，两年后，水体中的铅含量浓度下降至3.5mg/L。
实施例2
一种铅污染水体的生态修复方法，包括以下步骤：
步骤一，测定目标水体的总水量以及目标水体中的二价铅含量；二价铅含量为28.7mg/L；水体中设置微流循环泵来给水体增氧已经水体微循环；
步骤二，构建共生系统：在水体中种植水生植物，并在植物主干上套设网套，所述网套包括网状壳体以及贴在所述网状壳体内壁的无纺布，所述网状壳体由两部分半圆柱通过锁扣连接在一起，网套直径在5cm，长度在10cm，每株植物上网套的套设数量为2个；根据目标水体的总水量以及植物株数向水中投放能够降解铅的微生物红球菌CGMCC No.3276，购买相应菌种后将其培养成菌悬液，进行活菌计数，本实施例的菌体浓度为1.9×1010个/ml，稀释10000倍后将稀释液注射到网套表面，使稀释液覆盖90％以上的无纺布面积，并将微生物平均分布在各个网套内，所述微生物的投放量为107个/网套；所述水生植物为挺水植物、沉水植物和浮叶植物，三者的种植比例为2:1:1；所述水生植物覆盖率为目标水体水面面积的80％；
步骤三，构建食物网系统：投放微生物7天后，根据目标水体中的总水量和步骤二种植的植物株数向目标水体中放养鱼类、贝壳类和食藻动物；所述鱼类为鲢鱼、鲤鱼、草鱼、黑鱼和鲫鱼，所述贝壳类为扇贝、螺蛳和花甲；鲢鱼的放养量为1.2尾/m3，鲤鱼的放养量为1尾/m3，草鱼的放养量为1尾/m3，黑鱼的放养量为0.5尾/m3，鲫鱼放养量为0.5尾/m3，所述扇贝的放养量为0.05个/m3，所述螺蛳的放养量为0.1个/m3，所述花甲的放养量为0.05个/m3；所述食藻动物为食藻虫，食藻虫的投放量为每吨水投放800g。
步骤四，生态循环维护：在步骤三投放的鱼类和贝壳类成熟后对其进行捕捞，然后更换网套，回收网套中的微生物，将其灭菌后用作动物蛋白，植物主干上套设新的网套并投放新的微生物菌液，注意，考虑到少量的微生物残留，后一年微生物的投放量为上年微生物投放量的90％，平均每年更换一次网套；休鱼期2个月，即在捕捞后的2个月内重新投放鱼类和贝壳类。
一年后，水体中的铅含量浓度下降至8.2mg/L，两年后，水体中的铅含量浓度下降至1.4mg/L。
实施例3
一种铅污染水体的生态修复方法，包括以下步骤：
步骤一，测定目标水体的总水量以及目标水体中的二价铅含量；二价铅含量为27.5mg/L；水体中设置微流循环泵来给水体增氧已经水体微循环；
步骤二，构建共生系统：在水体中种植水生植物，并在植物主干上套设网套，所述网套包括网状壳体以及贴在所述网状壳体内壁的无纺布，所述网状壳体由两部分半圆柱通过锁扣连接在一起，网套直径在3cm，长度在5cm，每株植物上网套的套设数量为1个；根据目标水体的总水量以及植物株数向水中投放能够降解铅的微生物施氏假单胞菌，购买相应菌种后将其培养成菌悬液，进行活菌计数，本实施例的菌体浓度为2.1×1010个/ml，稀释100倍后将稀释液注射到网套表面，使稀释液覆盖90％以上的无纺布面积，并将微生物平均分布在各个网套内，所述微生物的投放量为109个/网套；所述水生植物为挺水植物、沉水植物和浮叶植物，三者的种植比例为1:1:1；所述水生植物覆盖率为目标水体水面面积的70％；
步骤三，构建食物网系统：投放微生物3天后，向每个网套上投放浓度30mg/L氯化钙水溶液20mL；根据目标水体中的总水量和步骤二种植的植物株数向目标水体中放养鱼类、贝壳类和食藻动物；所述鱼类为鲢鱼、鲤鱼、草鱼、黑鱼和鲫鱼，所述贝壳类为扇贝、螺蛳和花甲；鲢鱼的放养量为0.5尾/m3，鲤鱼的放养量为0.5尾/m3，草鱼的放养量为0.5尾/m3，黑鱼的放养量为0.1尾/m3，鲫鱼放养量为0.1尾/m3，所述扇贝的放养量为0.01个/m3，所述螺蛳的放养量为0.05个/m3，所述花甲的放养量为0.02个/m3；所述食藻动物为食藻虫，食藻虫的投放量为每吨水投放300g。
步骤四，生态循环维护：在步骤三投放的鱼类和贝壳类成熟后对其进行捕捞，然后更换网套，回收网套中的微生物菌液，将其灭菌后用作动物蛋白，植物主干上套设新的网套并投放新的微生物，3天后投放浓度30mg/L氯化钙水溶液20mL；注意，考虑到少量的微生物和化学试剂残留，后一年微生物和氯化钙的投放量均为上年微生物投放量的90％，平均每年更换一次网套；休鱼期1个月，即在捕捞后的1个月内重新投放鱼类和贝壳类。
一年后，水体中的铅含量浓度下降至11.3mg/L，两年后，水体中的铅含量浓度下降至1.9mg/L。
实施例4
一种铅污染水体的生态修复方法，包括以下步骤：
步骤一，测定目标水体的总水量以及目标水体中的二价铅含量；二价铅含量为27.8mg/L；水体中设置微流循环泵来给水体增氧已经水体微循环；
