CN113683277A - 一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂及其制备方法，属于自然水处理制剂技术领域，所述微生物制剂制剂为颗粒状，按质量比计，包括以下组分：复合微生物菌粉80～90％、粘合剂6～12％、崩解剂4～8％、助崩剂0.1～0.5％，其中，复合微生物菌粉由20～30％混合菌和70～80％载体组成；本发明采用缓释崩解型微生物制剂治理黑臭水体底泥，解决了黑臭水体治理施工中微生物菌剂难以定向投放到底泥中的问题。颗粒菌剂投放后能够沉水缓释崩解，避免了微生物菌在投放后扩散到上层覆水中及随水流流动而流失的问题，该发明微生物制剂有效去除底泥有机质、氨氮、硫化氢、甲硫醚、总磷等污染物类物质及恶臭气味。
Description
技术领域
本发明属于自然水处理制剂技术领域，具体涉及一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂及其制备方法。
背景技术
随着社会和经济的发展，在工业化、城镇化过程中，大量生活污水、工业废水排入城市的湖泊、内河等流动或静止水体，导致水体严重污染，形成黑臭水体。2015年国务院颁布实施的《水污染防治行动计划》明确，城市人民政府是整治城市黑臭水体的责任主体，到2030年，全国城市建成区黑臭水体总体得到消除。各城市都陆续投入十几亿至几百亿的资金对黑臭水体进行生态治理。目前对黑臭水体的治理包括了控制污水流入、河道湖泊清淤、打造生态驳岸、人工增氧投药和种植水生植物等。因大气沉降、地表径流及雨污未完全分流等因素影响，污染物会持续的汇集到河道、湖泊水体中，在污染侵入和水体自我净过程中，过量的污染物超出自然水体的自我净化能力时，就会汇集至水体的底泥中，形成水体底泥的吸附效应，产生污染底泥。
黑臭水体污染底泥通过底泥的释放效应在水体中不断向上层覆水释放污染有机物、营养盐和挥发性恶臭气体，加重水体的污染。因此有必要对底泥进行原位修复，采用可沉入水底、缓慢释放的底泥治理微生物菌剂，加强黑臭水体底泥与上覆水交界处的复合微生物对底泥污染物分解能力，以阻隔黑臭底泥的污染物向上层水体释放，同时加速削减有机底泥，提高水体的自净能力。由于水体全面清淤成本过高，施工量大，难以频繁采用，表层水体的治理手段对黑臭水体底泥作用一般。水体的曝气增氧很难直接作用到底层底泥，而目前市面上水体治理微生物菌剂多为液体制剂或粉剂，因水体的流动和微生物的悬浮特性，功能微生物也难以作用于底泥。有案例采用高压水枪向水体底部注射微生物菌剂，不但操作麻烦，且易搅动污染底泥。因此，提出一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂及其制备方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂及其制备方法，该制备方法原料经济，易生产，制剂能够在黑臭水体底泥上缓慢崩解、释放复合微生物功能菌，能够有效的去除底泥中的有机质、硝态盐、氨氮、硫化氢、总磷等污染，投放方式简单。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂，所述微生物制剂制剂为颗粒状，按质量比计，包括以下组分：复合微生物菌粉80～90％、粘合剂6～12％、崩解剂4～8％、助崩剂0.1～0.5％，其中，复合微生物菌粉由20～30％混合菌和70～80％载体组成。
作为本发明的进一步优化方案，所述混合菌为施氏假单胞菌、沼泽红假单胞菌、植物乳杆菌、琼氏不动杆菌、产碱杆菌、巨大芽孢杆菌等比例混合制得。
作为本发明的进一步优化方案，所述载体，按重量份数计，由7～8份硅藻土、1～2份麦麸粉、1～2份轻质碳酸钙、0.5～1份甘油组成。
