CN113149339B - 治理蓝藻水华的复合材料及其用途 - Google Patents

治理蓝藻水华的复合材料及其用途 Download PDF

Info

Publication number
CN113149339B
CN113149339B CN202110313565.5A CN202110313565A CN113149339B CN 113149339 B CN113149339 B CN 113149339B CN 202110313565 A CN202110313565 A CN 202110313565A CN 113149339 B CN113149339 B CN 113149339B
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite material
oxygen
clay mineral
algae
flocculant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110313565.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113149339A (zh
Inventor
庄绪亮
王蕾
徐圣君
吴尚华
郑效旭
白志辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Original Assignee
Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS filed Critical Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority to CN202110313565.5A priority Critical patent/CN113149339B/zh
Publication of CN113149339A publication Critical patent/CN113149339A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113149339B publication Critical patent/CN113149339B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5236—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents
    • C02F1/5245—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents using basic salts, e.g. of aluminium and iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5263—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using natural chemical compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/54—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using organic material
    • C02F1/56—Macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Of Suspended Particles By Flocculating Agents (AREA)

Abstract

本说明书一个或多个实施例提供一种治理蓝藻水华的复合材料及其用途。具体地，所述复合材料包括黏土矿物、絮凝剂和功能微生物；其中，所述功能微生物负载于所述黏土矿物上；所述絮凝剂包裹所述黏土矿物。本说明书的技术方案，通过构建黏土矿物‑絮凝剂‑功能微生物三元复合材料，利用黏土矿物和絮凝剂沉降蓝藻，利用功能微生物抑制蓝藻复苏并降解藻源性污染物；能够在实现高效除藻除浊同时防控蓝藻复苏和藻源性污染物的释放，兼具生态安全性以及长效性，可大规模应用于湖泊等天然水体藻华治理，具有成本低廉的优势。

Description

治理蓝藻水华的复合材料及其用途
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及环境污染治理技术领域，尤其涉及一种治理蓝藻水华的复合材料及其用途。
背景技术
