CN114262128A - 利用胶囊包埋微生物与复合功能性矿物联合治理黑臭内河 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用胶囊包埋微生物与复合功能性矿物联合治理黑臭内河的方法，在水体底部淤泥上铺设一层复合功能性矿物，在复合功能性矿物上投加胶囊包埋微生物，再在胶囊上覆盖一层净水复合功能性矿物。本发明以复合功能性矿物为载体，将微生物以胶囊形式固定在复合功能性矿物中，解决了微生物在黑臭水体治理中固定化的问题，提高微生物净化效率，通过复合功能性矿物与胶囊包埋微生物协同作用，降低水中氮磷及金属盐浓度，且原位固化无需清淤，达到长期净化水体的效果。
Description
技术领域
本发明属于污水生态修复领域，具体涉及一种利用胶囊包埋微生物与复合功能性矿物联合治理黑臭内河的方法。
背景技术
黑臭内河会影响河道水质和底质的物理、化学性质以及生物群落组成，降低水体的使用价值和功能。黑臭内河主要含有过剩的营养元素如：氮、磷、钾、钙等，营养元素过剩会导致水体富营养化，水中滋生大量微生物，这些微生物会与水中动植物竞争氧气，导致水中溶解氧下降水质恶化，由于缺乏溶解氧，微生物在厌氧的条件下分解产生大量腐殖质并释放出氨气使水体黑臭。同时，黑臭水体中还存在大量的重金属离子，重金属离子在环境中有难降解、易扩散和生物累积效应，对水体中的动植物有毒害作用，重金属沉积在河流底泥中还存在迁移和二次释放的风险，影响下游水体环境，进而造成水体中的溶解氧下降，动植物数量衰减，厌氧微生物大量繁殖，河流功能退化。
目前治理黑臭内河的常用方法是物理方法、化学方法、生物修复方法、曝气复氧法等。其中物理方法是通过引水换水用“以清释污”方法对污染水体进行稀释，可以使水体黑臭关键性水质指标总磷和有机物污染指标、高锰酸盐指数浓度等有所下降。或者通过“清淤挖泥”减少积存湖内的大量有机碳、氮、磷等营养物质，增大湖的蓄水量，是减少内源性污染、减轻水体黑臭的有效途径和措施。但“以清释污”对于蓄水量较大的水域，补水量太小起不8到净化效果，而提高补水量又造成水资源的大量浪费，费用高昂，尤其对于富营养化严重的湖泊，不是一个长久之计。“清淤污泥”可能会破坏湖泊原有的生物种群结构和生境，削弱其自净功能，对生态修复带来不利影响。化学方法是通过投加化学絮凝处理技术去除水层污染物以达到改善水质的技术，但是由于化学絮凝处理的效果容易受水体环境变化的影响，且必须顾及化学药物对水生生物的毒性及生态系统的二次污染，这种技术的应用有很大的局限性。生物修复方法是利用微生物代谢降解高浓度有机污染物，例如中国专利201710427345.9公开的一种用于黑臭水体治理的复合微生物菌剂，包括假单胞菌、巨大芽孢杆菌、粪产碱杆菌、短小芽孢杆菌和嗜热脂肪土芽孢杆菌。曝气复氧法是利用进入水体的溶解氧与黑臭物质(H2S，FeS等还原物质)之间发生氧化还原反应，对于长期处于缺氧状态的黑臭河流，要使水生态系统恢复到正常状态一般需要一个长期的过程，水体曝气复氧有助于加快这一过程。
本发明创新性的采用多种方法联合治理黑臭水体，具体的，是利用胶囊包埋微生物与复合功能性矿物联合治理黑臭内河以解决水体黑臭及返淤问题，改善河道生态环境。
发明内容
本发明的目的在于提供利用胶囊包埋微生物与复合功能性矿物联合治理黑臭内河的方法。
利用胶囊包埋微生物与复合功能性矿物联合治理黑臭内河，包括如下步骤：
步骤1：首先在排污口处安装污水净化装置，阻断外源性污染物，通过人工或机械打捞的方式清除水中的固体污染物；