作为本发明的进一步优化方案，所述粘合剂为膨润土、羟甲基纤维素钠、黄原胶中的一种或两种。
作为本发明的进一步优化方案，所述崩解剂为木质纤维素、羟甲基淀粉钠、海藻酸中的一种或两种。
作为本发明的进一步优化方案，所述助崩剂为抗坏血酸钠、柠檬酸钠的一种或两种。
作为本发明的进一步优化方案，所述微生物制剂制剂颗粒直径大小1～3mm，密度1.01～1.03g/cm3，入水沉降速度0.59～4.9cm/s，入水崩解时限15～60min。
本发明还提供了一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将混合菌中各菌株采用相应基础培养基摇瓶培养，制成种子液，再经发酵罐扩大发酵制成各单一菌发酵液，各菌发酵液中有效活菌数≥2亿/mL；
步骤(2)：将各单一菌发酵液按照等比例混合均匀，获得混合菌液，混合菌液与载体按比例进行吸附混合，制得复合微生物菌粉，复合微生物菌粉含水率在35～45％，呈湿润松散状态；
步骤(3)：将复合微生物菌粉、粘合剂、崩解剂、助崩剂进行混合均匀后采用圆盘滚动造粒，制得固体颗粒；
步骤(4)：将固体颗粒在25～35℃常温下冷风烘干12～24h，烘干结束后，筛网过筛，先用16目筛网过筛，筛去粒径小于1mm颗粒，再用7目筛网过筛，筛去粒径大于3mm的颗粒，保留直径大小1～3mm的颗粒，为缓释崩解型微生物颗粒制剂。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(1)的具体制备方法包括：
种子液制备：分别将施氏假单胞菌、沼泽红假单胞菌接种到肉汤培养基摇瓶中，25～30℃，厌氧静置、光照培养48～72h；分别将琼氏不动杆菌、产碱杆菌、巨大芽孢杆菌接种到肉汤培养基摇瓶中，30～37℃，摇床转速150～160rpm，振荡培养24～36h；将植物乳杆菌接种到乳酸菌培养基摇瓶中，28～35℃，厌氧静置，培养24～48h；分别制得各菌株种子液；
扩大发酵：将上述各菌株种子液按质量比为1～5％的量接种至发酵培养基上发酵培养，获得各单一菌发酵液，其中施氏假单胞菌、沼泽红假单胞菌、植物乳杆菌的发酵条件25～30℃，厌氧，pH:6～8，搅拌速度50～100rpm，发酵48～72h；琼氏不动杆菌、产碱杆菌、巨大芽孢杆菌的发酵条件30～37℃，溶氧值DO：4～6mg/L，pH:6～8，搅拌速度100～150rpm，发酵培养24～36h；发酵至有效活菌数≥2亿/mL。
本发明的有益效果在于：本发明提供的治理黑臭水体底泥的复合微生物制剂所含的微生物菌种能够进行反硝化、氨氧化、聚磷、硫氧化等生化作用，有效去除底泥有机质、氨氮、硫化氢、甲硫醚、总磷等污染物类物质及恶臭气味；其中在厌氧或缺氧条件下施氏假单胞菌的反硝化作用和沼泽红假单胞自养利用氨氮能够良好的去除底泥的中总氮；植物乳杆菌在底泥有机质的分解过程发挥重要的作用；在缺氧和微氧的琼氏不动杆菌、产碱杆菌、巨大芽孢杆菌可进行难降解有机质分解、总磷的固化、亚硝酸盐还原等作用，制剂中的几种功能菌株相互协同；
本发明的缓释崩解型微生物制剂很好的解决了黑臭水体治理施工中微生物菌剂难以定向投放到底泥中的问题，同时也避免了微生物菌在投放后扩散到上层水体中及随水流流动而流失的问题，根据斯托克斯静水颗粒自由沉淀公式ut＝gd2(ρs-ρ)/18μ，本发明颗粒制剂的崩解时限15～60min，入水沉降速度0.59～4.9cm/s，即在15min内颗粒可下沉5.31m，一般城市内河湖泊水深0.5m～2m，本菌剂可有效的应对大部分黑臭水体。
附图说明
图1是本发明一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂的微生物颗粒制剂直径与沉降速度关系图；