水体富营养化已成为一个全球关注的环境问题，我国湖泊、水库和江河水体富营养化发展速度相当快。随着富营养化的加剧，藻类水华发生的频率和幅度不断增加，其中有毒蓝藻水华对水环境的危害和生物安全引起广泛的关注，包括但不限于伴随藻体死亡分解散发恶臭破坏景观，大量消耗水中溶解氧使鱼类窒息死亡，释放生物毒素类次级代谢产物，危害人类和其他生物的安全。
发明内容
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种治理蓝藻水华的复合材料及其用途。
基于上述目的，第一方面，本说明书一个或多个实施例提供了一种治理蓝藻水华的复合材料，所述复合材料包括黏土矿物、絮凝剂和功能微生物；其中，所述功能微生物负载于所述黏土矿物上；所述絮凝剂包裹所述黏土矿物。
进一步地，所述功能微生物包括硝化菌、固磷菌、铜绿假单胞菌、假单胞菌、丛毛单胞菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、鞘氨醇单胞菌、地衣芽孢杆菌、光合细菌、土著菌中的一者或多者。
进一步地，所述功能微生物为丛毛单胞菌或假单胞菌。
进一步地，所述丛毛单胞菌包括丛毛单胞菌W2，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2016年5月17日，保藏编号为CGMCC No.12459；和/或所述假单胞菌包括假单胞菌W12，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2016年5月17日，保藏编号为CGMCC No.12460。
进一步地，所述黏土矿物为携氧黏土矿物。
进一步地，述携氧黏土矿物通过氧纳米气泡、高压氧负载、变温充氧和释氧剂修饰中的至少一种方式得到。
进一步地，所述携氧黏土矿物的携氧量不低于4.50mg/g。
进一步地，所述黏土矿物包括天然沸石、伊利石、膨润土、硅藻土、海泡石、蒙脱土、高岭土、目标水体岸边土壤矿物中的一者或多者。
进一步地，所述絮凝剂包括改性淀粉、壳聚糖及其衍生物、甲壳素及其衍生物、微生物提取絮凝剂、植物提取絮凝剂、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺中的一者或多者。
第二方面，本说明书实施例还提供前述任一所述的复合材料在水体蓝藻水华治理中的用途。
进一步地，所述功能微生物用于降解微囊藻毒素。
从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的治理蓝藻水华的复合材料，构建黏土矿物-絮凝剂-功能微生物三元复合材料，利用黏土矿物和絮凝剂沉降蓝藻，利用功能微生物抑制蓝藻复苏并降解藻源性污染物；能够在实现高效除藻除浊同时防控蓝藻复苏和藻源性污染物的释放，兼具生态安全性以及长效性，可大规模应用于湖泊等天然水体藻华治理，具有成本低廉的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为本说明书实施例1提供的复合材料施加于水体得到的絮体图片；图1B为图1A中絮体的电镜照片；
图2为不同材料去除蓝藻的短期效果对比图；
图3为不同材料去除蓝藻的长期效果对比图；
图4A～图4D为本说明书实施例2和对比例1的复合材料用于太湖水处理体系中藻毒素的降解效果对比图；其中，图4A对应于对比例1的复合材料处理后的水样；图4B对应于实施例2的复合材料处理后的水样；图4C对应于对比例1的复合材料处理后的沉积物；图4D对应于实施例2的复合材料处理后的沉积物；
图5A～图5C示出了沉积物界面处微生物群落在不同处理条件的对比图；
图6A和图6B为不同携氧量的复合材料用于太湖水处理体系中藻毒素的降解效果对比图；其中，图6A对应于水样；图6B对应于沉积物。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
蓝藻色素含量高，对光强的需求低，且具有气囊调节作用，能在水中垂直迁移，还可以分泌一些化学物质来抑制其它藻类生长，这些特点使得淡水中蓝藻能形成大群体。此外，蓝藻适合在温度较高的环境生长，因此高温季节富营养化水体中蓝藻获得绝对竞争优势从而形成蓝藻水华。
在大型浅水湖泊中，蓝藻的生长主要可以分为休眠、复苏、生物量增加、上浮和积聚形成藻华四个主要的阶段，而蓝藻的复苏和蓝藻的聚集是藻华形成的关键环节。
现有的藻华治理关键技术中，改性黏土技术作为一种有效的应急除藻技术，不仅有效地去除藻华，而且水体透明度得到较大改善，营养盐含量也有显著降低。但此技术有其缺陷：不仅沉降到底部的藻类在适宜条件下有复苏的可能，而且大部分絮凝沉降藻细胞死亡分解也存在氮磷营养盐二次释放及有害毒素释放的风险。