步骤2：对河道进行截流露出河底淤泥，在水体底部淤泥上铺设一层复合功能性矿物，在复合功能性矿物上投加胶囊包埋微生物，再在胶囊包埋微生物上覆盖一层复合功能性矿物，将胶囊包埋微生物固定在复合功能性矿物中层，经2-5天曝晒后，将河水引流回河道内；
步骤3：在河道内设置多组曝气装置，于河道中加设生态浮岛。
进一步地，步骤2中所述胶囊包埋微生物的制备方法为：
1)利用喷雾干燥技术将功能性微生物与麦饭石粉均匀混合，得到功能性微生物菌粉；
2)运用胶囊板将功能性微生物菌粉封装于胶囊中，选用加厚明胶缓释胶囊作为菌粉保护外壳，得到所述胶囊包埋微生物；
进一步地，所述功能性微生物与麦饭石粉的组成质量比为2:1。
进一步地，所述的功能性微生物是土著功能菌、解磷菌、光合细菌、硝化细菌中的一种或者多种。
进一步地，所述的土著功能菌是利用宏基因组技术测序分析目标河道泥水中微生物群落多样性，并筛选出具有净水功效的优势土著功能菌。
进一步地，所述功能性微生物为：赤红球菌、巨大芽孢杆菌、门萨假单胞杆菌、产气肠杆菌、食树脂假单胞杆菌
进一步地，所述的麦饭石为粒径800目的粉末状麦饭石，麦饭石粉可以起到保护菌粉、增加胶囊强度和增加胶囊重量防止胶囊漂浮的作用。
进一步地，步骤2中所述的复合功能性矿物为专利申请号为CN202111152846.3所记载的复合功能性矿物，其组成为：粗骨料400份，麦饭石125份，钢渣40份，硅酸盐水泥80份，抑碱剂10份，减水剂0.19份，硅灰15份，水95份。
7.进一步地，所述粗骨料为粒径10mm的中华麦饭石，所述麦饭石为福建省产的风化麦饭石，粒径为100目，所述抑碱剂为酸性抑碱剂，主要成分为不定形高活性氧化硅且材料pH为酸性，所述硅灰为高活性二氧化硅，所述减水剂是液体聚羧酸
进一步地，步骤2中所述复合功能性矿物的投加量为河道水体深度的3％～6％。
进一步地，所述的复合功能性矿物具有上下联通的特点，多孔孔隙结构能吸附水中污染物，并为微生物提供生存附着空间。
本发明还涉及一种复合功能性矿物，其组成为：粗骨料400份，麦饭石125份，钢渣40份，硅酸盐水泥80份，抑碱剂10份，减水剂0.19份，硅灰15份，水95份；
进一步地，所述粗骨料为粒径10mm的中华麦饭石，所述麦饭石为福建省产的风化麦饭石，粒径为100目，所述抑碱剂为酸性抑碱剂，主要成分为不定形高活性氧化硅且材料pH为酸性，所述硅灰为高活性二氧化硅，所述减水剂是液体聚羧酸。
本发明还涉及一种组合物，包含胶囊包埋微生物和复合功能性矿物，其特征在于：
所述胶囊包埋微生物的制备方法为：
1)利用喷雾干燥技术将功能性微生物与麦饭石粉均匀混合，得到功能性微生物菌粉；
2)运用胶囊板将功能性微生物菌粉封装于胶囊中，选用加厚明胶缓释胶囊作为菌粉保护外壳，得到所述胶囊包埋微生物；
优选地，所述功能性微生物与麦饭石粉的组成质量比为2:1；
所述复合功能性矿物复合功能性矿物为专利申请号为CN202111152846.3所记载的复合功能性矿物，其组成为：粗骨料400份，麦饭石125份，钢渣40份，硅酸盐水泥80份，抑碱剂10份，减水剂0.19份，硅灰15份，水95份。
进一步地，所述粗骨料为粒径10mm的中华麦饭石，所述麦饭石为福建省产的风化麦饭石，粒径为100目，所述抑碱剂为酸性抑碱剂，主要成分为不定形高活性氧化硅且材料pH为酸性，所述硅灰为高活性二氧化硅，所述减水剂是液体聚羧酸。
本发明技术效果和优点：利用胶囊包埋微生物与复合功能性矿物联合治理黑臭内河：
1、本发明以复合功能性矿物为载体，将微生物以胶囊形式固定在复合功能性矿物中，解决了微生物在黑臭水体治理中固定化的问题，且复合功能性矿物具有多孔结构可以为微生物提供附着点位，提高微生物在水体中的水里停留时间，胶囊包埋微生物技术可延缓微生物在水中释放的时间，提高微生物净化效率。
