CN115259587A - 一种黑臭底泥有机污染原位修复方法 - Google Patents

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尤晓慧
周莉
朱冬冬
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    • C02F2101/30—Organic compounds

Abstract

本发明公开了一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，具体包括以下步骤：S1、向黑臭水体底泥中投加氧化剂过碳酸钠，S2、待过碳酸钠反应完全后，向黑臭水体底泥中投加菌剂，本发明涉及环境治理技术领域。该黑臭底泥有机污染原位修复方法，首先，向底泥中投加氧化剂，一方面氧化剂迅速分解生成双氧水，双氧水可以分解底泥中的有机物；其次，氧化剂迅速分解生成氧气，使黑臭底泥溶解氧增高，为好氧微生物提供氧气；另外，氧化剂的添加使大分子有机物分解成小分子有机物，为微生物生长提供底物；最后降解菌的添加促进了小分子有机质的降解，最终达到降解不同分子量的有机物的目的，完成黑具底泥中有机污染的去除目标。

Description

一种黑臭底泥有机污染原位修复方法
技术领域
本发明涉及环境治理技术领域，具体为一种黑臭底泥有机污染原位修复方法。
背景技术
水体黑臭是水体有机污染的一种极端现象，主要包括外源污染和内源污染。有机污染物主要包括有机碳、有机氮、有机磷及有机硫等，进入水体后微生物对其分解过程中会消耗大量的溶解氧，造成水体缺氧，厌氧微生物大量繁殖并分解有机物产生大量致黑致臭物质，从而引起水体发黑发臭。研究表明有机物达到1.0g L-1的负荷水平就对水体均有致黑作用，其中含硫有机物导致水体黑臭的时间更短。底泥可作为污染的“汇”，水体中有机污染物可以通过沉降、吸附等作用进入底泥；同时，当环境收到扰动时，底泥也可作为污染的“源”，将污染物不断释放到水体中，从而引起水体二次污染。长期以来，我国对于河道治理普遍关注水体治理，轻视底泥的修复，底泥导致的内源释放问题成为了主要的污染问题。近年来，底泥污染物对水体释放造成的水体污染现象屡见不鲜。因此，当外源污染得到控制后，底泥污染的内源治理与控制是改善水质、防止黑臭水体“反弹”的关键。
目前，黑臭底泥的原位修复法包括：物理法、化学法、生物法及联合修复法。原位物理覆盖法是在受污染底泥上铺一层或多层合适厚度的掩蔽层来控制污染物向水体扩散的方法。该方法有一定的修复效果，但工程量巨大，大面积铺设需要投入大量的成本。原位化学修复一般是在污染底泥中投加一定量的化学氧化试剂，使底泥中的污染物和试剂发生反应直接或间接地达到污染物转化的效果。化学原位修复法显著效果且工程造价低，易于实现，但大部分化学氧化剂对微生物都有灭活作用，氧化剂释放氧气也会导致底泥扰动，向水体释放污染物，且方法针对性较强，而不同水环境下底泥理化性质差异较大，因此需对特定水体进行相关研究。微生物处理技术虽然效果好，无二次污染，但处理周期较长。因此，单一处理技术存在一定的缺陷，开发操作方便、成本低廉、使用广泛的水体黑臭抑制技术具有重要的工程意义。
联合修复技术可以尽可能的发挥单一修复的优势弥补各自的不足，在实际工程中，生物技术和物理化学技术联合往往才能达到更好的效果。然而，通常化学氧化剂对微生物具有一定的灭活作用，如何高效的将化学氧化方法与微生物法联合使用，需要一定的技巧。化学氧化剂种类的选择、剂量的控制、投加方法、微生物种类的选择、菌剂量的控制、菌剂的比例及投加方式的优化，是底泥有机污染高效去除的关键。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，工艺简单安全、处理效果好，具有操作简单、去除效果好、价格低廉、环境友好。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，具体包括以下步骤：
S1、向黑臭水体底泥中投加氧化剂过碳酸钠；
S2、待过碳酸钠反应完全后，向黑臭水体底泥中投加菌剂。