针对抑制沉降藻复苏和藻源性二次污染的防控，现有技术常采用沉水植物吸收藻细胞腐烂释放的营养元素。然而，这种方法存在耗时长，效率低，而且难以控制藻毒素释放的缺陷。
鉴于此，第一方面，本说明书一个或多个实施例提供一种治理蓝藻水华的复合材料。具体地，所述复合材料包括黏土矿物、絮凝剂和功能微生物；其中，所述功能微生物负载于所述黏土矿物上；所述絮凝剂包裹所述黏土矿物。
由此可见，本说明书实施例的技术方案，通过构建黏土矿物-絮凝剂-功能微生物三元复合材料，利用黏土矿物和絮凝剂沉降蓝藻，利用功能微生物抑制蓝藻复苏并降解藻源性污染物；能够在实现高效除藻除浊同时防控蓝藻复苏和藻源性污染物的释放，兼具生态安全性以及长效性，可大规模应用于湖泊等天然水体藻华治理，具有成本低廉的优势。
需要说明的是，通常微生物对环境条件要求苛刻，应用到天然水体中难以保障菌的持续性和效率。通过将功能微生物负载于所述黏土矿物上，利用黏土矿物的固定作用实现微生物的富集，不仅能够实现微生物的持续，而且能够提高微生物对藻源污染物的降解效率。
在本说明书一个或多个实施例中，所述功能微生物包括硝化菌、固磷菌、铜绿假单胞菌、假单胞菌、丛毛单胞菌、酵母菌、鞘氨醇单胞菌、地衣芽孢杆菌、光合细菌、土著菌中的一者或多者。
可选地，所述假单胞菌包括假单胞菌W12。所述假单胞菌W12的分类命名为假单胞菌(Pseudomonas sp.)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2016年5月17日，保藏编号为CGMCC No.12460。
可选地，所述丛毛单胞菌包括丛毛单胞菌W2。所述丛毛单胞菌W2的分类命名为丛毛单胞菌(Comamonas sp.)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2016年5月17日，保藏编号为CGMCC No.12459。
在一些实施例中，所述功能微生物为丛毛单胞菌或假单胞菌。分别利用丛毛单胞菌或假单胞菌，无需和其他微生物进行协同，就能够实现高效除藻除浊同时防控蓝藻复苏和藻源性污染物的释放。
在本说明书一个或多个实施例中，所述黏土矿物为携氧黏土矿物。通过采用携氧黏土矿物，可以提高水体的溶解氧以及底泥的氧化还原电位，有利于改善水体和底泥中的微生物群落结构，形成有益菌群，从而有效地控制内源污染。
在本说明书一个或多个实施例中，所述携氧黏土矿物通过氧纳米气泡、高压氧负载、变温充氧和释氧剂修饰中的至少一种方式得到。
应当理解的，对于携氧黏土矿物的制备方法，本领域技术人员能够根据实际条件进行合理选择，这里不做具体限定。
作为一个可选的实施例，所述携氧黏土矿物的携氧量不低于4.50mg/g。通过限定携氧量，能够保证所述携氧黏土矿物对水体和底泥中的微生物群落结构的改善效果。此外，这样的携氧量能够逆转底泥界面的氧化还原电位，有利于降解藻源二次污染物，同时提高水体的溶氧量，有助于水体中鱼类的存活。
示例性的，所述携氧量可以是4.50mg/g、4.71mg/g、4.87mg/g、10.05mg/g、15.20mg/g或25.56mg/g。
优选地，携氧量的浓度是8mg/g～20mg/g。优选地，携氧量的浓度是10mg/g～18mg/g。优选地，携氧量的浓度是12mg/g～16mg/g。优选地，携氧量的浓度是15mg/g。
在本说明书一个或多个实施例中，所述黏土矿物包括天然沸石、伊利石、膨润土、硅藻土、海泡石、蒙脱土、高岭土、目标水体岸边土壤矿物中的一者或多者。
可选地，所述黏土矿物的粒径范围为0.1～7.0mm。这样的粒径范围，有助于复合材料在目标水体中分散，同时也便于加工混匀。
可选地，所述黏土矿物的孔隙率为33％-60％。这里，适宜的孔隙率有利于功能微生物和/或氧气的负载。
示例性的，所述黏土矿物的平均粒径为0.1～1mm、2～4mm、3～6mm、3～5mm、4～7mm或3～4mm。
在本说明书一个或多个实施例中，所述絮凝剂包括改性淀粉、壳聚糖及其衍生物、甲壳素及其衍生物、微生物提取絮凝剂、植物提取絮凝剂、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺中的一者或多者。
可选地，所述改性淀粉包括阳离子改性淀粉。
需要说明的是，本领域技术人员能够对前述的多种絮凝剂进行合理选择，这里不做具体限定。
作为一个可选的实施例，所述絮凝剂选自改性淀粉、壳聚糖及其衍生物、甲壳素及其衍生物或植物提取絮凝剂。这样的絮凝剂不会对水体造成污染，且能够在自然环境中降解，更加生态环保。
在本说明书一个或多个实施例中，所述黏土矿物负载所述功能微生物的数量为106～1011CFU/g。这里，106～1011CFU/g表明每克黏土矿物负载106～1011cells。
