CN115490316B - 一种可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体，其构造为多层腔室套设的中空囊状结构，包括开口外壳、与外壳可拆卸连接的用于封堵外壳局部开口的密封盖，其特征在于，外壳内穿设有用于限定地下水在胶囊体中定向输送的盐夹层，其中，盐夹层按照其容纳液体的渗透压高于地下水渗透压，并在定向输送过程中能够维持其渗透压的方式设置于外壳中；盐夹层设置为开放式结构并按照其开口也能够被密封盖选择性封堵的方式与密封盖可拆卸连接。本发明能够在地下水环境中持续为微生物提供营养物质供其生长繁殖，且本发明能够循环使用，减少浪费，有利于环境保护和生态环境可持续发展。

Description

一种可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及微生物处理技术领域，具体为一种可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体。

背景技术

随着城市化进程的加剧，人类对水资源的需求量急剧增加，污水排放量也随之增加，加之垃圾的堆放、工业“三废”的排放，化肥、农药的大量使用，以及在水资源开发利用等方面的管理力度不够等因素影响，地下水污染问题越发突出，严重制约着我国生态环境可持续发展进程。

地下水约占地球上液态淡水总量的99％，其踪迹遍及全球，具有巨大的社会、经济和环境效益，包括应对气候变化。微生物修复技术具有低能耗、低成本和无二次污染等有点，可以满足以上需求，但地下水环境复杂、贫氧、低温、低营养物质等特点使微生物修复技术的广泛应用受到限制。特别是营养物质的持续缓慢供给成为限制微生物修复污染地下水的关键因素之一。

目前最常采取的举措是人工直接投加营养物质。这种方式可以确保微生物浓度基本达到理想值，但人工投料费时费力。而且人工投加极易导致营养物质在地下水中分布不均，以致微生物在某处大量富集的情况。微生物的大量富集将产生难以去除的生物膜，严重阻碍污染地下水的原位修复效率。

微生物修复技术是将微生物菌群投放在污染水体中，在局部形成优势菌群，并抑制腐败菌、病源菌的增殖，发挥其氧化、氨化、硝化、反硝化、解磷、硫化和固氮等作用，把地下水中有机物迅速分解为二氧化碳、硝酸盐、氮气、磷酸盐等，从而达到改善地下水水质的目的。

目前，许多污染案例常采取微生物处理技术进行修复。以公开号为 CN110355193A的专利为例，其公开了一种基于动态地下水循环的污染场地原位修复方法。所述原位修复方法将动态地下水循环和原位微生物或化学还原/氧化等技术进行耦合优化，通过原位微生物或化学方法的还原/氧化作用对污染物进行修复、固定、解毒，同时通过动态地下水循环系统减少或去除污染总量，提高污染物的脱附能力和修复药剂在地下环境中的传输及分布能力。该发明污染场地原位修复方法充分发挥这些技术各自的特长并弥补其不足，在污染总量减量的同时进行微生物或化学还原/氧化、固定及解毒，提高了原位微生物或化学修复效率，降低了成本和能耗，缩短了修复周期。

上述专利将动态地下水循环和原位微生物技术进行耦合优化，通过原位微生物的还原/氧化作用对污染物进行修复、固定、解毒。两种技术的结合在保证环境友好的同时，又兼顾了修复效率，是目前处理污染地下水领域中广受关注及研究的新手段。

但是，现有的技术手段难以保证微生物处理技术在地下水修复领域的持续运作，由于处理水体的复杂性，需对水体中微生物浓度进行妥善把控，否则极易出现微生物浓度过低或死亡等现象，致使修复效率过低，或是微生物浓度过高，致使出现生物膜影响修复效果。为应对这种状况，行业内通常采取人工利用投料装置向地下水水体内投加营养物质，虽能使水体中微生物浓度在一段时间内维持在较合适区间，但人工投料费时费力，且极易出现营养物质浪费、投加不均匀等问题。

公开号为CN103803679A的专利文献公开了一种渗透压驱动的药物恒定释放装置，包括一个容器，容器具有一个开口端，开口端设置有一个密封盖，密封盖中设置有至少一个第一通孔，密封盖的内侧设置有反渗透膜，反渗透膜完全覆盖第一通孔，容器的侧壁中设置有至少一个第二通孔，第二通孔的直径小于或等于1微米。将放置了杀藻剂、或抑菌剂、或阻垢剂、或絮凝剂的容器投放到待处理的水体中。水压通过第一通孔作用在反渗透膜上，水分子透过反渗透膜进入容器内，使容器内压力增大，药物溶解在水中后，通过第二通孔向水体缓慢释放。该发明提高了药物的使用效率，减少了用量，节约资源，保护环境，操作方便，能长效使用，还可根据具体要求控制其缓释速度和时间。但是该发明在复杂地下水环境中不具备泛用性，耐用性也较低，该发明受制于反渗透膜自身的局限性，在复杂多变的水质条件中极易出现膜污染问题，导致装置停止运行。