优选的，所述步骤S1中氧化剂过碳酸的投加量按底泥体积为1-10g/dm3。
优选的，所述步骤S2中菌剂为阿氏芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的复合菌剂，复合菌剂复配比以1:1、1:10、10:1为向黑臭水体底泥中投加菌剂。
优选的，所述步骤S2中菌剂投加量按底泥体积为1-10OD600/dm3。
优选的，所述步骤S2中菌剂投加种类为阿氏芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌中的一种。
优选的，所述步骤S1中氧化剂过碳酸钠的投加方式按总量分为单次和多次投加，均匀注射到底泥中。
优选的，所述步骤S2中菌剂投加方式为在黑臭底泥上覆水中均匀投加或直接均匀注射到黑臭底泥中。
优选的，所述菌剂是通过纯菌冻干粉进行活化后再扩大培养，扩大培养至菌株生长对数期后的菌液用PBS缓冲液离心，离心转速为8000r/min，离心时间为20min，清洗3次，再用适量的PBS缓冲液重悬成菌剂备用。
(三)有益效果
本发明提供了一种黑臭底泥有机污染原位修复方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)、该黑臭底泥有机污染原位修复方法，通过向底泥中投加氧化剂过碳酸钠，其迅速分解生成双氧水，双氧水可以有效氧化降解黑臭底泥中的有机物。
(2)、该黑臭底泥有机污染原位修复方法，通过向底泥中投加氧化剂过碳酸钠，氧化剂迅速分解生成氧气，使黑臭底泥溶解氧增高，为好氧微生物提供氧气，提高底泥中微生物好氧降解有机物的效率。
(3)、该黑臭底泥有机污染原位修复方法，通过向底泥中投加氧化剂过碳酸钠，氧化剂氧化降解大分子有机物成小分子有机物，为微生物生长提供底物。
(4)、该黑臭底泥有机污染原位修复方法，过碳酸钠反应结束后，向底泥中投加降解菌剂，促进了小分子有机物的降解，最终达到降解不同分子量的有机物的目的，完成黑具底泥中有机污染的去除目标。
(5)、该黑臭底泥有机污染原位修复方法，具有操作简单、去除效果好、价格低廉、环境友好等优点，该方法可以改善底泥溶解氧环境，利于黑臭底泥生态环境的恢复，对黑臭水体底泥有机污染治理具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明实施例中使用本发明的黑臭底泥有机污染修复方法30天水体中的DO浓度变化曲线；
图3为本发明实施例中使用本发明的黑臭底泥有机污染修复方法30天底泥中的TOC去除效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明实施例提供三种技术方案：一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，具体包括以下实施例：
实施例1
本实施所用的底泥取自某市的黑臭底泥，在实验室进行小试。
一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，具体包括以下步骤：
步骤S1、向黑臭水体底泥中投加氧化剂过碳酸钠。量取1000mL黑臭底泥(含水率60％)倒入2L烧杯中，对应1000mL底泥称量氧化剂过碳酸钠2g(即2g/dm3)，设置3个重复。氧化剂过碳酸钠的投加方式为单次投加，即在处理的第1天将过碳酸钠均匀注射到底泥中。
步骤S2、待过碳酸钠反应完全后，向黑臭水体底泥中投加阿氏芽孢杆菌菌剂，菌剂投加量按底泥体积为2OD600/dm3。
菌剂制备：阿氏芽孢杆菌纯菌冻干粉进行活化后再扩大培养。菌株培养基为LB培养基，成分是为胰蛋白胨10g/L、酵母粉5g/L、氯化钠10g/L，调节pH至7。菌株培养的条件为25℃，250r/min。扩大培养至菌株生长对数期后的菌液用PBS缓冲液离心(8000r/min，20min)清洗3次，再用适量的PBS缓冲液重悬成菌剂备用。PBS缓冲液配置：称取8.0g NaCl、0.2g KCl、1.44g Na2HPO4、0.24g KH2PO4溶于800mL蒸馏水中，用HCl调节溶液至7.2，最后加蒸馏水定容至1L即可得0.01M PBS缓冲液。