通过限定每克黏土矿物质上负载功能微生物的数量，能够确保所述复合材料对水华的处理效果。低于该负载量，所述复合材料降解藻源污染物的效率较差，无法避免污染物进入水体中；高于该负载量，不利于功能微生物的生长。
示例性的，所述黏土矿物负载所述功能微生物的数量为106CFU/g、108CFU/g、109CFU/g、1010CFU/g或1011CFU/g。
在本说明书一个或多个实施例中，黏土矿物和絮凝剂的质量比是100:1～10。
示例性的，黏土矿物和絮凝剂的质量比是100:1、100:3、100:6、100:7或100:10。
第二方面，本说明书实施例还提供前述任一所述的复合材料在水体蓝藻水华治理中的用途。
进一步地，所述功能微生物能够裂解藻细胞、脱氮固磷以及去除蓝藻衍生物。示例性的，所述蓝藻衍生物包括微囊藻毒素。
作为一个可选的实施例，通过机械播撒的方式将所述复合材料投加到目标水面。
通过这样的方式，完成藻华的絮凝清除，含功能微生物的絮体通过自然沉降的方式，沉降到底泥界面，从而形成生物强化修复层，功能微生物加速藻细胞的裂解，防止藻种复苏，同时起到消减和阻隔内源污染释放的作用，实现大规模藻华水体和底泥的同步治理。
在一些可选的实施例中，所述水体包括湖泊、水库、河道、水塘、城市景观水体等。
为了进一步说明本发明的技术方案和技术效果，以下结合具体实施例和对比例详细描述本发明提供的复合材料及其用途。其中，絮凝剂均为市售；黏土矿物为市售或取自目标水体的岸边。
实施例1未携氧复合材料的制备
将沸石浸泡在一定浓度(106～1013CFU/mL)的假单胞菌菌液中，充分震荡使菌体负载于沸石上；或者将固态菌剂与沸石按一定质量比采用机械混合的方式混匀，在使用前配成一定浓度的溶液。其中，震荡的条件是120rpm反应2～4h。其中，本实施例中采用假单孢菌W12代表假单孢菌进行试验。假单孢菌W12保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.12460，保藏日期为2016年5月17日。需要说明的是，在使用前将一定浓度的阳离子淀粉溶液和负载假单孢菌的沸石进行混凝搅拌，混匀即得所述复合材料。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，功能微生物为丛毛单胞菌。其中，所述丛毛单胞菌以丛毛单胞菌W2为代表，丛毛单胞菌W2保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.12459，保藏日期为为2016年5月17日。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，功能微生物为目标水体中驯化得到的土著菌。
实施例4携氧复合材料的制备
本实施例与实施例2的区别在于，所述沸石为携氧沸石。将平均粒径3～5mm的沸石置于100℃马弗炉烘干24h。这里，可以通过过筛实现沸石粒径的筛选。
以高压氧负载的方法制备携氧沸石。具体地，称取一定量的沸石，加入密闭高压仓，首先抽真空1h，去除沸石孔道内的空气，然后通入高纯氧气，压力保持一定0.15～0.20Mpa，经过一定时间的吸附负载，然后出仓备用。对于吸附负载时间，例如可以是7.5h、8.0h、10.0h、12.0h、15.0h等。测定得到沸石载氧量为4.78mg/g、5.88mg/g等，不再例举。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，复合材料为二元体系，沸石上未负载功能微生物。
测试例1采用实施例1制备得到复合材料进行除藻测试
将复合材料加入到400mL已配制好初始藻浓度为1×1010cells/mL的藻液中，反应体系中絮凝剂用量为5mg/L、黏土矿物用量为100mg/L、微生物含量为1010CFU/g黏土矿物，置于六联搅拌器上开机搅拌，并同时开始计时，搅拌参数设置为300r/min快速搅拌1min，120r/min中速搅拌2min，然后转入40r/min慢速搅拌10min，絮凝试验结束后保持烧杯静置，在液面下约2～3cm处取样测定藻细胞浓度，以此测试三元复合材料对藻的去除效果。
此外，同时设置空白对照、假单胞菌W12/沸石、假单胞菌W12/阳离子淀粉、阳离子淀粉/沸石作为对比，测试结果如图2所示。需要说明的是，作为对比的二元体系中，各成分在藻液中的含量与实施例1相同，区别仅在于成分差异。
图1A为实施例1制备的复合材料施加于水体得到的絮体图片。从图1A可以看出絮凝过程中，形成了较大致密絮体，且絮体自然沉降效果好。通过扫描电镜对絮体进一步观察结构，其结果如图1B所示，由图上能够清楚看到藻-菌共存的絮体结构。