公开号为CN108862618A的专利文献公开了一种微生物净水缓释装置及其制备方法和应用，包括保护壳体、保护剂、微生物菌粉和增殖促进剂，保护壳体内部容纳有保护剂、微生物菌粉和增殖促进剂，微生物菌粉和增殖促进剂包埋于定时缓释层中，该发明中的微生物净水缓释装置可以长时间保持在较高的水平，维持氨氮、亚硝酸盐与硝酸盐浓度处于较低的状态，投放后在很长的一段时间内不需要二次投放，为材料的推广应用提供了极大的方便。但是该发明在发挥作用后便失效，难以重复使用，提高了净水成本。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体，旨在解决现有技术存在的至少一个或多个技术问题。

本发明的目的在于提供一种可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体，该缓释胶囊体解决现有技术中采取人工利用投料装置向地下水水体内投加营养物质出现的药物浪费、投加不均匀、净化效率低和产生新污染等问题；解决现有技术中药物释放装置在复杂地下水环境中不具备泛用性、耐用性较低的问题；解决现有技术中药物释放装置难以循环利用的问题。

本发明申请一种可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体，其构造为多层腔室套设的中空囊状结构，包括开口外壳，外壳内穿设有用于限定地下水在胶囊体中定向输送的盐夹层，其中，盐夹层按照其容纳液体的渗透压高于地下水渗透压，并在定向输送过程中能够维持其渗透压的方式设置于外壳中。优选地，本发明的外壳可以分为两部分，外层为固定保护网，内层为半透膜，通过这种设置方式，本发明保证地下水可通过保护网进入盐夹层。

根据一种优选的实施方式，外壳在盐夹层的渗透压作用下能够限定地下水单向流入盐夹层。

根据一种优选的实施方式，外壳内穿设有用于容纳营养物质的开放式储药部，盐夹层被限定于外壳与储药部形成的间隙腔室中，且盐夹层按照限定水分子单向流入储药部的方式限定于间隙腔室中。

根据一种优选的实施方式，储药部限定出用于容纳盐夹层的间隙腔室的部分腔壁可拆卸设置为反渗透膜，盐夹层中的水分子能够定向地穿过反渗透膜进入储药部。

根据一种优选的实施方式，胶囊体能够通过选择不同孔径的半透膜和反渗透膜来控制水分子进入储药部的速度，进而控制营养物质的缓释速度。优选地，外壳所含的半透膜直接控制着盐夹层的盐浓度，盐浓度又直接影响储药部营养物质的缓释速度。

根据一种优选的实施方式，胶囊体能够通过改变盐夹层的渗透压来控制反渗透膜的膜通量，进而控制营养物质的缓释速度。

根据一种优选的实施方式，盐夹层的渗透压随盐夹层的吸水率增大而减小，反渗透膜的膜通量随盐夹层的渗透压减小而增大，膜通量增大使得盐夹层的脱水率增大，从而盐夹层能够维持其吸水与脱水的动态平衡。

根据一种优选的实施方式，通孔的孔径按照营养物质通过通孔单向地排出储药部的方式进行设置。

根据一种优选的实施方式，储药部中的营养物质按照其分子直径大于水分子直径进行设置。

本发明申请一种利用营养物质缓释胶囊体的强化地下水微生物修复方法。该方法将营养物质缓释胶囊体投放于地下水，依靠营养物质缓释胶囊体的渗透压驱动营养物质缓释至地下水中，营养物质缓释胶囊体设有用于限定地下水在营养物质缓释胶囊体中定向输送的盐夹层，其中，盐夹层按照其容纳液体的渗透压高于地下水渗透压，并在定向输送过程中能够维持其渗透压的方式设置于营养物质缓释胶囊体中。

本发明与现有技术相对照，其效果是积极和明显的。本发明通过始终维持其浓度的盐夹层驱使地下水单向流入胶囊体中，能够在水环境中持续为微生物提供营养物质。本发明的多层结构采用拆卸式连接，能够根据估算的缓释时间及时将胶囊体从地下水中取出，并对盐夹层中溶液和储药部中营养物质进行补充，使得本发明可以循环使用，达到节约资源、保护环境和促进生态环境可持续发展的目的。

附图说明

图1是本发明的一种可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体的优选实施例的剖面结构示意图；

图2是本发明的一种可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体的实施流程示意图；

图3是本发明的反渗透膜的膜通量曲线图；

图4是本发明的盐夹层容积在不同浓度的盐溶液下随时间变化的曲线图；

图5是本发明的盐夹层进水流量和失水流量随时间变化的曲线图；

图6是本发明的通孔剖面放大图。

附图标记列表

1：密封盖；2：通孔；3：储药部；4：反渗透膜；5：盐夹层；6：外壳； 8：第一密封槽；9：容置空间。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图2是本发明的一种可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体的实施流程示意图，其中，S1、S2和S3分别指代实施流程中的三个步骤。

实施例1

本发明涉及一种可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体，其内部按照多层腔室结构进行套设，且腔室的部分腔壁按照能够定向输送药物或水分的方式选取不同的膜结构，从而在地下水环境中持续为微生物提供营养物质。

