CN113955846B - 三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊及其制作方法 - Google Patents

三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊，特点是包括内层胶囊、中间胶囊及外层胶囊，其中所述内层胶囊包括海藻酸钠、过氧化钙粉末、硅藻土、细砂及水；所述中间层胶囊包括海藻酸钠、枯草芽孢杆菌液、微生物促进剂及水；所述外层胶囊包括碳酸钠‑碳酸氢钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺及水；其优点成本低、科学快速且生态环保的，能针对高浓度污染的城市黑臭河涌底泥的修复药剂，可短期内迅速降低底泥污染物、增加微生物对污染物的降解，增加黑臭底泥中氧气的含量，从而减少水体黑臭污染程度，高浓度氮、磷污染物，重金属等有毒物质对胶囊影响小，降解污染物速率高，修复效果好，长期对河涌生态恢复具有积极作用。

Description

三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊及其制作方法。
背景技术
城市河道黑臭是目前众多城市内河面临的严峻污染问题。水体黑臭的主要原因是外源有机污染物过量排入水体，造成水体溶解氧降低，使河道的上覆水和底泥呈还原态；在缺氧环境条件下水体和底泥中的微生物以厌氧微生物为主导，这些厌氧微生物厌氧发酵分解底泥中有机污染物产生的 CH4，H2S，NH3-N 等物质是造成底泥臭味的主要原因；城市河道黑臭严重影响了城市容貌、周边居民的生活和健康，因此治理河道黑臭已成为当前城市水环境改善的热点问题。
目前常用的黑臭底泥修复方法主要有底泥疏浚、人工曝气、强化絮凝及生物生态法等；底泥疏浚及人工曝气这种传统方法虽然可以在短期内取得一定的效果，但会对周围环境产生臭味干扰，对水体植物生态会产生破坏，而且人工量和能耗较大；而化学絮凝的处理方法虽然是一种经济有效的污水处理工艺,投资和运行成本低、操作简单、脱磷效果稳定高效,但是不能有效去除污水中的溶解性有机物和氨氮；相比以上的几种方法，生物生态法是一种科学环保绿色有效的修复方法。
专利（专利号CN202010861371.4）研发了一种双层底泥修复胶囊，该胶囊分为外层菌液包被层和内层吸附材料层，外层菌液包被层通过降解底泥污染物质为微生物的生长提供营养，但是由于微生物的生长受多种因素的影响以及限制，而黑臭底泥的水质往往呈酸性或呈碱性，水体的pH过大或者过小时，底泥中的氨氮、总磷的释放量往往都会增强，这些高浓度氮、磷污染物，重金属有毒物质，对传统微生物的生命活动会产生抑制作用，导致微生物降解污染物速率下降，甚至造成微生物的大量死亡，从而影响修复效果。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊及其制作方法，成本低、科学快速且生态环保的，能针对高浓度污染的城市黑臭河涌底泥的修复药剂，可短期内迅速降低底泥污染物、增加微生物对污染物的降解，增加黑臭底泥中氧气的含量，从而减少水体黑臭污染程度，高浓度氮、磷污染物，重金属等有毒物质对胶囊影响小，降解污染物速率高，修复效果好，长期对河涌生态恢复具有积极作用。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊，包括内层胶囊、中间胶囊及外层胶囊，其中
所述内层胶囊包括海藻酸钠、过氧化钙粉末、硅藻土、细砂及水；
所述中间层胶囊包括海藻酸钠、枯草芽孢杆菌液、微生物促进剂及水；
所述外层胶囊包括碳酸钠-碳酸氢钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺及水。
在本技术方案中，按质量份计，
所述内层胶囊包括海藻酸钠粉末1-2份、过氧化钙粉末6-10份、硅藻土6-10份、细砂8-12份及水75-80份；
所述中间层胶囊包括海藻酸钠1-2份、枯草芽孢杆菌液25-30份、微生物促进剂3-5份及水60-70份；
所述外层胶囊包括碳酸钠-碳酸氢钠5-8份、海藻酸钠1-5份、聚丙烯酰胺3-5份及水60-70份。
在本技术方案中，按质量份计，
所述内层胶囊包括海藻酸钠粉末1-1.5份、过氧化钙粉末6-8份、硅藻土6-8份、细砂8-10份及水75-78份；