从图2可以看出，经过4个小时实验，空白对照基本没有效果，微生物改性矿物二元体系除藻率仅25％，微生物结合淀粉絮凝除藻的效率为55％，淀粉改性矿物二元絮凝除藻效率为93％，而经过微生物/淀粉/矿物三元复合材料处理的体系除藻率达到了98％以上。表明仅微生物/矿物或者微生物/淀粉二元材料体系不适合蓝藻水华控制，而淀粉/矿物二元体系，以及微生物/淀粉/矿物三元复合材料体系在短时间内均具有较好的除藻效果。然而在蓝藻水华控制的过程中，不仅需要短时见效，更需要长期控藻以维持处理效果。因此进一步通过试验考察了这两类材料的长期效果。
对于这两类材料处理体系中絮凝后藻的复苏情况分别进行取样测定，结果如图3所示，仅经过淀粉改性矿物二元絮凝处理体系中，虽然藻华去除率在1d就达90％以上，但此后40d内部分絮凝后的蓝藻细胞脱离了絮体发生了再悬浮复苏生长的情况，表明淀粉改性矿物二元体系无法长效控制蓝藻水华，而微生物/淀粉/矿物三元复合材料处理系统中，经过40d测定，蓝藻的去除率一直保持在90％以上，表明微生物/淀粉/矿物三元复合材料能够有效防控藻细胞复苏，微生物能够加速藻细胞的裂解，防止藻种复苏。
需要说明的是，实施例2～实施例4制备的复合材料均能够实现长效防控藻细胞复苏，这里不再赘述。
测试例2复合材料对太湖水体进行治理
取5L太湖的湖水进行测试。其中，铜绿微囊藻浓度约1×1010cells/mL，微囊藻毒素MC-LR、MC-RR的浓度分别约为10μg/L和10μg/L。
将实施例1～实施例3制备得到的复合材料投加于反应体系中，絮凝搅拌。其中，搅拌参数同测试例1，最终使得体系中黏土矿物的浓度为100mg/L、絮凝剂浓度为3mg/L、菌负载量为1010CFU/g黏土矿物。然后分别测定复合材料添加前后1d水体中微囊藻毒素、叶绿素及营养盐等指标的变化，结果如表1所示。
表1复合材料对太湖水体进行治理后水体指标的变化
Figure GDA0003816476300000091
由表1数据能够看出，采用实施例1～实施例3的复合材料治理1d后太湖实际水样中除藻率在90％以上，水体藻毒素去除率36％～48％，总氮、总磷营养盐的去除率分别约58％和53％以上。其中，除藻率根据叶绿素的去除率确定。表明本说明书的技术方案能够在短期内有效去除藻细胞、微囊藻毒素；同时，还能够降低氮、磷等营养盐。
由实施例1和实施例2的复合材料的处理效果，可以看出包括丛毛单胞菌或假单孢菌的复合材料均具有降解微囊藻毒素、去除藻细胞的技术效果。将实施例1、实施例2和实施例3进行比较，可以看出土著菌的综合效果更优，表明多种菌的配合有助于提高治理效果。
测试例3对太湖水体中藻毒素降解情况的跟踪研究
将实施例2、对比例1制备得到复合材料分别用于太湖水体治理，并跟踪藻毒素的降解情况。其中，实施例2为本说明书提供的三元体系的代表，实施例1、实施例3具有类似的效果，这里不再赘述。
具体地，反应体系和投加方法与测试例2相同，使得体系中沸石、絮凝剂的含量相同，区别仅在于功能微生物。进一步地，于0～12d的测试时间内，间隔一定时间分别取水样及沉积物样本，测定其中藻源性有毒污染物(如微囊藻毒素)的变化情况，检测结果如图4A～图4D所示。图4A和图4C示出了对比例1的复合材料处理的体系中藻毒素的降解情况，水样中的微囊藻毒素随着絮体沉降，去除率在30～40％，而沉积物中的藻毒素随着絮体中藻细胞腐烂释放，藻毒素浓度有所增加。图4B和图4D示出了实施例2的复合材料处理的体系中藻毒素的降解情况，经过12d生物强化反应，水体和沉积物中微囊藻毒素基本降解完，MC-LR、MC-RR去除率均在90％以上，表明本说明书实施例的微生物-黏土矿物-絮凝剂的复合材料控能够有效防控藻源性二次污染，基本去除体系中的微囊藻毒素。
测试例4复合材料处理对太湖水体溶解氧和氧化还原电位的影响
采用实施例4的氧负载方法，通过控制负载时间得到不同载氧量的复合材料。需要说明的是，除载氧量不同之外，复合材料的成分和比例均相同。
利用前述制备得到的携氧复合材料对太湖水体进行治理，反应体系和投加方法和测试例2相同。在治理20天后，对水体中的溶氧(DO)及底泥界面的氧化还原电位(ORP)变化情况进行了测定，结果如表2所示。
表2携氧复合材料的载氧量对水体DO和ORP的影响
Figure GDA0003816476300000101
与载氧量为零的处理体系相比较，当复合材料携氧时能够有效提升水体的溶解氧水平，同时使得厌氧底泥的界面氧化还原电位得到有效逆转，且DO和ORP的提升随着携氧的载氧量提高而上升，有利于微生物降解藻源污染物、脱氮脱磷。沉降絮体能够在底泥界面形成携氧阻隔层，其中微生物对于消减内源污染起到关键作用，同时阻隔层对于底泥内源污染释放也起到一定物理阻隔作用，能够实现大规模藻华水体和底泥的同步治理。
测试例5携氧对微生物群落的影响