图2是本发明一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂的崩解度速率图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
本发明治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂，按质量比计，包括以下组分：复合微生物菌粉80～90％、粘合剂6～12％、崩解剂4～8％、助崩剂0.1～0.5％，其中，复合微生物菌粉由20～30％混合菌和70～80％载体组成。
混合菌为施氏假单胞菌、沼泽红假单胞菌、植物乳杆菌、琼氏不动杆菌、产碱杆菌、巨大芽孢杆菌等比例混合制得，载体由7～8份硅藻土、1～2份麦麸粉、1～2轻质碳酸钙、0.5～1份甘油组成。粘合剂为膨润土、羟甲基纤维素钠、黄原胶中的一种或两种，崩解剂为木质纤维素、羟甲基淀粉钠、海藻酸中的一种或两种，助崩剂为抗坏血酸钠、柠檬酸钠的一种或两种。为了验证本发明的效果，提供以下具体实施例证明。
实施例1
本实施例的治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂，按质量比计，包括以下组分：复合微生物菌粉85％、粘合剂8％、崩解剂6.8％、助崩剂0.2％，其中，复合微生物菌粉由30％混合菌和70％载体组成。
混合菌为施氏假单胞菌、沼泽红假单胞菌、植物乳杆菌、琼氏不动杆菌、产碱杆菌、巨大芽孢杆菌等比例混合制得，载体由7份硅藻土、1份麦麸粉、1.5轻质碳酸钙、0.5份甘油组成。粘合剂为羟甲基纤维素钠，崩解剂为木质纤维素，助崩剂为抗坏血酸钠。
微生物制剂的制备方法如下：
步骤(1)：分别将施氏假单胞菌、沼泽红假单胞菌接种到肉汤培养基摇瓶中，25～30℃，厌氧静置、光照培养48～72h；分别将琼氏不动杆菌、产碱杆菌、巨大芽孢杆菌接种到肉汤培养基摇瓶中，30～37℃，摇床转速150～160rpm，振荡培养24～36h；将植物乳杆菌接种到乳酸菌培养基摇瓶中，28～35℃，厌氧静置，培养24～48h；分别制得各菌株种子液，将上述各菌株种子液按质量比为1～5％的量接种至发酵培养基上发酵培养，获得各单一菌发酵液，各菌发酵液中有效活菌数≥2亿/mL；其中，施氏假单胞菌、沼泽红假单胞菌、植物乳杆菌的发酵条件25～30℃，厌氧，pH:6～8，搅拌速度50～100rpm，发酵48～72h；琼氏不动杆菌、产碱杆菌、巨大芽孢杆菌的发酵条件30～37℃，溶氧值DO：4～6mg/L，pH:6～8，搅拌速度100～150rpm，发酵培养24～36h；
步骤(2)：将各单一菌发酵液按照等比例混合均匀，获得混合菌液，混合菌液与载体按比例进行吸附混合，制得复合微生物菌粉，复合微生物菌粉含水率在35～45％，呈湿润松散状态；
步骤(3)：将复合微生物菌粉、粘合剂、崩解剂、助崩剂进行混合均匀后采用圆盘滚动造粒，制得固体颗粒；
步骤(4)：将固体颗粒在25～35℃常温下冷风烘干12～24h，烘干结束后，筛网过筛，先用16目筛网过筛，筛去粒径小于1mm颗粒，再用7目筛网过筛，筛去粒径大于3mm的颗粒，保留直径大小1～3mm的颗粒，为缓释崩解型微生物颗粒制剂。
其中，肉汤培养基包含如下质量比组分：蛋白胨0.5～0.8％，牛肉膏3～5％，余量为水；
乳酸菌培养基包含如下质量比组分：蛋白胨1～1.5％，酵母膏0.5～1％，葡萄糖0.5％～1％，吐温-80 0.1～0.2％，磷酸氢二钾0.2～0.5％，醋酸钠0.5～1％，柠檬酸二胺0.2％～05％，七水合硫酸镁0.1～0.2％，一水合硫酸锰0.05～0.1％，余量为水；
发酵培养基包含如下质量比组分：蛋白胨0.5％～1.5％，葡萄糖2～5％，牛肉膏3～5％，柠檬酸钠0.5～1％，磷酸氢二钾0.2～0.5％，磷酸二氢钾0.1～0.3％，七水合硫酸镁0.1～0.2％，一水合硫酸锰0.05～0.1％，余量为水。
利用本实施例对黑臭水河进行治理：治理河段长2km，水面宽3m，水深0.5-1.2m，底泥厚0.2-0.5m，秋冬季河水流量为0.5m/s，由于常年排放居民生活垃圾，导致河面垃圾厚积，墨黑粘稠、恶臭刺鼻，根据水质标准为劣Ⅴ类水质。每1000立方米黑臭水体投加10kg微生物制剂，每隔5天投放一次，投放时间为晴天中午前后，治理后检测指标为：治理三个月后黑臭底泥转变为灰白色，异味消除，实施至6个月后，水质状态稳定，水中氨氮从18.72mg/L降为2.34mg/L，水中总氮从22.32mg/L降至2.56mg/L，水中溶解氧从0.2mg/L提高到3mg/L，底泥中氨氮从1355mg/L降为501mg/L，底泥中总氮从1520mg/L降至596mg/L，pH值为6.5-8.0；硫化物＜0.2mg/L；类大肠菌群＜10000(个/L)。
实施例2
本实施例的治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂，按质量比计，包括以下组分：复合微生物菌粉81.5％、粘合剂10％、崩解剂8％、助崩剂0.5％，其中，复合微生物菌粉由20％混合菌和80％载体组成。
混合菌为施氏假单胞菌、沼泽红假单胞菌、植物乳杆菌、琼氏不动杆菌、产碱杆菌、巨大芽孢杆菌等比例混合制得，载体由7份硅藻土、1份麦麸粉、1份轻质碳酸钙、1份甘油组成。粘合剂为膨润土，崩解剂为羟甲基淀粉钠，助崩剂为柠檬酸钠。
微生物制剂的制备方法同实施例1。
利用本实施例对某中学景观湖进行治理：面积约1.1亩，水深0.5-0.8m，底泥厚0.2-0.3m，无流动为静止水体，由于雨水带入的污染至水体发出臭味，水面布满蓝藻。均匀投加10kg微生物制剂，每隔7天投放一次，投放时间为晴天中午前后，治理后检测指标为：治理25天-30天后黑臭底泥转变为灰白色，异味消除，实施3个月后，水质状态稳定，水中氨氮从11.34mg/L降为2.14mg/L，水中总氮从16.73mg/L降至2.19mg/L，水中溶解氧从0.9mg/L提高到3.1mg/L，底泥中氨氮从1103mg/L降为514mg/L，底泥中总氮从1215mg/L降至564mg/L，pH值为6.5-8.0。
为了获得本发明中缓释崩解型微生物颗粒制剂的直径与沉降速度的关系，分别从实施例1和实施2中选取质量为500g，直径分别为1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm的微生物颗粒制剂，不同直径的微生物颗粒制剂的密度均在1.01～1.03g/cm3内，投入20℃水温下的试验河中，根据斯托克斯静水颗粒自由沉淀公式ut＝gd2(ρs-ρ)/18μ(式中，u为颗粒沉降速度：cm/s；ρs、ρ分别为颗粒及水的密度：g/cm3；Kg/m3；g为重力加速度：N/kg；N:kg*m/s2；μ为水的粘附系数(Pa·s)；1Pa.s＝1N.s/m2＝10P泊＝103cP；d为颗粒直径cm；20℃水的运动粘度：0.001N.s/m2)，得到微生物颗粒制剂直径与沉降速度关系如图1所示，实施例1和实施例2中不同直径的微生物制剂颗粒沉降速度基本一致，且直径越大沉降速度越快，入水沉降速度0.59～4.9cm/s，即在15min内颗粒可下沉5.31m。