所述中间层胶囊包括海藻酸钠1-1.5份、枯草芽孢杆菌液25-28份、微生物促进剂3-4份及水60-65份；
所述外层胶囊包括碳酸钠-碳酸氢钠5-8份、海藻酸钠1-3份、聚丙烯酰胺3-4份及水60-65份。
在本技术方案中，还包括交联试剂。
在本技术方案中，所述交联试剂是氯化钙溶液。
在本技术方案中，所述氯化钙溶液的浓度为4%-6%。
本发明还保护一种三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，制作内层胶囊；将海藻酸钠在水中彻底溶解成絮状胶体溶液，溶解冷却后缓慢加入的过氧化钙、硅藻土和细砂，并搅拌混匀形成内层絮状体，将内层絮状混合体放入交联试剂中进行交联反应10-20分钟，形成内层胶囊；
步骤二，制作中层胶囊，将海藻酸钠在水中彻底溶解，溶解冷却后加入枯草芽孢杆菌液及微生物促进剂，搅拌均匀形成中间层絮状体，将内层胶囊包裹在中间层絮状体放入交联试剂中进行交联反应15-20分钟，形成中间层胶囊；
步骤三，制作外层胶囊，将海藻酸钠在水中彻底溶解成絮状胶体溶液，待溶液冷却后缓慢加入混合后的碳酸钠-碳酸氢钠及聚丙烯酰胺，并搅拌混匀形成外层絮状体，将含有内层胶囊和中间层胶囊分别包裹在外层絮状体放入交联试剂中进行交联反应15-20分钟，形成外层胶囊；所述内层胶囊、中层胶囊及外层胶囊组成黑臭底泥生态修复胶囊。
本发明还保护一种三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊的用途，
所述的三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊在水生态修复和污染治理中的用途。
在本技术方案中，所述三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊与所述水体中的底泥的质量比为1:（20-40）。
在本技术方案中，所述水体污染治理包括降低水体中的COD、总磷量、氨氮浓度及底泥中氨氮、硫化物。
本发明与现有技术相比的优点为：该胶囊成本低、科学快速且生态环保，使用范围广，能针对高浓度污染的城市黑臭河涌底泥，可短期内迅速降低底泥污染物、增加微生物对污染物的降解，增加黑臭底泥中氧气的含量，从而减少水体黑臭污染程度，高浓度氮、磷污染物，重金属有毒物质对胶囊影响小，降解污染物速率高，修复效果好，长期对河涌生态恢复具有积极作用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明取样测试四条河涌水第一天、第三天及第七天的COD值变化折线图；
图3是本发明取样测试四条河涌水第一天、第三天及第七天的氨氮值变化折线图；
图4是本发明取样测试四条河涌水第一天、第三天及第七天的总磷值变化折线图；
图5是本发明取样测试四条河涌底泥第一天及第七天的氨氮浓度变化竖状图；
图6是本发明取样测试四条河涌底泥第一天及第七天的硫化物浓度变化竖状图。
实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
实施例
如图1至图6所示，其是一种三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊，包括内层胶囊、中间层胶囊及外层胶囊，其中按质量份计为
所述内层胶囊包括海藻酸钠粉末1份、过氧化钙粉末6份、硅藻土6份、细砂8份及水75份；
所述中间胶囊包括海藻酸钠1份、枯草芽孢杆菌液25份、微生物促进剂3份及水60份；
所述外层胶囊包括碳酸钠-碳酸氢钠5份、海藻酸钠1份、聚丙烯酰胺3份及水60份。
所述内层胶囊的过氧化钙粉末作为增氧剂使底泥无氧环境变为有氧环境，硅藻土作为吸附材料可有效吸附底泥中污染物且可以为生物生长提供载体；
中间层胶囊的海藻酸钠与氯化钙发生交联反应固定化枯草芽孢杆菌液，为枯草芽孢杆菌液生长提供了保护，减少外界复杂环境对微生物的影响，且在底泥层表面形成胶体层，抑制底泥中污染物向水体中释放，枯草芽孢杆菌可有效降解水体和底泥的污染物；
外层胶囊中包括碳酸钠-碳酸氢钠，这种缓冲溶液中加入酸时,溶液会吸收氢离子形成酸式盐（比如碳酸钠生成碳酸氢钠）,加入碱时,酸式盐会和氢氧根中和（碳酸氢钠生成碳酸钠）,避免了溶液中有大量氢氧根或者氢离子存在，这样便有了相对稳定的PH环境，保护了枯草芽孢杆菌的快速生长。
与专利（专利号CN202010861371.4）相比，本发明在高浓度氮、磷污染物，重金属有毒物质对胶囊影响小，降解污染物速率高，修复效果好，长期对河涌生态恢复具有积极作用
在本实施例中，还包括交联试剂。
在本实施例中，所述交联试剂是氯化钙溶液。
在本实施例中，所述氯化钙溶液的浓度为4%。
本发明还提供上述三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊的制作方法，其以下步骤：
步骤一，制作内层胶囊；将海藻酸钠粉末在水中彻底溶解成絮状胶体溶液，溶解冷却后缓慢加入过氧化钙粉末、硅藻土和细砂，并搅拌混匀形成内层絮状体，将内层絮状混合体放入交联试剂中进行交联反应10分钟，形成内层胶囊；
步骤二，制作中间层胶囊，将海藻酸钠在水中彻底溶解，溶解冷却后加入枯草芽孢杆菌液及微生物促进剂，搅拌均匀形成中间层絮状体，将内层胶囊包裹在中间层絮状体放入交联试剂中进行交联反应10分钟，形成中间层胶囊；
步骤三，制作外层胶囊，将海藻酸钠在水中彻底溶解成絮状胶体溶液，待溶液冷却后缓慢加入按混合后的碳酸钠-碳酸氢钠及聚丙烯酰胺，并搅拌混匀形成外层絮状体，将含有内层胶囊和中间胶囊分贝包裹在外层絮状体放入交联试剂中进行交联反应10分钟，形成外层胶囊，所述内层胶囊、中层胶囊及外层胶囊组成黑臭底泥生态修复胶囊。
本发明还保护一种三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊的用途，
所述的三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊在水生态修复和污染治理中的用途。
在本技术方案中，所述三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊与所述水体中的底泥的质量比为1:20。
在本技术方案中，所述水体污染治理包括降低水体中的COD、总磷量及底泥中氨氮、硫化物。
实施例
以上对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。
其是一种三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊，包括内层胶囊、中间胶囊及外层胶囊，其中按质量份计为
所述内层胶囊包括海藻酸钠粉末1.5份、过氧化钙粉末8份、硅藻土8份、细砂10份及水77.5份；
所述中间胶囊包括海藻酸钠1.5份、枯草芽孢杆菌液27.5份、微生物促进剂4份及水65份；
所述外层胶囊包括碳酸钠-碳酸氢钠6.5份、甘氨酸-氢氧化钠6.5份、硼砂-硼酸6.5份、海藻酸钠3份、聚丙烯酰胺4份及水65份。
所述内层胶囊的过氧化钙粉末作为增氧剂使底泥无氧环境变为有氧环境，硅藻土作为吸附材料可有效吸附底泥中污染物且可以为生物生长提供载体；
中间胶囊的海藻酸钠与氯化钙发生交联反应固定化枯草芽孢杆菌液，为枯草芽孢杆菌液生长提供了保护，减少外界复杂环境对微生物的影响，且在底泥层表面形成胶体层，抑制底泥中污染物向水体中释放，枯草芽孢杆菌可有效降解水体和底泥的污染物；
外层胶囊中包括碳酸钠-碳酸氢钠，这种缓冲溶液中加入酸时,溶液会吸收氢离子形成酸式盐（比如碳酸钠生成碳酸氢钠）,加入碱时,酸式盐会和氢氧根中和（碳酸氢钠生成碳酸钠）,避免了溶液中有大量氢氧根或者氢离子存在，这样便有了相对稳定的PH环境，保护了枯草芽孢杆菌的快速生长。
与专利（专利号CN202010861371.4）相比，本发明在高浓度氮、磷污染物，重金属有毒物质对胶囊影响小，降解污染物速率高，修复效果好，长期对河涌生态恢复具有积极作用。
在本实施例中，还包括交联试剂。
在本实施例中，所述交联试剂是氯化钙溶液。
在本实施例中，所述氯化钙溶液的浓度为5%。
本发明还提供上述三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊的制作方法，其以下步骤：
步骤一，制作内层胶囊；将海藻酸钠粉末在水中彻底溶解成絮状胶体溶液，溶解冷却后缓慢加入的过氧化钙粉末、硅藻土和细砂，并搅拌混匀形成内层絮状体，将内层絮状混合体放入交联试剂中进行交联反应17.5分钟，形成内层胶囊；
步骤二，制作中间层胶囊，将海藻酸钠在水中彻底溶解，溶解冷却后加入枯草芽孢杆菌液及微生物促进剂，搅拌均匀形成中间层絮状体，将内层胶囊包裹在中间层絮状体放入交联试剂中进行交联反应17.5分钟，形成中间层胶囊；
步骤三，制作外层胶囊，将海藻酸钠在水中彻底溶解成絮状胶体溶液，待溶液冷却后缓慢加入按混合后的碳酸钠-碳酸氢钠及聚丙烯酰胺，并搅拌混匀形成外层絮状体，将含有内层胶囊和中间层胶囊分别包裹在外层絮状体放入交联试剂中进行交联反应17.5分钟，形成外层胶囊，所述内层胶囊、中层胶囊及外层胶囊组成黑臭底泥生态修复胶囊。
本发明还保护一种三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊的用途，
所述的三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊在水生态修复和污染治理中的用途。
在本技术方案中，所述三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊与所述水体中的底泥的质量比为1:30。
在本技术方案中，所述水体污染治理包括降低水体中的COD、总磷量、氨氮浓度及底泥中氨氮、硫化物。
实施例
其是一种三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊，包括内层胶囊、中间层胶囊及外层胶囊，其中按质量份计为
所述内层胶囊包括海藻酸钠粉末2份、过氧化钙粉末10份、硅藻土10份、细砂12份及水80份；
所述中间胶囊包括海藻酸钠2份、枯草芽孢杆菌液30份、微生物促进剂5份及水70份；
所述外层胶囊包括碳酸钠-碳酸氢钠8份、海藻酸钠5份、聚丙烯酰胺5份及水70份。
中间胶囊的海藻酸钠与氯化钙发生交联反应固定化枯草芽孢杆菌液，为枯草芽孢杆菌液生长提供了保护，减少外界复杂环境对微生物的影响，且在底泥层表面形成胶体层，抑制底泥中污染物向水体中释放，枯草芽孢杆菌可有效降解水体和底泥的污染物；
外层胶囊中包括碳酸钠-碳酸氢钠、，这种缓冲溶液中加入酸时,溶液会吸收氢离子形成酸式盐（比如碳酸钠生成碳酸氢钠）,加入碱时,酸式盐会和氢氧根中和（碳酸氢钠生成碳酸钠）,避免了溶液中有大量氢氧根或者氢离子存在，这样便有了相对稳定的PH环境，保护了枯草芽孢杆菌的快速生长。
与专利（专利号CN202010861371.4）相比，本发明在高浓度氮、磷污染物，重金属有毒物质对胶囊影响小，降解污染物速率高，修复效果好，长期对河涌生态恢复具有积极作用。
在本实施例中，还包括交联试剂。
在本实施例中，所述交联试剂是氯化钙溶液。
在本实施例中，所述氯化钙溶液的浓度为6%。
所述内层胶囊的过氧化钙粉末作为增氧剂使底泥无氧环境变为有氧环境，硅藻土作为吸附材料可有效吸附底泥中污染物且可以为生物生长提供载体；
本发明还提供上述三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊的制作方法，其以下步骤：
步骤一，制作内层胶囊；将海藻酸钠粉末在水中彻底溶解成絮状胶体溶液，溶解冷却后缓慢加入过氧化钙粉末、硅藻土和细砂，并搅拌混匀形成内层絮状体，将内层絮状混合体放入氯化钙溶液中进行交联反应20分钟，形成内层胶囊；
步骤二，制作中间层胶囊，将海藻酸钠在水中彻底溶解，溶解冷却后加入枯草芽孢杆菌液及微生物促进剂，搅拌均匀形成中间层絮状体，将内层胶囊包裹在中间层絮状体放入氯化钙溶液中进行交联反应20分钟，形成中间层胶囊；
步骤三，制作外层胶囊，将海藻酸钠在水中彻底溶解成絮状胶体溶液，待溶液冷却后缓慢加入按混合后的碳酸钠-碳酸氢钠及聚丙烯酰胺，并搅拌混匀形成外层絮状体，将含有内层胶囊和中间层胶囊分别包裹在外层絮状体放入氯化钙中进行交联反应20分钟，形成外层胶囊，所述内层胶囊、中层胶囊及外层胶囊组成黑臭底泥生态修复胶囊。
本发明还保护一种三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊的用途，
所述的三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊在水生态修复和污染治理中的用途。
在本技术方案中，所述三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊与所述水体中的底泥的质量比为1:40。