分别考察了空白对照组、絮凝剂处理、沸石絮凝剂处理、携氧沸石絮凝剂处理组对微生物群落变化情况。其中，所述絮凝剂为阳离子改性淀粉。需要说明的是，为避免外源添加的微生物对测试结果产生影响，本测试例中沸石未负载功能微生物。
具体地，投入不同的材料对太湖水体进行治理，反应体系和投加方法和测试例2相同，空白对照为不投加任何材料，絮凝剂用量为2mg/L，沸石用量为100mg/L，沸石携氧量为20mg/g。
通过16S rRNA测序，沉积物界面微生物丰度变化如图5A～图5C所示。从图5A～图5C可以看出，与空白对照组、絮凝剂处理和沸石絮凝剂处理相比，携氧沸石絮凝剂处理体系中，氨氧化古菌、亚硝化单胞菌、硝化螺旋菌、噬甲基菌等微生物丰度均有所提高。
由此可见，携氧沸石絮凝材料有利于改善水体和底泥中的微生物群落结构，形成高效控制营养盐、降解藻源毒素的菌群，对于消减内源污染起到关键作用，能够实现大规模藻华水体和底泥的同步治理。
测试例6不同携氧量的复合材料对太湖水体中藻毒素降解情况的比较分析
采用实施例4的氧负载方法，通过控制负载时间分别得到载氧量8，15，20mg/g的复合材料。
利用实施例2制备的未载氧复合材料和载氧量分别为8，15，20mg/g的复合材料分别对太湖水体进行治理，反应体系和投加方法和测试例2相同。于0～12d的测试时间内，间隔一定时间分别取水样及沉积物样本，测定其中藻源性有毒污染物(如微囊藻毒素)的变化情况，结果如图6A和图6B所示。测试结果表明，氧的加入能够提高藻毒素的降解效率，但是当氧含量过高时(20mg/g)，藻毒素降解效率有所降低；比较而言，氧含量为15mg/g时更有利于藻毒素的降解。
需要说明的是，当更换黏土矿物、絮凝剂时，具有类似的技术效果，这里不再赘述。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种治理蓝藻水华的复合材料，其特征在于，所述复合材料包括粘土矿物、絮凝剂和功能微生物；其中，所述粘土矿物为携氧粘土矿物，且所述携氧粘土矿物的携氧量不低于4.50mg/g，所述功能微生物负载于所述粘土矿物上；所述絮凝剂包裹所述粘土矿物。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述功能微生物包括硝化菌、固磷菌、铜绿假单胞菌、假单胞菌、丛毛单胞菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、鞘氨醇单胞菌、地衣芽孢杆菌、光合细菌、土著菌中的一者或多者。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述功能微生物包括丛毛单胞菌、假单胞菌中的至少一者。
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述丛毛单胞菌包括丛毛单胞菌W2，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2016年5月17日，保藏编号为CGMCC No.12459；和/或
所述假单胞菌包括假单胞菌W12，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2016年5月17日，保藏编号为CGMCC No.12460。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述携氧粘土矿物通过氧纳米气泡、高压氧负载、变温充氧和释氧剂修饰中的至少一种方式得到。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述絮凝剂包括改性淀粉、壳聚糖及其衍生物、甲壳素及其衍生物、微生物提取絮凝剂、植物提取絮凝剂、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺中的一者或多者。
7.根据权利要求1～6任一项所述的复合材料在水体蓝藻水华治理中的用途。
8.根据权利要求7所述的用途，其特征在于，所述功能微生物用于降解微囊藻毒素。
CN202110313565.5A 2021-03-24 2021-03-24 治理蓝藻水华的复合材料及其用途 Active CN113149339B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110313565.5A CN113149339B (zh) 2021-03-24 2021-03-24 治理蓝藻水华的复合材料及其用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110313565.5A CN113149339B (zh) 2021-03-24 2021-03-24 治理蓝藻水华的复合材料及其用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113149339A CN113149339A (zh) 2021-07-23