为了获得本发明中缓释崩解型微生物颗粒制剂在水中崩解速率，将实施例1和实施例2中制备的微生物颗粒制剂，投入20℃水温下的试验河中，微生物颗粒制剂的崩解度速率如图2所示，入水崩解时限在15～60min内，实施例2中后期崩解速度略快，结合微生物颗粒制剂的入水沉降速度，即在15min内颗粒可下沉5.31m，一般城市内河湖泊水深0.5m～2m，说明本发明的微生物制剂在崩解时限内可到达水底黑臭泥位置，然后崩解与底泥发生作用，崩解后的微生物制剂颗粒在水中的悬浮和均匀分散。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂，其特征在于，所述微生物制剂制剂为颗粒状，按质量比计，包括以下组分：复合微生物菌粉80～90％、粘合剂6～12％、崩解剂4～8％、助崩剂0.1～0.5％，其中，复合微生物菌粉由20～30％混合菌和70～80％载体组成。
2.根据权利要求1所述的一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂，其特征在于，所述混合菌为施氏假单胞菌、沼泽红假单胞菌、植物乳杆菌、琼氏不动杆菌、产碱杆菌、巨大芽孢杆菌等比例混合制得。
3.根据权利要求1所述的一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂，其特征在于，所述载体，按重量份数计，由7～8份硅藻土、1～2份麦麸粉、1～2份轻质碳酸钙、0.5～1份甘油组成。
4.根据权利要求1所述的一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂，其特征在于，所述粘合剂为膨润土、羟甲基纤维素钠、黄原胶中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂，其特征在于，所述崩解剂为木质纤维素、羟甲基淀粉钠、海藻酸中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂，其特征在于，所述助崩剂为抗坏血酸钠、柠檬酸钠的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂，其特征在于，所述微生物制剂制剂颗粒直径大小1～3mm，密度1.01～1.03g/cm3，入水沉降速度0.59～4.9cm/s，入水崩解时限15～60min。
8.一种如权利要求1-7任一所述的治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：将混合菌中各菌株采用相应基础培养基摇瓶培养，制成种子液，再经发酵罐扩大发酵制成各单一菌发酵液；
步骤(2)：将各单一菌发酵液按照等比例混合均匀，获得混合菌液，混合菌液与载体按比例进行吸附混合，制得复合微生物菌粉；
步骤(3)：将复合微生物菌粉、粘合剂、崩解剂、助崩剂进行混合均匀后采用圆盘滚动造粒，制得固体颗粒；
步骤(4)：将固体颗粒在25～35℃常温下冷风烘干12～24h，烘干结束后，筛网过筛，保留直径大小1～3mm的颗粒，为缓释崩解型微生物颗粒制剂。
9.根据权利要求8所述的一种治理黑臭水体底泥的缓释崩解型微生物制剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体制备方法包括：
种子液制备：分别将施氏假单胞菌、沼泽红假单胞菌接种到肉汤培养基摇瓶中，厌氧静置、光照培养48～72h；分别将琼氏不动杆菌、产碱杆菌、巨大芽孢杆菌接种到肉汤培养基摇瓶中，振荡培养24～36h；将植物乳杆菌接种到乳酸菌培养基摇瓶中，厌氧静置培养24～48h；分别制得各菌株种子液；
扩大发酵：将上述各菌株种子液按质量比为1～5％的量接种至发酵培养基上发酵培养，获得各单一菌发酵液。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20211123 |