对照试验：分别量取3个1000mL黑臭底泥分别加入到3个2L烧杯中，不添加过碳酸钠和菌剂作为对照。
准备完成后将实验组与对照组放入25℃的恒温培养箱中静置培养。
从过碳酸钠投加到黑臭底泥中开始计时，记为0d。分别在1d、3d、5d、7d、9d，5个时间点进行取样检测底泥及上覆水的指标。9d后在底泥中注射微生物菌剂，空白组在底泥中注射等量纯水。检测第15、20、30d后的上覆水及底泥指标。
对所采取黑臭底泥进行总有机碳TOC的测定，对所采取黑臭底泥上覆水进行化学需氧量COD的测定。
结果：如图2和图3所示，过碳酸钠的投加可以增加底泥DO，最高达约6mg/L，并在投加阿氏芽孢杆菌联合处理30天后，上覆水DO仍保持3mg/L左右。过碳酸钠联合阿氏芽孢杆菌处理黑臭底泥30d后，底泥总有机碳TOC显著下降从初始状态的42g/kg下降到20.6g/kg，去除率约达51％，说明该化学生物联合方法对黑臭底泥有机物去除效果较好。
实施例2
本实施所用的底泥取自某市的黑臭底泥，在实验室进行小试。对所采取黑臭底泥进行TOC的测定，对所采取黑臭底泥上覆水进行COD的测定。
一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，具体包括以下步骤：
步骤S1、向黑臭水体底泥中投加氧化剂过碳酸钠。量取1000mL黑臭底泥(含水率60％)倒入2L烧杯中，对应1000mL底泥称量氧化剂过碳酸钠2g(即2g/dm3)，设置3个重复。氧化剂过碳酸钠的投加方式为单次投加，即在处理的第1天将过碳酸钠均匀注射到底泥中。
步骤S2、待过碳酸钠反应完全后，向黑臭水体底泥中投加枯草芽孢杆菌菌剂，菌剂投加量按底泥体积为2OD600/dm3。
菌剂制备：枯草芽孢杆菌纯菌冻干粉进行活化后再扩大培养。菌株培养基为LB培养基，成分是为胰蛋白胨10g/L、酵母粉5g/L、氯化钠10g/L，调节pH至7。菌株培养的条件为25℃，250r/min。扩大培养至菌株生长对数期后的菌液用PBS缓冲液离心(8000r/min，20min)清洗3次，再用适量的PBS缓冲液重悬成菌剂备用。PBS缓冲液配置：称取8.0g NaCl、0.2g KCl、1.44g Na2HPO4、0.24g KH2PO4溶于800mL蒸馏水中，用HCl调节溶液至7.2，最后加蒸馏水定容至1L即可得0.01M PBS缓冲液。
对照试验：分别量取3个1000mL黑臭底泥分别加入到3个2L烧杯中，不添加过碳酸钠和菌剂作为对照。
准备完成后将实验组与对照组放入25℃的恒温培养箱中静置培养。
从过碳酸钠投加到黑臭底泥中开始计时，记为0d。分别在1d、3d、5d、7d、9d，5个时间点进行取样检测底泥及上覆水的指标。9d后在底泥中注射微生物菌剂，空白组在底泥中注射等量纯水。检测第15、20、30d后的上覆水及底泥指标。
对所采取黑臭底泥进行总有机碳TOC的测定，对所采取黑臭底泥上覆水进行化学需氧量COD的测定。
如图2和图3所示，过碳酸钠的投加可以增加底泥DO，最高达约6mg/L，并在投加枯草芽孢杆菌联合处理30天后，上覆水DO仍保持3.3mg/L左右。过碳酸钠联合枯草芽孢杆菌处理黑臭底泥30d后，底泥总有机碳TOC显著下降从初始状态的42g/kg下降到24.0g/kg，去除率约达43％，说明该化学生物联合方法对黑臭底泥有机物去除效果较好。
实施例3
本实施所用的底泥取自某市的黑臭底泥，在实验室进行小试。对所采取黑臭底泥进行TOC的测定，对所采取黑臭底泥上覆水进行COD的测定。
一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，具体包括以下步骤：
步骤S1、向黑臭水体底泥中投加氧化剂过碳酸钠。量取1000mL黑臭底泥(含水率60％)倒入2L烧杯中，对应1000mL底泥称量氧化剂过碳酸钠2g(即2g/dm3)，设置3个重复。氧化剂过碳酸钠的投加方式为单次投加，即在处理的第1天将过碳酸钠均匀注射到底泥中。
步骤S2、待过碳酸钠反应完全后，向黑臭水体底泥中投加阿氏芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌1：1复合菌剂，菌剂投加量按底泥体积为2OD600/dm3。