2、本方法通过复合功能性矿物与胶囊包埋微生物协同作用，降低水中氮磷及金属盐浓度，达到长期净化水体的效果。
3、本发明主要应用于黑臭水体治理，可快速改善黑臭水体水质指标，原位固化无需清淤，有效阻止河底淤泥。
附图说明
以下结合附图对本发明做进一步详细描述。
附图1是本发明实施例1所述的胶囊包埋微生物。
附图2是本发明实施例3中胶囊包埋微生物在复合功能性矿物中的情况。
附图3是本发明实施例5中胶囊中的微生物在含有胶囊包埋微生物的复合功能性矿物中的释放过程。
附图4是本发明实施例8河段治理前水域情况。
附图5是本发明实施例8河段治理后水域状况情况。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
实施例1：胶囊包埋微生物的制备
1)利用喷雾干燥技术将功能性微生物与麦饭石粉均匀混合制成功能性微生物菌粉，功能性微生物与麦饭石的组成质量比为2:1。
具体地，麦饭石为福建省所产的风化麦饭石，粒径为800目。
具体地，功能性微生物为赤红球菌、巨大芽孢杆菌、门萨假单胞杆菌、产气肠杆菌、食树脂假单胞杆菌中的混合菌。
2)运用胶囊板将功能性微生物菌粉封装于胶囊中，选用加厚明胶缓释胶囊作为菌粉保护外壳，即可制得胶囊包埋微生物，见附图1。
实施例2：复合功能性矿物试块的制备
复合功能性矿物为专利申请号为CN202111152846.3中所记载的复合功能性矿物，以引用的方式将所述专利全部引用至该专利中，其包括以下重量份数的组分：粗骨料400份，麦饭石125份，钢渣40份，硅酸盐水泥80份，抑碱剂10份液体聚羧酸，减水剂0.19份，硅灰15份，水95份。所述麦饭石为福建省产的风化麦饭石，粒径为100目，所述抑碱剂为酸性抑碱剂，主要成分为不定形高活性氧化硅且材料pH为酸性，所述硅灰为高活性二氧化硅，所述减水剂是液体聚羧酸。
所述的一种复合功能性矿物由以下方法制备获得：
步骤1：按所述重量份数的组分准备原料：粗骨料，麦饭石，钢渣，水泥，抑碱剂，减水剂，硅灰，水；
步骤2：将麦饭石、钢渣、水泥、抑碱剂、减水剂和硅灰按上述比例放入搅拌机中加入一半的水高速搅拌3分钟后，将粗骨料缓缓加入并进行混合，再将剩余的水加入搅拌机中，并用搅拌机充分搅拌2分钟，得到混合物A；
步骤3：将步骤2中制得的混合物A浇铸于70.7cm*70.7cm*70.7cm模具中，经过2-5天静置成型后脱模，即可制得复合功能性矿物试块。
实施例3：含有胶囊包埋微生物的复合功能性矿物试块
将实施例2中步骤2中制得的混合物A一部分浇铸于70.7mm*70.7mm*70.7mm模具中，浇铸到模具一半高度，约35mm后，将实施例1中制得的胶囊包埋微生物胶囊投入模具中，再将剩余混合物A倒入模具中，经过2-5天静置成型后脱模，即可制得含有胶囊包埋微生物的复合功能性矿物试块，见附图2。
实施例4：对黑臭水体的治理效果对比
将实施例1—实施例3制得的胶囊包埋微生物、复合功能性矿物试块以及含有胶囊包埋微生物的复合功能性矿物试块分别同时投入等体积黑臭水体中，测定水质指标变化情况。
表1：
由表1可知，本发明提供的利用胶囊包埋微生物与复合功能性矿物联合治理黑臭内河的方法对水中总氮的去除率为88.8％，总磷去除率为94.1％，氨氮去除率为92.8％，远高于单独使用胶囊包埋微生物或单独使用复合功能性矿物。
实施例5：含有胶囊包埋微生物的复合功能性矿物中微生物的释放1
1)利用喷雾干燥技术将功能性微生物与麦饭石均匀混合制成功能微生物菌粉，功能性微生物与麦饭石的组成质量比为4:1。