CN113149339B true CN113149339B (zh) 2023-02-07

Family

ID=76888387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110313565.5A Active CN113149339B (zh) 2021-03-24 2021-03-24 治理蓝藻水华的复合材料及其用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113149339B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114291985A (zh) * 2021-12-08 2022-04-08 南京中科水治理股份有限公司 一种抑制底泥内源氮磷释放的方法
CN114524523A (zh) * 2022-01-27 2022-05-24 湖南海澍环保科技有限公司 一种环保型高效复合生物除藻剂及制备工艺
BE1030405B1 (fr) 2022-04-01 2023-10-30 Idrabel Composition pour dégrader une matière organique, son procédé de fabrication et utilisations de celle-ci
BE1030406B1 (fr) 2022-04-01 2023-10-30 Idrabel Procede pour reduire la quantite de cyanobacteries d’un milieu aquatique
CN115520946A (zh) * 2022-04-11 2022-12-27 江苏世邦生物工程科技有限公司 用于重金属离子吸附的生物复合絮凝剂及其制备方法
CN115490340B (zh) * 2022-05-16 2023-08-22 华中科技大学 一种脱氮除磷除藻剂及其制备方法和应用
CN117441743B (zh) * 2023-11-01 2024-09-10 天津大学 红平红球菌的新用途和微生物除藻剂及其制备方法与应用

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1769198B (zh) * 2005-09-05 2012-07-11 中国科学院生态环境研究中心 一种利用黏土凝聚将水华转化为水底植被的方法
CN101508505B (zh) * 2009-03-23 2011-07-13 金坛阿波罗生物制品有限公司 一种清除水中蓝藻并消减藻臭的方法
CN101503238B (zh) * 2009-03-23 2011-06-08 中国科学院生态环境研究中心 一种利用纳米气泡修复湖泊和厌氧底泥的方法
CN102408164B (zh) * 2010-09-21 2015-10-07 中国科学院生态环境研究中心 一种原位快速清除湖泛的方法
US20120145645A1 (en) * 2010-12-13 2012-06-14 Halosource, Inc. Clarification of hydrocarbons and suspended matter from an aqueous medium
EP2914552B1 (en) * 2012-11-01 2020-05-13 NC Brands L.P. Water treatment composition and method of using same
CN106709603B (zh) * 2016-12-21 2020-10-16 中国科学院海洋研究所 一种优化利用改性粘土法消除赤潮的实施方法
CN108558019B (zh) * 2018-01-04 2021-12-03 中冶华天工程技术有限公司 微生物强化絮凝除藻剂的制备方法
CN108624530B (zh) * 2018-05-15 2020-02-07 中国环境科学研究院 一种原位修复受污染沉积物的固定化菌剂及制法与应用
CN108821383A (zh) * 2018-07-10 2018-11-16 中冶华天工程技术有限公司 一种新型河道浊度原位净化材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113149339A (zh) 2021-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113149339B (zh) 治理蓝藻水华的复合材料及其用途