菌剂制备：阿氏芽孢杆菌纯菌和枯草芽孢杆菌冻干粉分别进行活化后再扩大培养。菌株培养基为LB培养基，成分是为胰蛋白胨10g/L、酵母粉5g/L、氯化钠10g/L，调节pH至7.2。菌株培养的条件为25℃，250r/min。扩大培养至菌株生长对数期后的菌液用PBS缓冲液离心(8000r/min，20min)清洗3次，再用适量的PBS缓冲液重悬成菌剂。用分光光度计调节OD600值，1:1复配成混合菌剂后备用。PBS缓冲液配置：称取8.0g NaCl、0.2g KCl、1.44gNa2HPO4、0.24g KH2PO4溶于800mL蒸馏水中，用HCl调节溶液至7.2，最后加蒸馏水定容至1L即可得0.01M PBS缓冲液。
对照试验：分别量取3个1000mL黑臭底泥分别加入到3个2L烧杯中，不添加过碳酸钠和菌剂作为对照。
准备完成后将实验组与对照组放入25℃的恒温培养箱中静置培养。
从过碳酸钠投加到黑臭底泥中开始计时，记为0d。分别在1d、4d、9d，3个时间点进行取样检测底泥及上覆水的指标。9d后在底泥中注射微生物菌剂，空白组在底泥中注射等量纯水。检测第15、20、30d后的上覆水及底泥指标。
对所采取黑臭底泥进行总有机碳TOC的测定，对所采取黑臭底泥上覆水进行化学需氧量COD的测定。
如图2和图3所示，过碳酸钠的投加可以增加底泥DO，最高达约6mg/L，并在投加复合菌剂联合处理30天后，上覆水DO仍保持2.8mg/L左右。过碳酸钠联合复合菌剂处理黑臭底泥30d后，底泥总有机碳TOC显著下降从初始状态的42g/kg下降到18.9g/kg，去除率约达55％，说明该化学生物联合方法对黑臭底泥有机物去除效果较好。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、向黑臭水体底泥中投加氧化剂过碳酸钠；
S2、待过碳酸钠反应完全后，向黑臭水体底泥中投加菌剂。
2.根据权利要求1所述的一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，其特征在于：所述步骤S1中氧化剂过碳酸的投加量按底泥体积为1-10g/dm3。
3.根据权利要求1所述的一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，其特征在于：所述步骤S2中菌剂为阿氏芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的复合菌剂，复合菌剂复配比以1:1、1:10、10:1为向黑臭水体底泥中投加菌剂。
4.根据权利要求1所述的一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，其特征在于：所述步骤S2中菌剂投加量按底泥体积为1-10OD600/dm3。
5.根据权利要求1所述的一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，其特征在于：所述步骤S2中菌剂投加种类为阿氏芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，其特征在于：所述步骤S1中氧化剂过碳酸钠的投加方式按总量分为单次和多次投加，均匀注射到底泥中。
7.根据权利要求1所述的一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，其特征在于：所述步骤S2中菌剂投加方式为在黑臭底泥上覆水中均匀投加或直接均匀注射到黑臭底泥中。
8.根据权利要求3或5所述的一种黑臭底泥有机污染原位修复方法，其特征在于：所述菌剂是通过纯菌冻干粉进行活化后再扩大培养，扩大培养至菌株生长对数期后的菌液用PBS缓冲液离心，离心转速为8000r/min，离心时间为20min，清洗3次，再用适量的PBS缓冲液重悬成菌剂备用。
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