2)运用胶囊板将功能性微生物菌粉和燃料结晶紫封装于胶囊中，选用加厚明胶缓释胶囊作为菌粉保护外壳，即可制得胶囊包埋微生物。
3)将实施例2中步骤2中制得的混合物A一部分浇铸于70.7cm*70.7cm*70.7cm模具中，浇铸到模具中层位置后，将胶囊投入混合物中，再将剩余混合物倒入模具中，经过2-5天静置成型后脱模，即可制得含有染料结晶紫的胶囊包埋微生物复合功能性矿物试块。
4)将规模为70.7cm*70.7cm*70.7cm的含有染料结晶紫的胶囊包埋微生物复合功能性矿物试块浸没于蒸馏水中，观察胶囊遇水后微生物在试块中缓慢释放的过程，具体见附图3，可见，试块浸没于水中24h左右的时间，胶囊在开始释放包埋在里面的微生物，并持续到120h后微生物释放完毕。
实施例6：含有胶囊包埋微生物的复合功能性矿物中微生物的释放2
将实施例3制得的含有胶囊包埋微生物的复合功能性矿物试块浸没于无菌水中，通过稀释涂布计数探究复合功能性矿物试块中的胶囊遇水后微生物释放附着情况，结果表明胶囊中的微生物遇水释放后大量附着在试块表面，少量释放到水中，试块表面微生物数量约为3x106CFU/g，水体微生物数量约为4.3x104CFU/ml。
实施例7：胶囊包埋微生物和复合功能性矿物对河底淤泥的阻隔率
从黑臭河段取0-20cm的表层底泥，将其铺于玻璃箱底，将实施例2步骤2中制得的复合功能性矿物混合物A一部分覆盖在底泥上，覆盖厚度为5cm，在将实施例1中制得的胶囊包埋微生物投加在复合功能性矿物上，微生物胶囊投加量为500g，再在胶囊上覆盖一层复合功能性矿物混合物A，复合功能性矿物材料厚度为5cm，自然晾干3天后注入蒸馏水，检测材料对河底淤泥的阻隔率，如表2所示，含有胶囊包埋微生物的复合功能性矿物对河底淤泥总氮、总磷、氨氮的阻隔率达到80％以上。
表2：
| 底泥阻隔率(％) | |
| 总磷 | 85％ |
| 总氮 | 95％ |
| 氨氮 | 80％ |
实施例8：利用胶囊包埋微生物和复合功能性矿物联合治理城郊黑臭内河
黑臭河道水域面积为14000平方米，水量约30000立方米，河水主要污染源为附近村民的生活污水排放，水面布满水葫芦等水生植物，水体明显黑臭，溶解氧含量较低，水体透明度较低。
步骤1：首先在排污口处安装一体化污水处理设备，阻断外源性污染物，通过人工或机械打捞的方式清除水中的固体污染物及水葫芦等水生植物；
步骤2：对河道进行截流露出河底淤泥，在水体底部淤泥上铺设一层实施例2步骤2中所述的复合功能性矿物混合物A，铺设厚度为5cm，在复合功能性矿物上投加实施例1所述的胶囊包埋微生物，微生物胶囊投加量为500kg，再在胶囊包埋微生物上覆盖一层实施例2步骤2所述的复合功能性矿物混合物A，铺设厚度为5cm，曝晒2-5天后，将河水引流；
步骤3：在河道水面安装人工生态浮岛，种植水生植物；
步骤4：安装喷泉曝气机，增加水体溶解氧，增强水体自净能力。
在本实施例中利用胶囊包埋微生物与复合功能性矿物联合治理黑臭内河的方法中，第4个月时，水体水质的各项指标均接近地表水V类水质指标(GB3838-2002)，其中总磷、总氮、氨氮的去除率为94.6％、89.8％、96.7％，治理水域水质明显改善，河道景观优化提升，黑臭状况消失，水体生态系统恢复正常，水系中能明显看到鱼群游动(见附图4、5，附图4为治理前水体情况，附图5为治理后水体情况)。
本发明中未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.利用胶囊包埋微生物与复合功能性矿物联合治理黑臭内河，其特征在于包括如下步骤：
在水体底部淤泥上铺设一层复合功能性矿物，在复合功能性矿物上投加胶囊包埋微生物，再在胶囊上覆盖一层复合功能性矿物。
2.如权利要求1所述的利用胶囊包埋微生物与复合功能性矿物联合治理黑臭内河，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：在排污口处安装污水净化装置，阻断外源性污染物，通过人工或机械打捞的方式清除水中的固体污染物；
步骤2：对河道进行截流露出河底淤泥，在水体底部淤泥上铺设一层复合功能性矿物，在复合功能性矿物上投加胶囊包埋微生物，再在胶囊上覆盖一层复合功能性矿物，曝晒2-5天后，将河水引流回河道内；
步骤3：在河道内设置多组曝气装置，于河道中加设生态浮岛。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
步骤2中所述胶囊包埋微生物的制备方法为：
1)利用喷雾干燥技术将功能性微生物与麦饭石粉均匀混合，得到功能性微生物菌粉；
2)运用胶囊板将功能性微生物菌粉封装于胶囊中，选用加厚明胶缓释胶囊作为菌粉保护外壳，得到所述胶囊包埋微生物；
优选地，所述功能性微生物与麦饭石粉的组成质量比为2:1。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：功能性微生物是土著功能菌、解磷菌、光合细菌、硝化细菌中的一种或者多种；麦饭石为粒径800目的粉末状麦饭石；
优选地，功能性微生物为：赤红球菌、巨大芽孢杆菌、门萨假单胞杆菌、产气肠杆菌、食树脂假单胞杆菌。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的土著功能菌是利用宏基因组技术测序分析目标河道泥水中微生物群落多样性，并筛选出具有净水功效的优势土著功能菌。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述的复合功能性矿物的投加量为河道水体深度的3％～6％。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述复合功能性矿物的组成为：粗骨料400份，麦饭石125份，钢渣40份，硅酸盐水泥80份，抑碱剂10份，减水剂0.19份，硅灰15份，水95份；
所述复合功能性矿物制备方法为：
步骤1：按所述重量份数的组分准备原料：粗骨料，麦饭石，钢渣，水泥，抑碱剂，减水剂，硅灰，水；
步骤2：将麦饭石、钢渣、水泥、抑碱剂、减水剂和硅灰按上述比例放入搅拌机中加入一半的水高速搅拌3分钟后，将粗骨料缓缓加入并进行混合，再将剩余的水加入搅拌机中，并用搅拌机充分搅拌2分钟，得到复合功能性矿物。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述粗骨料为粒径10mm的中华麦饭石，所述麦饭石为福建省产的风化麦饭石，粒径为100目，
所述抑碱剂为酸性抑碱剂，主要成分为不定形高活性氧化硅且材料pH
为酸性，所述硅灰为高活性二氧化硅，所述减水剂是液体聚羧酸。
9.一种组合物，包含胶囊包埋微生物和复合功能性矿物，其特征在于：
所述胶囊包埋微生物的制备方法为：
1)利用喷雾干燥技术将功能性微生物与麦饭石粉均匀混合，得到功能性微生物菌粉；
2)运用胶囊板将功能性微生物菌粉封装于胶囊中，选用加厚明胶缓释胶囊作为菌粉保护外壳，得到所述胶囊包埋微生物；
优选地，所述功能性微生物与麦饭石粉的组成质量比为2:1；
所述复合功能性矿物为权利要求8中所述的复合功能性矿物。
10.权利要求9中所述组合物在治理黑臭水体中的应用。
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