He et al. Influence of salinity on microorganisms in activated sludge processes: a review
CN110078329B (zh) 一种底泥原位生物强化与底栖环境生态修复方法
CN108793433B (zh) 一种高浊度水质应急处理技术
Sun et al. Screening and characterization of mixotrophic sulfide oxidizing bacteria for odorous surface water bioremediation
CN116640702A (zh) 一种用于处理养殖废水的微生物菌剂的制备方法和应用
Liu et al. Synergistic control of internal phosphorus loading from eutrophic lake sediment using MMF coupled with submerged macrophytes
CN101134945B (zh) 一种用于含铅废水处理的优势菌
Irankhah et al. Highly efficient phenol degradation in a batch moving bed biofilm reactor: benefiting from biofilm-enhancing bacteria
Rong et al. Towards advanced mariculture wastewater treatment by bacterial-algal symbiosis system with different bacteria and algae inoculation ratios
Zhou et al. Nitrogen reduction using bioreactive thin-layer capping (BTC) with biozeolite: A field experiment in a eutrophic river
Tang et al. Reconstructing clear water state and submersed vegetation on behalf of repeated flocculation with modified soil in an in situ mesocosm experiment in Lake Taihu
CN111747538A (zh) 一种黑臭底泥修复剂及其应用
Nguyen et al. Modification of expanded clay carrier for enhancing the immobilization and nitrogen removal capacity of nitrifying and denitrifying bacteria in the aquaculture system
CN113957004B (zh) 一株金黄杆菌及在制备盐生植物附生修复养护菌剂中的应用
Shan et al. Enhanced treatment of synthetic wastewater by bioaugmentation with a constructed consortium
CN103373767B (zh) 一种高含盐催化剂污水的生物脱氮方法
CN111003814A (zh) 一种用于污染水体原位治理的复合净水剂及其使用方法
Chang et al. In-situ nitrogen removal from the eutrophic water by microbial-plant integrated system
Onyango et al. Simultaneous adsorption and biodegradation of synthetic melanoidin
CN111925960B (zh) 一种具有硝化和反硝化作用的盐单胞菌及其应用
CN111924984A (zh) 一种治理开放性水域沉积污染物的复合菌剂及其制备方法
CN102021126B (zh) 用于高浓度难降解有机污水处理的耐盐降解菌及其应用
CN102465106A (zh) 一种短程反硝化脱氮菌株及其应用
CN114645041A (zh) 一种底泥改良复合菌剂及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant