CN115244012A - 处理水、沉积物和/或淤泥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用碱土金属过氧化物特别是过氧化钙，和电缆细菌，处理水、沉积物和/或淤泥的方法，涉及一种试剂盒，其包含组合物和电缆细菌，该组合物包含至少一种碱土金属过氧化物，以及涉及包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合的用途。

Description

处理水、沉积物和/或淤泥的方法
技术领域
本发明涉及使用碱土金属过氧化物特别是过氧化钙，和电缆细菌，处理水、沉积物和/或淤泥的方法，涉及一种试剂盒，其包含组合物和电缆细菌，该组合物包含至少一种碱土金属过氧化物，以及涉及包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物的用途，特别是与电缆细菌结合的用途。
背景技术
在湖泊和水体中，高磷污染(富营养化)的后果是加速形成由颗粒有机物(POM)(例如死亡的藻类和未完全矿化的植物部分)组成的淤泥。
有机物的积聚导致严重的耗氧。直到沉积物层的上边缘，上覆的水也已经没有氧气。在沉积物的下层，有机物被厌氧矿化，其他无机和氧化的底物作为电子受体。根据竞争原理，能够利用具有最高氧化还原电位的电子受体的微生物占优势。在这些情况下，所发生的是按硝酸盐、氧化锰(IV)、氧化铁(III)和硫酸盐的顺序依次还原。在没有这些底物的情况下，有机物通过产乙酸和产甲烷进行降解。
沉积物上边缘上方已经没有氧气的水层实际上屏蔽了能够利用氧气的微生物。这不自然地缩短了物质的循环。水体矿化的缩短是富营养化“恶性循环”的一部分。
由于淤泥的不断积聚，水体中的水量减少，不仅栖息地依据自然规律变小，而且由于化学/物理后果，鱼类、大型底栖动物和浮游生物的栖息地也减少了。物种数量减少，生物密度也减少。此外，沉积物中形成的硫化物具有植物毒性，这意味着水生植物也不再能够发育。
水体中淤泥的积聚是全球性的问题，并且导致各种使用限制以及增加了水体沉积物中有害气候的甲烷的释放。
由于这些富营养化的发生和后果，湖泊和水体可能被破坏，因此有必要对其进行处理。
例如，EP 1080042 A1公开了使用过氧化钙(CaO2)处理淤泥。它特别描述了o-磷酸盐与重金属的结合以及细菌酶活性的增加。
过氧化钙的优点之一是水解可以持续约7-8周，在此期间，分子氧被均匀地释放到环境中，可供异养菌原位降解有机物。
由此可转化的有机质量与释放的氧气的质量成定量比。鉴于氧气的可用性可以从过氧化钙的质量(等式1)中计算出来，“平均生物量组成”[Uhlmann&Horn 2001]的矿化所需的氧气也可以根据等式2确定。
CaO2+2H2O→2Ca(OH)2+O2 (等式1)
C106H180O45N16P+118.5O2→106CO2+66H2O+16NH3+PO4 3-+能量 (等式2)
因此，每克有机物的矿化需要1.56克氧气。为了将含有例如0.045g/cm3的干残渣的淤泥的1％的干残渣氧化至1cm的深度，每平方米需要7.0g的氧气。这需要每平方米施用49g纯过氧化钙。
在水体含有大量淤泥的情况下，例如有机部分占干物质的10％到40％之间，因此必须使用相当大的施用量。
此外，在淤泥的厚度高的情况下，通常使用喷枪将过氧化钙作为悬浮液施加到沉积物中，以便在层内实现效果。
由于过氧化钙不溶于水，而且良好的分布要求每平方米表面至少注射一次，因此在沉积物表面较大的情况下，这需要付出巨大的努力。
已经发现向CaO2中添加异养微生物是有益的，以允许在8周的短期活性内快速利用释放的氧气。这些微生物直接在CaO2和沉积物之间的界面处活跃。这意味着形成了活性表面，在没有任何注入的应用的情况下，该活性表面受到CaO2层的上限。释放的氧气也被释放到水体中，因为可以在这个方向上自由扩散。
因此，需要改进处理具有高淤泥含量和/或低氧甚至缺氧区域的水体、沉积物和淤泥的方法。
令人惊讶地发现，如果应用的设计方式使得形成一种环境，在该环境中建立所谓的电缆细菌，则可以显著提高CaO2应用的有效性。
发明内容
在第一方面，本发明提供了一种方法，用于处理水，例如静水和流水以及废水；沉积物和/或淤泥，尤其是水体中的沉积物和/或淤泥，包括：
(a)将包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物引入和/或施加到水、沉积物和/或淤泥中；和
(b)将电缆细菌引入水、沉积物和/或淤泥中。
在第二方面，公开了一种用于处理水、沉积物和/或淤泥，尤其是水体中的沉积物和/或淤泥的方法，包括：
(i)检测水、沉积物和/或淤泥中是否存在电缆细菌；和
(ii-a)将包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物引入和/或施加到水、沉积物和/或淤泥中，并且