在本技术方案中，所述水体污染治理包括降低水体中的COD、总磷量、氨氮浓度及底泥中氨氮、硫化物。
本发明取样测试
分别从4条河涌的样本中分别取300g底泥，清除取得的底泥中所有碎石、树枝等垃圾后混匀待用，之后均匀分置于玻璃缸中，每缸底泥厚度10cm，并注入20cm深的同一河涌中的水体污。底泥与胶囊的质量比为40:1，投放本发明胶囊于底泥中，并搅拌均匀，设置4组实验，设置方案如表1所示。
表1 实验分组及黑臭底泥不同处理方式
数据监测与处理
每2天对玻璃缸上层水体（5cm处）进行采样，检测指标有CODMn、NH3-N、TP，每组指标平行检测取平均值。每7天对玻璃缸下层底泥（10cm处）进行采样，检测指标有总氮、总磷、有机质，实验周期为7天。
结果如图2-4所示，本发明的新型生态黑臭底泥修复胶囊反应3天后，四条河涌的各项污染物浓度均降低了至少40%，氨氮浓度平均下降50%。使用本发明胶囊放入底泥7天后污染物浓度各项水质指标均能达到国家标准下的V类水水平。
本发明胶囊与所述水体中的底泥的质量比为1:（20-40）。
以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊的制备方法，其特征在于所述三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊包括内层胶囊、中间胶囊及外层胶囊，其中
所述内层胶囊包括海藻酸钠、过氧化钙粉末、硅藻土、细砂及水；
所述中间层胶囊包括海藻酸钠、枯草芽孢杆菌液、微生物促进剂及水；
所述外层胶囊包括碳酸钠-碳酸氢钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺及水；
还包括交联试剂，所述交联试剂是氯化钙溶液，所述氯化钙溶液的浓度为4%-6%；
所述三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊的制备方法是：
步骤一：制作内层胶囊；将海藻酸钠粉末在水中彻底溶解成絮状胶体溶液，溶解冷却后缓慢加入的过氧化钙粉末、硅藻土和细砂，并搅拌混匀形成内层絮状体，将内层絮状混合体放入交联试剂中进行交联反应15-20分钟，形成内层胶囊；
步骤二：制作中间胶囊，将海藻酸钠在水中彻底溶解，溶解冷却后加入枯草芽孢杆菌液及微生物促进剂，搅拌均匀形成中间层絮状体，将内层胶囊包裹在中间层絮状体放入交联试剂中进行交联反应15-20分钟，形成中间胶囊；
步骤三：制作外层胶囊，将海藻酸钠在水中彻底溶解成絮状胶体溶液，待溶液冷却后缓慢加入按混合后的碳酸钠-碳酸氢钠及聚丙烯酰胺，并搅拌混匀形成外层絮状体，将含有内层胶囊和中间层胶囊分别包裹在外层絮状体放入交联试剂中进行交联反应15-20分钟，形成外层胶囊，所述内层胶囊、中层胶囊及外层胶囊组成黑臭底泥生态修复胶囊。
2.根据权利要求1所述的三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊的制备方法，其特征在于，按质量份计，
所述内层胶囊包括海藻酸钠1-2份、过氧化钙粉末6-10份、硅藻土6-10份、细砂8-12份及水75-80份；
所述中间层胶囊包括海藻酸钠1-2份、枯草芽孢杆菌液25-30份、微生物促进剂3-5份及水60-70份；
所述外层胶囊包括碳酸钠-碳酸氢钠5-8份、海藻酸钠1-5份、聚丙烯酰胺3-5份及水60-70份。
3.根据权利要求1方法制备的得到三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊在水体污染治理中的用途。
4.根据权利要求3所述的三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊在水体污染治理中的用途，其特征在于所述三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊与所述水体中的底泥的质量比为1:（20-40）。
5.根据权利要求3所述的三层结构的黑臭底泥生态修复胶囊在水体污染治理中的用途，其特征在于所述水体污染治理包括降低水体中的COD、总磷量、氨氮浓度及底泥中氨氮、硫化物。
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