步骤二与三与实施例3相同；
步骤四，生态循环维护：在步骤三投放的鱼类和贝壳类成熟后对其进行捕捞，然后更换网套，回收网套中的微生物，将其灭菌后用作动物蛋白，植物主干上套设新的网套并投放新的微生物菌液，3天后投放浓度50mg/L氯化钙水溶液10mL；注意，考虑到少量的微生物和化学试剂残留，后一年微生物和氯化钙的投放量均为上年微生物投放量的90％，平均每年更换一次网套；休鱼期1个月，即在捕捞后的1个月内重新投放鱼类和贝壳类。
一年后，水体中的铅含量浓度下降至11.1mg/L，两年后，水体中的铅含量浓度下降至1.9mg/L。
铅吸附实验一
配制200mL铅离子浓度为40mg/L的硝酸铅溶液，用0.1mol/L的硝酸调节溶液pH至6.5，向溶液中放入一个长度5cm的实施例1结构的网套，利用注射的方法向网套的无纺布上注射实施例1所述微生物菌悬液，微生物菌悬液的浓度为1.9×1010个/ml，稀释1000倍后将稀释液注射到网套表面，使稀释液覆盖90％以上的无纺布面积，注射量为10ml；分别于注射微生物后的1h、2h取液体样，测试样液的铅离子浓度，并计算铅离子去除率＝测试样液铅离子浓度×100/原始硝酸铅浓度，结果参见表1。实验结束后，取出网套，利用无菌水反复冲洗，并回收冲洗液，离心，收集菌体，10mL无菌水重悬，测定菌体浓度为1.6×1010个/ml，计算菌体回收率＝回收的菌体浓度×100/注射用的微生物菌悬液浓度，计算的菌体回收率为84.2％。
铅吸附实验二
配制200mL铅离子浓度为40mg/L的硝酸铅溶液，用0.1mol/L的硝酸调节溶液pH至6.5，向溶液中加入实施例1所述微生物菌悬液，注射量及菌悬液的或菌浓度均与“铅吸附实验一”相同；分别于添加微生物后的1h、2h取液体样，测试样液的铅离子浓度，并计算铅离子去除率＝测试样液铅离子浓度×100/原始硝酸铅浓度，结果参见表1。
表1不同时间铅离子去除率
1h 2h
铅吸附实验一(％) 47.8 89.9
铅吸附实验二(％) 39.7 78.1
注：每个实验做3个平行，取平均值。
从表1的数据可以看出，在使用了网套之后，由于微生物附着在网套上，其不会在水中形成菌体沉淀，所以与水的接触面积大，铅离子去除率高。
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.铅污染水体的生态修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，测定目标水体的总水量以及目标水体中的二价铅含量；
步骤二，构建共生系统：在水体中种植水生植物，并在植物主干上套设网套，根据目标水体的总水量以及植物株数向水中投放能够降解铅的微生物菌液，并使微生物菌液覆盖90％以上的网套内壁面积；
步骤三，构建食物网系统：根据目标水体中的总水量和步骤二种植的植物株数向目标水体中放养鱼类、贝壳类和食藻动物；
步骤四，生态循环维护：在步骤三投放的鱼类和贝壳类成熟后对其进行捕捞，然后更换网套，植物主干上套设新的网套并投放新的微生物菌液；休鱼期1-2个月。
2.根据权利要求1所述的铅污染水体的生态修复方法，其特征在于，所述微生物为施氏假单胞菌或者红球菌CGMCC No.3276。
3.根据权利要求2所述的铅污染水体的生态修复方法，其特征在于，所述网套包括网状壳体以及贴在所述网状壳体内壁的无纺布。
4.根据权利要求3所述的铅污染水体的生态修复方法，其特征在于，所述网状壳体由两部分半圆柱通过锁扣连接在一起，网套直径在3-5cm，长度在5-10cm，每株植物上网套的套设数量为1-2个。
5.根据权利要求2-4任一项所述的铅污染水体的生态修复方法，其特征在于，所述微生物的投放量为107-109个/网套，将微生物菌种培养成菌悬液，进行活菌计数，然后投放到网套内表面。
6.根据权利要求5所述的铅污染水体的生态修复方法，其特征在于，当所用微生物为施氏假单胞菌时，步骤二中，在投放微生物3-7天后，向每个网套上投放浓度30-50mg/L氯化钙水溶液10-20mL,使稀释液覆盖90％以上的网套内壁面积；然后再放养鱼类、贝壳类和食藻动物。
7.根据权利要求1所述的铅污染水体的生态修复方法，其特征在于，所述水生植物包括但不限于挺水植物、沉水植物和浮叶植物。
8.根据权利要求7所述的铅污染水体的生态修复方法，其特征在于，所述水生植物覆盖率为目标水体水面面积的70-80％。
9.根据权利要求8所述的铅污染水体的生态修复方法，其特征在于，所述鱼类包括但不限于鲢鱼、鲤鱼、草鱼、黑鱼和鲫鱼，所述贝壳类包括但不限于扇贝、螺蛳和花甲。
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