如果在水、沉积物和/或淤泥的检测过程中没有或基本上没有发现电缆细菌，则将电缆细菌引入水、沉积物和/或淤泥中；或者
(ii-b)如果在水、沉积物和/或淤泥的检测过程中发现电缆细菌，则将包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物引入和/或施加到水、沉积物和/或淤泥中。
在某些具有低密度电缆细菌(例如<101细胞/平方厘米)的实施方案中，可以首先施用小剂量的过氧化钙，以便在进行第二次施用之前，例如最早2个月后，进行原位初步培养。
本发明还提供了一种试剂盒，其包含组合物和电缆细菌，该组合物包含至少一种碱土金属过氧化物，还提供了包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在处理水、沉积物和/或淤泥，尤其是水体中的沉积物和/或淤泥中的用途。
还公开了包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在促进水生植物发育中的用途，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在水体修复中的用途，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在淤泥降解和水库容量恢复中的用途，以及包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在对沉积物和/或淤泥中的生物群落进行解毒中的用途，还公开了碱土金属过氧化物，尤其是过氧化钙，或包含碱土金属过氧化物，尤其是过氧化钙的混合物，作为固体电子受体用于临时建立包括电缆细菌的沉积物生物群落，例如发生在未受干扰的水体中的用途。
从进一步的从属权利要求和参考附图的描述中，有利的实施方案和发展将变得显而易见。
附图说明
附图旨在提供对本发明实施方案的进一步理解。附图示出了实施方案，并与说明书一起用于解释本发明的原理和概念。参考附图，其他实施方案和许多已指出的优点将变得显而易见。附图的元件不一定按照彼此之间的真实比例示出。
在附图中，除非另有说明，否则相同的、功能相同的和作用相同的元件、特征和部件都具有相同的附图标记。
图1示意性示出了根据第一方面的根据本发明的示例性方法。
图2示意性示出了根据第二方面的根据本发明的示例性方法。
具体实施方式
定义
首先，在本专利申请的上下文中，以下术语应理解如下:
除非另有定义，否则本文使用的技术和科学表达与本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
电缆细菌是多细胞细菌，它们以链的形式连接在一起，从而形成电缆形式的长聚集体，允许电子在厘米距离内传输。电缆细菌属于Δ-变形菌(deltaproteobacterial)家族脱硫棒菌科(Desulfobulbaceae)，已知其包含硫酸盐还原或硫歧化物种。基于电缆细菌的16S rRNA，电缆细菌目前形成两个属，“Candidatus Electrothrix”和“CandidatusElectrothrix”。电缆细菌在沉积物深处有“阳极端”，在与电子受体的相界处有“阴极端”，它们可以桥接低氧区，并在缺氧区将例如硫化物氧化成硫酸盐。例如，在“阴极端”(作为阴极)，氧气被还原，这导致那里的pH值升高。在本文中，电缆细菌允许长距离的电子传输。值得注意的是，这些电缆细菌通常不够稳定，无法从沉积物表面生长出来以接触到溶解在水中的氧气。因此，电缆细菌不能在富营养化水体的强还原性沉积物中起作用。由于电缆细菌的电子传输，它们在空间上桥接了出现的底物和电子受体。这意味着它们明显优于其他只能在氧化还原电位的边界层直接代谢的生物体。
因此，由于富营养化，电缆细菌不能在含有累积淤泥的水体中自然“起作用”，因为那里的氧气作为电子受体不会进入上层沉积物层。在过氧化钙的帮助下，这些通常天然的有机体可以消除已知的竞争原理，该原理基于特定电子受体的最高氧化还原电位；电缆细菌直接与任何可获得的最高氧化还原电位连接，从而避免微生物与限于相界处/相界内代谢的微生物竞争。
硫化物的氧化消除了其植物毒性作用，从而使水下水生植物能够定居和生长。水体中大型植物植被的丧失是富营养化的已知且不受欢迎的后果。
电缆细菌的另一个优点是它们是可移动的并且可以自我定向，例如在淤泥和/或沉积物中甚至在颗粒上，以便能够在不同的环境中进行氧化还原反应。
电缆细菌例如在K.U.Kjeldsen等人的《关于电缆细菌的进化和生理学》(“On theevolution and physiology of cable bacteria”)，PNAS，2019，www.pnas.org/cgi/doifl073/pnas.1903514116中有所描述，并且关于电缆细菌可参考该文章，该文章关于电缆细菌的内容通过引用并入本文中。
在本发明的上下文中，水被理解为意指所有的水或水体，例如池塘、湖泊、河流、水库、沿海水域、峡湾、咸水湖、海湾、海水、鱼类和其它海洋动物的繁殖站、农业或饮用水水库的水库系统和含水层中的水，上述水也可能含有土壤、沉积物和/或淤泥以及沉淀物和悬浮物。在本发明的上下文中，沉积物被理解为意指存在于水中，例如池塘、湖泊和河流中的固体。例如，淤泥可以来自污水处理厂、废水过滤器等，和/或存在于水底。优选的水是含有沉积物和/或淤泥沉淀物的淡水，例如池塘、湖泊等，其具有低氧和/或缺氧区并且可以迅速被破坏，但是可以用本方法进行有效处理。
除非另有说明或从上下文中显而易见，否则本发明上下文中的指定量基于重量％。
在第一方面，本发明提供了一种方法，用于处理水，例如静水和流水以及废水；沉积物和/或淤泥，尤其是水体中的沉积物和/或淤泥，包括：
(a)将包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物引入和/或施加到水、沉积物和/或淤泥中；和
(b)将电缆细菌引入水、沉积物和/或淤泥中。
在第二方面，本发明涉及一种用于处理水、沉积物和/或淤泥，尤其是水体中的沉积物和/或淤泥的方法，包括：
(i)检测水、沉积物和/或淤泥中是否存在电缆细菌；和
(ii-a)将包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物引入和/或施加到水、沉积物和/或淤泥中，并且
如果在水、沉积物和/或淤泥的检测过程中没有或基本上没有发现电缆细菌，则将电缆细菌引入水、沉积物和/或淤泥中；或者
(ii-b)如果在水、沉积物和/或淤泥的检测过程中发现电缆细菌，则将包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物引入和/或施加到水、沉积物和/或淤泥中。
在第二方面的方法中，在某些具有低密度电缆细菌(例如<101细胞/平方厘米或<100细胞/平方米)的实施方案中，可以首先施用小剂量的过氧化钙，以便在进行第二次施用之前，例如最早2个月、3个月或4个月之后，进行原位初步培养。
在第一方面的方法和第二方面的方法中，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物和电缆细菌是相同的。
电缆细菌的引入不受任何特定限制。例如，它们可以作为以水作为溶剂的悬浮液引入。由于电缆细菌能够非常有效地繁殖，特别是在足够的底物条件下(O2/S2-)，有效接种所需的浓度不是很高；例如，使用102至105细胞/毫升，几升相关的初步培养物，例如2、3、4、5、6、7、8、9或10升或更高，已经足够用于1公顷的水面。较高的起始浓度或量会缩短建立时间。电缆细菌同样不受任何特定限制，并且可以例如针对水体的类型进行定制。例如，它们可以由初步培养物提供，该初步培养物可以在实验室或田间、在水体的部分区域或整个区域进行培养。
在第一方面的方法中，步骤(a)和(b)可以彼此独立或同时进行，并且步骤(a)可以在步骤(b)之前或之后进行。然而，在某些实施方案中，引入电缆细菌的步骤(b)在步骤(a)之前进行，使得电缆细菌可以立即开始利用由至少一种碱土金属过氧化物(特别是过氧化钙)和/或由此提供的其它电子受体(例如碱土金属过氧化物本身，例如过氧化钙)释放的氧。在本文中，步骤(b)和(a)之间的时间间隔不受任何特别的限制，但是可以是例如至多一周，优选至多3天、2天、1天或更少，例如12小时或更少或8小时或更少。在某些实施方案中，步骤(a)在步骤(b)之前进行，使得从至少一种碱土金属过氧化物(特别是过氧化钙)和/或由此提供的其它电子受体(例如碱土金属过氧化物本身，例如过氧化钙)释放的氧已经可用于电缆细菌。在本文中，步骤(a)和(b)之间的时间间隔不受任何特别的限制，但是可以是例如至多一周，优选至多3天、2天、1天或更少，例如12小时或更少或8小时或更少。
电缆细菌更喜欢pH中性的环境。由于在施加过氧化钙后，最上层的pH值会立即暂时升高，因此，例如在引入电缆细菌之前，优选监测沉积物相边界处的pH值，直到其标准化为8.7至7.4之间的值。
过氧化钙可以作为产品以处理例如上所述的组合物引入期间导致的不期望的pH值增加，这有利于本发明的实际实施。
然而，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物和电缆细菌优选在基本相同的点或相同的点引入到水、沉积物和/或淤泥中，以最小化扩散过程并提高处理效率。在本文中变得特别明显的是，由至少一种碱土金属过氧化物(特别是过氧化钙)和/或来源于碱土金属过氧化物的其它电子受体(例如过氧化钙)释放的氧与电缆细菌对其的利用之间的协同作用，这种协同作用在上文和下文中有更详细的描述。
在某些实施方案中，电缆细菌以这样的方式引入，即它们可以积聚在待降解的物质上，例如水体中的淤泥、沉淀物、一般的淤泥、沉积物等，从而允许待降解物质的低氧和/或缺氧区域与由至少一种碱土金属过氧化物(特别是过氧化钙)和/或由来源于其的一些其它固体电子受体(例如碱土金属过氧化物本身，例如CaO2)释放的氧接触。
在第二方面方法的步骤(ii-a)中，如果在水、沉积物和/或淤泥的检测过程中没有或基本上没有发现电缆细菌，则将包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物引入和/或施加到水、沉积物和/或淤泥中以及将电缆细菌引入到水、沉积物和/或淤泥中可以同时或以交错的方式进行。
然而，在某些实施方案中，引入电缆细菌的步骤在引入和/或施加包含至少一种碱土金属过氧化物(特别是过氧化钙)的组合物的步骤之前进行，使得电缆细菌可以立即开始利用由至少一种碱土金属过氧化物(特别是过氧化钙)和/或由此提供的其它电子受体(例如碱土金属过氧化物本身，例如过氧化钙)释放的氧。在本文中，两个步骤之间的时间间隔(例如，在引入和/或施加包含至少一种碱土金属过氧化物，特别是过氧化钙的组合物之前引入电缆细菌)也不受任何特别限制，但是可以例如至多一周，优选至多3天、2天、1天或更少，例如12小时或更少或8小时或更少。在某些实施方案中，在引入电缆细菌的步骤之前进行引入和/或施加包含至少一种碱土金属过氧化物(特别是过氧化钙)的组合物的步骤，使得从至少一种碱土金属过氧化物(特别是过氧化钙)和/或由此提供的其它电子受体(例如碱土金属过氧化物本身，例如过氧化钙)释放的氧已经可用于电缆细菌。在本文中，两个步骤之间的时间间隔(例如，在电缆细菌之前，施加和/或引入包含至少一种碱土金属过氧化物，特别是过氧化钙的组合物)不受任何特别限制，但是可以例如至多一周，优选至多3天、2天、1天或更少，例如12小时或更少或8小时或更少。
然而，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物和电缆细菌优选在基本相同的点或相同的点引入到水、沉积物和/或淤泥中，以最小化扩散过程并提高处理效率。在本文中变得特别明显的是，由至少一种碱土金属过氧化物(特别是过氧化钙)和/或由其提供的其他电子受体(例如碱土金属过氧化物本身，例如过氧化钙)释放的氧与电缆细菌对其的利用之间的协同作用，这种协同作用在上文和下文中有更详细的描述。
在某些实施方案中，电缆细菌以这样的方式引入，即它们可以积聚在待降解的物质上，例如水体中的淤泥、沉淀物、一般的淤泥、沉积物、颗粒等，从而允许待降解物质的低氧和/或缺氧区域与由至少一种碱土金属过氧化物(特别是过氧化钙)和/或由此提供的其他电子受体(例如碱土金属过氧化物本身，例如过氧化钙)释放的氧接触。
包含至少一种碱土金属过氧化物，尤其是过氧化钙的组合物的引入和/或施加不受任何特定限制。在某些实施方案中，通过手动或通过合适的计量系统，将包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物，以固体形式或作为水性浆料或溶液引入到水、淤泥和/或沉积物中，和/或直接施加到水、淤泥和/或沉积物中。这易于进行并允许分布，使得在水中、淤泥上和/或沉积物上可获得大致相同浓度的碱土金属过氧化物，尤其是过氧化钙——甚至在长时间内——并且可以确保电缆细菌的最佳功能。
在某些优选的实施方案中，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物仅包含一种碱土金属过氧化物，尤其是过氧化钙。在某些实施方案中，组合物中可以存在一种以上的碱土金属过氧化物。
在某些实施方案中，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物以固体形式存在，并且待处理的水围绕其流动。结果，至少一种碱土金属过氧化物，尤其是过氧化钙，可以长时间均匀地释放氧气，这意味着相对长的引入间隔是可能的。
在某些实施方案中，通过正向混合器、旋耕机或其他机械计量系统和/或方法将包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物掺入沉积物和/或淤泥中。结果，沉积物和/或淤泥可以被疏松，并且其表面可以被扩大以用于电缆细菌的对接，从而使得有效降解成为可能。
在第二方面的方法中，对水、沉积物和/或淤泥中电缆细菌的存在的检测不受任何特别的限制，而是在引入和/或施加步骤之前进行，因为它根据检测结果而不同，所以通常要等待检测结果。例如，可以通过收集包含固体的样品(例如悬浮物、淤泥和沉淀物)和对样品进行电缆细菌的微生物检测来进行检测，例如通过使用电缆细菌特异性标记进行检测，例如使用光学方法如在FISH(荧光原位杂交)的情况下，通过对样品中存在的基因或基因组进行基因测序等。微生物检测不受任何特别限制，例如，还可以包括各种制备步骤，如纯化和/或浓缩步骤。
如果在第二方面的方法中，在样品中发现了电缆细菌，则不再需要引入电缆细菌，因此进行步骤(ii-b)。然而，如果基本上没有电缆细菌，例如<101细胞/平方厘米或<100细胞/平方米，或者没有发现电缆细菌，则也必须引入电缆细菌并进行步骤(ii-a)。
在图1和2中，示意性地比较了第一方面的方法和第二方面的方法。
在图1示意性示出的第一方面的方法中，此处未进行初步检测，这意味着可以快速行动。然而，尽管存在电缆细菌，但也有可能引入电缆细菌，以便在活性期间更好地利用CaO2的施用量。然而，在具有低氧或特别是缺氧区域的水、沉积物和/或淤泥情况下，例如，这种快速行动可能是可取的。如图1举例所示，首先在步骤1中引入和/或施加包含至少一种碱土金属过氧化物，尤其是过氧化钙的组合物，然后在步骤2中引入电缆细菌。不言而喻，这些步骤也可以颠倒或同时进行，例如包含至少一种碱土金属过氧化物，尤其是过氧化钙的组合物因此也可以包含电缆细菌(在第一方面方法和第二方面方法的步骤ii-a中)。
在图2示意性示出的第二方面的方法中，首先在步骤3中检测水、沉积物和/或淤泥中是否存在电缆细菌。在检测样品中不存在或少量存在电缆细菌的情况下，进行步骤(ii-a)，如图1所示，此处涉及在步骤1中引入和/或施加包含至少一种碱土金属过氧化物，特别是过氧化钙的组合物，以及在步骤2中引入电缆细菌，在此也可以将这些步骤颠倒或同时进行。
然而，如果存在电缆细菌，特别是以足够的浓度存在，例如≥101细胞/平方厘米或≥100细胞/平方米，则仅在步骤1中引入包含至少一种碱土金属过氧化物，特别是过氧化钙的组合物，并且在此不引入电缆细菌。
合适的碱土金属过氧化物是例如镁和钙的过氧化物及其混合物，优选使用钙和镁的过氧化物或其混合物。特别优选过氧化钙，基于CaO2，以重量计，钙可以以0.02％至50％的比例，优选至多30％的比例被镁替代。特别优选可以长时间释放氧气的过氧化钙。在市售产品中，碱土金属过氧化物通常与相应的碳酸盐和氢氧化物混合存在。
在某些实施方案中，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物另外包含至少一种碱土金属碳酸盐和/或至少一种碱土金属氢氧化物和/或一种碱土金属硫酸盐。例如，除了过氧化钙之外，还可以存在碳酸钙、氢氧化钙和/或硫酸镁。包含这些成分的组合物的示例是例如来自Solvay的
Figure BDA0003841222860000111
75C。包含碱土金属过氧化物的合适的组合物的示例另外还来自
Figure BDA0003841222860000112
GmbH的
Figure BDA0003841222860000113
和
Figure BDA0003841222860000114
plus。
在某些实施方案中，至少一种碱土金属过氧化物以与碱金属碳酸盐过氧水合物的混合物形式使用。当在水中以5-20g/m3的剂量使用时，已知碱金属碳酸盐过氧水合物具有直接增加氧气的效果，其中还没有出现杀生物效果。碱金属碳酸盐过氧水合物是碱金属碳酸盐与H2O2的加成产物，例如Me2CO3×H2O2，例如2Me2CO3·3H2O2(Me＝碱金属，例如Na、K、Rb、Cs，尤其是Na)。它们也被称为碱金属过碳酸盐，并且是可市售的。在经济和生态方面，已发现碳酸钠过氧水合物特别适用于立即提高水体中的低氧水平。
在某些实施方案中，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物另外包含至少一种碱金属碳酸盐过氧水合物，特别是Na2CO3×H2O2，优选2Na2CO3·3H2O2，或Na2CO3和H2O2的混合物。在某些实施方案中，根据本发明的方法进一步包括引入和/或施加至少一种碱金属碳酸盐过氧水合物，特别是Na2CO3×H2O2，优选2Na2CO3·3H2O2，或Na2CO3和H2O2的混合物。
碱土金属过氧化物和碱金属碳酸盐过氧水合物优选以1:1至1∶0.03的比例使用。
如果将镧离子添加到要处理的系统中，则可以实现磷酸盐沉淀的增加。如果无论如何都需要磷酸盐沉淀来减少富营养化，这种组合特别有用。当活性沉积物屏障中的镧在经CaO2处理后再次还原时，减少了磷从沉积物中的流出。
在某些实施方案中，为了实施根据本发明的方法，所使用的物质，即碱土金属过氧化物和任选的碱金属碳酸盐过氧水合物以及其他任选成分，以2至700，优选4至500，特别是5至300，特别优选10至150g/m2水面的量加入。在沉积物和/或淤泥处理的情况下，通常较高量的可氧化物质意味着根据本发明使用的物质的添加量可以是要添加到水中的量的许多倍。在这些情况下，可以重复施用。
使用这种新方法，还可以降低重金属水平和破坏性阴离子的水平，例如NO2 -、S2-、NH4 +等。
由于孔隙水的如此有效的解毒，允许低氧和含氧沉积物区中的其他生物正常发育，所以电缆细菌活动空间上方的所有沉积物区的活化另外作为协同效应发生。
根据本发明使用的至少一种碱土金属过氧化物和任选使用的其它组分可以作为单独的物质或以与固体、水溶液或水性浆料中其它物质的混合物的形式加入到待处理的系统中。
硅酸盐，例如层状硅酸盐(phyllosilicates)或架状硅酸盐(tectosilicates)，优选选自沸石和膨润土，特别适合作为这种固体。出于实际原因，将固体形式的材料压实并将它们用作例如颗粒、丸剂或片剂是特别有用的。在某些实施方案中，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物因此另外包含至少一种硅酸盐，例如层状硅酸盐(phyllosilicates)或架状硅酸盐(tectosilicates)，优选选自沸石和膨润土。
根据水质和沉积物质量，例如碳酸盐含量、pH值等，可能适合添加更多的化合物来提高水质和/或沉积物质量。此类化合物的示例包括Ca(OH)2、CaO、CaCO3、CaCl2、Ca(NO3)2、CaS04、MgSO4、Ca2SiO4、其它类似的镁化合物以及上述化合物的混合物。根据原水的条件，可能需要使用碱金属或碱土金属盐，尤其是氧化物、氢氧化物、碳酸盐和/或碳酸氢盐来处理水，例如为了控制pH值
在某些实施方案中，根据本发明使用的化合物与CaCO3、CaCl2和/或Ca(NO3)2和任选的镁盐以及NaHCO3和任选的KHCO3的混合物组合，其中CaCO3以及CaCl2和/或Ca(NO3)2和任选的镁盐以0.01:1至2:1的摩尔比存在，并且CaCl2和/或Ca(NO3)2和任选的镁盐以及NaHCO3和任选的KHCO3以1:3至2:1的摩尔比存在。例如，在欧洲专利申请EP 737 169中描述了这种混合物及其处理水和沉积物的适用性。在某些实施方案中，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物另外与CaCO3、CaCl2和/或Ca(NO3)2和任选的镁盐以及NaHCO3和任选的KHCO3的混合物一起使用，其中CaCO3以及CaCl2和/或Ca(NO3)2和任选的镁盐以0.01:1至2:1的摩尔比存在，并且CaCl2和/或Ca(NO3)2和任选的镁盐以及NaHCO3和任选的KHCO3以1:3至2:1的摩尔比存在。
例如铁和/或铝的盐和/或氧化物、氢氧化物、碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、氯化物和/或氟化物的存在可以支持该方法的有效性。特别是通过将金属铁和/或铝和/或镧掺杂到化合物中，可以提高有效性，该化合物以使得水质不会受到不利影响的量使用(取决于例如水质的初步测试)。在某些实施方案中，因此额外引入铁离子和/或铝离子和/或镧离子，例如也在包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物中。
根据本发明的方法可以用于处理开放和封闭含水系统中的水体沉积物、淤泥和/或水/废水，水体例如海水、微咸水和淡水，例如在水库、人工或天然湖泊、沐浴或钓鱼水、观赏池塘和养鱼场，以及在工艺用水中的水体，工艺用水例如污水处理厂、废水处理厂、回收厂、冷却水厂和热交换器厂、化学生产厂的废水，或者用于处理在分解和冷凝过程(例如，垃圾填埋场渗滤液或来自热废物处理厂的冷凝液)或浸出过程(例如，从受污染的土壤、水体沉积物或淤泥中渗出的水)产生的水。
根据本发明的方法可以通过手动和/或通过技术设备或诸如计量系统的辅助装置直接计量添加的组分来进行。材料可以直接计量加入待处理的水、淤泥和/或沉积物中，和/或也可以通过包含固体形式的材料和流经其的待处理水的容器，例如滤筒、固定床反应器或流化床反应器。
还公开了一种试剂盒，其包含组合物和电缆细菌，该组合物包含至少一种碱土金属过氧化物。
在此处，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物和电缆细菌与根据本发明的方法中的相同，因此在此参考根据本发明的方法的讨论中的相关段落。在试剂盒中，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物和电缆细菌可以分开存在，或者电缆细菌可以包括在包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物中。试剂盒的其它可能组分在上文中结合根据本发明的方法进行了描述。
根据本发明的试剂盒尤其可以用于根据本发明的方法中。因此，还公开了该试剂盒的这种用途。
另外公开了包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在处理水、沉积物和/或淤泥中的用途。在此处，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物和电缆细菌也如上文结合根据本发明的方法所述，并且在此处，包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物和电缆细菌也可以单独或一起使用。
还公开了包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在促进水生植物发育中的用途。在此处，水生植物不受任何特别限制，但优选那些不能在低氧或缺氧环境中生长的水生植物。
还公开了包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在水体修复中的用途。
本发明进一步提供了包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在水库容量恢复中用于淤泥降解的用途。这对该水体尤其重要。
还公开了包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在对沉积物和/或淤泥中的生物群落进行解毒中的用途。在本文中，上文和下文中描述的毒素和有害环境可以被降解。
还公开了碱土金属过氧化物，尤其是过氧化钙，或包含碱土金属过氧化物，尤其是过氧化钙的混合物作为固体电子受体用于临时建立包括电缆细菌的沉积物生物群落，例如发生在未受干扰的水体中的用途。因此，有可能建立或引入“人工”生物群落，使水体、淤泥或沉积物中的自然环境得以恢复。
上述实施方案和发展可以根据需要相互组合，这是有意义的。本发明的其他可能的实施方案、发展和实施也包括上文或下文关于示例性实施方案描述的本发明的特征的结合，这些结合没有明确提及。特别地，本领域技术人员还将添加单独的方面作为对本发明的特定基本形式的改进或补充。
下面将参考本发明的各种实施例对本发明进行更详细的说明。然而，本发明不限于这些实施例。
实施例
用包含过氧化钙的组合物处理含有水体沉积物的五种不同水体，并且在三种水体中观察到有效性提高。此处，在三种水体的沉积物样品中发现了电缆细菌，而在另外两种水体中没有发现电缆细菌。在此通过FISH使用电缆细菌的特定荧光标记来检测电缆细菌。
结果表明，水体沉积物中的电缆细菌可以记录到CaO2出乎意料的高降解效果。例如，在Eschenbach的Kleiner ruweiher水体中，在前几年较高的剂量没有显示出明显的效果后，CaO2以低剂量施用到17公顷的土地上。使用450千克/公顷的组合物，对应于150千克的CaO2/公顷的水面，每公顷可降解2200立方米的淤泥。此处，大约22cm的淤泥层在5个月的时间内被移除。结果发现，采用这种测量，磷主要与剩余沉积物中的铁结合。令人惊讶地发现，在电缆细菌存在下降解的有机淤泥的质量比化学计量所预期的要高很多倍。
因此，由于Fe2向水/沉积物界面扩散并在那里或途中被氧化成Fe3，Fe2的积极迁移导致磷的上层沉积物屏障的形成协同增强。Fe3是磷酸盐的天然结合伙伴。在此可以假设磷屏障是由铁离子产生的，铁离子可以在从例如硫化铁或亚硫酸铁的沉积物中被电缆细菌氧化后释放出来。在此，电缆细菌继续利用由过氧化钙和/或由此提供的其他电子受体引入的氧进行氧化还原反应。
沉积物测试证实了沉积物中铁结合磷酸盐的增加。
还发现，在含有电缆细菌的水体中，在施用过氧化钙后，水柱中的氧气浓度仅在最初增加，或者甚至降低。此处，这证明了在沉积物上边缘上方的无氧水层被CaO2消除后，电缆细菌也利用来自水柱的氧气。通常，在没有电缆细菌的情况下，氧气浓度会通过扩散而增加。相比之下，没有电缆细菌的项目表现出水柱中O2浓度的上升，从扩散控制的角度来看，这也是可以预期的。
根据专利EP1080042 A1，CaO2的P结合特性在该方法中不起作用。
使用片剂，因为它们可以精确施用，和/或颗粒或粉末，其优选作为悬浮液计量，因为这是实现水下均匀分布的唯一方法。重要的是与面积相称的施用。
电缆细菌的存在通常会导致处理过的沉积物的含水量增加，导致有机部分减少(可以通过烧失量或TOC(总有机碳)来衡量)，导致沉积物的P部分中铁-P含量增加，并导致氧气从水体到/进入沉积物表面的质量传输的增加。
然后，在含有电缆细菌的处理过的湖泊中，可以记录到大型植物植被的增加。因此，该方法适用于富营养化水体中水生植物的重新繁殖。
电缆细菌在根据本发明的方法中解毒(硫化物)，允许大型植物植被生长，它移动Fe-II，在CaO2层下方产生P屏障，它绕过竞争原理，从而从对电子受体的竞争中消除自身。单独的CaO2作用有限，单独的电缆细菌不能获得电子受体。两者同时在每个方向上都具有增强作用。

Claims (18)

1.一种处理水、沉积物和/或淤泥的方法，包括：
(a)将包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物引入和/或施加到水、沉积物和/或淤泥中；和
(b)将电缆细菌引入所述水、沉积物和/或淤泥中。
2.一种处理水、沉积物和/或淤泥的方法，包括：
(i)检测水、沉积物和/或淤泥中是否存在电缆细菌；和
(ii-a)将包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物引入和/或施加到所述水、沉积物和/或淤泥中，并且
如果在所述水、沉积物和/或淤泥的检测过程中没有或基本上没有发现电缆细菌，则将电缆细菌引入所述水、沉积物和/或淤泥中；或者
(ii-b)如果在所述水、沉积物和/或淤泥的检测过程中发现电缆细菌，则将包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物引入和/或施加到所述水、沉积物和/或淤泥中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用的所述碱土金属过氧化物为钙的过氧化物、镁的过氧化物或它们的混合物。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物还包含至少一种碱土金属碳酸盐和/或至少一种碱土金属氢氧化物和/或一种碱土金属硫酸盐。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物还包含至少一种碱金属碳酸盐过氧水合物，尤其是Na2CO3×H2O2，优选2Na2CO3·3H2O2，或Na2CO3和H2O2的混合物，或进一步包括引入和/或施加至少一种碱金属碳酸盐过氧水合物，尤其是Na2CO3×H2O2，优选2Na2CO3·3H2O2，或Na2CO3和H2O2的混合物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物另外与CaCO3、CaCl2和/或Ca(NO3)2和任选的镁盐以及NaHCO3和任选的KHCO3的混合物一起使用，其中CaCO3以及CaCl2和/或Ca(NO3)2和任选的镁盐以0.01:1至2:1的摩尔比存在，并且CaCl2和/或Ca(NO3)2和任选的镁盐以及NaHCO3和任选的KHCO3以1:3至2:1的摩尔比存在。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物还包含至少一种硅酸盐，例如层状硅酸盐或架状硅酸盐，优选选自沸石和膨润土。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，额外引入和/或施加铁离子和/或铝离子、氟离子和/或镧离子。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过手动或通过合适的计量系统以固体形式或作为水性浆料或溶液，将所述包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物引入到所述水、所述淤泥和/或所述沉积物中，和/或直接施加到所述水、所述淤泥和/或所述沉积物中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物以固体形式存在，并且待处理的水围绕其流动。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过正向混合器、旋耕机或其他机械计量系统和/或方法将所述包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物掺入所述沉积物和/或所述淤泥中。
12.一种试剂盒，其包含组合物和电缆细菌，所述组合物包含至少一种碱土金属过氧化物。
13.包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在处理水、沉积物和/或淤泥，尤其是水体中的沉积物和/或淤泥中的用途。
14.包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在促进水生植物发育中的用途。
15.包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在水体修复中的用途。
16.包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在淤泥降解和水库容量恢复中的用途。
17.包含至少一种碱土金属过氧化物的组合物与电缆细菌结合在对沉积物和/或淤泥中的生物群落进行解毒中的用途。
18.碱土金属过氧化物，尤其是过氧化钙，或包含碱土金属过氧化物，尤其是过氧化钙的混合物，作为固体电子受体用于临时建立包括电缆细菌的沉积物生物群落，例如发生在未受干扰的水体中的用途。
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