本发明构造为多层腔室套设的中空囊状结构，包括开口外壳6、与外壳 6可拆卸连接的用于封堵外壳6局部开口的密封盖1。本发明的外壳6设置为双层结构，外层为具有筛网结构的固定保护网，内层为半透膜。通过这种设置方式，本发明可以保证地下水经过筛网结构的外层，透过半透膜，进入盐夹层5中。

外壳6内穿设有用于限定地下水在胶囊体中定向输送的盐夹层5，其中，盐夹层5按照其容纳液体的渗透压高于地下水渗透压，并在定向输送过程中能够维持其渗透压的方式设置于外壳6中。优选地，盐夹层5设置为开放式结构并按照其开口也能够被密封盖1选择性封堵的方式与密封盖1可拆卸连接。优选地，盐夹层5紧贴在外壳6的径向内侧，其中，例如盐夹层5的径向外壁可以由外壳6的径向内壁构成，盐夹层5的径向内壁构成用于容纳营养物质的开放式储药部3的径向外壁。优选地，盐夹层5的靠近其开口的轴向端部具有缩颈部，用以限制盐夹层5之内的液体沿轴向外流，与盐夹层 5的靠近其开口的轴向端部相对另一端为构成为外壳6的轴向末端的内衬。在图1的剖视中，盐夹层5的形状为U形，而在对应的实际三维形态中，盐夹层5可以为圆筒形，也可以为部分圆筒形。

如图1所示，本发明的缓释胶囊体呈中空胶囊体状，该胶囊状囊体的轴向一端设置为开口端，背离该开口端的另一端设置为密封端。在开口端与密封端之间限定了囊体内腔。换而言之，外壳6限定了包裹胶囊体的囊体。为了达到外壳6在盐夹层5的渗透压作用可以限定地下水单向流入盐夹层5 这一目的，外壳6的径向内壁，即盐夹层5的径向外壁可以采用限制水分子单向运动的半透膜。外壳6在半透膜的作用下具有透水性。本发明的半透膜可以采用醋酸纤维素膜为原材料，其耐化学腐蚀、力学性能优良，不会因盐夹层5大量进水而产生剧烈形变，进而影响盐夹层5的性能。

优选地，外壳6内设有用于容纳营养物质的开放式储药部3，盐夹层5 被限定于外壳6与储药部3形成的间隙腔室中，且盐夹层5按照限定地下水单向流入储药部的方式限定于该间隙腔室中。

根据图1，本发明在密封端与囊体连通的内腔中设置用于容纳营养物质的储药部3，储药部3的开口端容纳在胶囊体开口端中，储药部3内部放置有微生物所需的营养物质，储药部3可以容纳可溶解固体物质或液体，储药部3存储的营养物质的分子直径大于水分子直径。

优选地，本发明的储药部3与外壳6限定出可以容纳高浓度盐夹的间隙腔室，从而通过向该间隙腔室中设置盐夹层5的方式限定地下水在胶囊体中的定向输送。盐夹层5可以内置工业盐溶液，工业盐的主要成分为氯化钠、亚硝酸钠等，其浓度显著高于地下水。工业盐溶液造价低，并且工业盐溶液在室温下的水中溶解度可达84.5g，可以满足本发明的盐溶液需求。因此，由半透膜构成的外壳6内外两侧溶液浓度不同，为了阻止低浓度的地下水溶液从半透膜外侧渗透到高浓度的半透膜内侧盐夹层5中，盐夹层5中的盐溶液产生溶液渗透压，从而驱使地下水的水分子朝着渗透压高的盐夹层5流动，穿过外壳6，进入盐夹层5。

优选地，储药部3限定出用于容纳盐夹层5的间隙腔室的部分腔壁设置为反渗透膜4，盐夹层5中的地下水能够定向地穿过反渗透膜4进入储药部 3。本发明的反渗透膜4采用醋酸纤维素膜作为原材料，其具有耐化学腐蚀和力学性能优异的特点，也不会因盐夹层5大量进水而产生剧烈形变，影响性能。

优选地，盐夹层5与储药部3相邻，其间设置反渗透膜4，反渗透膜4 周边与储药部3的内侧边缘密封连接，使得在盐夹层5吸收水分的情况下，盐夹层5中的水分可以定向地穿过反渗透膜4进入储药部3中，盐夹层5 按照维持其盐浓度的方式控制其吸收的水分恒速穿过反渗透膜4进入储药部中，盐夹层5与储药部3拆卸式连接，以拆卸储药部3的方式补充其容纳的液体。

优选地，盐夹层5的渗透压随盐夹层5的吸水率增大而减小，反渗透膜 4的膜通量随盐夹层5的渗透压减小而增大，膜通量增大使得盐夹层5的脱水率增大，从而盐夹层5能够维持其吸水与脱水的动态平衡。

优选地，如图3所示，横坐标为时间(min)，纵坐标为膜通量(L/m²·h)，图3中示出了透过反渗透膜4的不同浓度的盐溶液随时间变化的膜通量变化曲线，其中，图3中的三条曲线分别对应于0.05mol/L、0.01mol/L、 0.001mol/L三种浓度的盐溶液。进一步地，以空心圆形为数据节点的曲线代表0.05mol/L的盐溶液在透过反渗透膜4时膜通量随时间的变化；以实心三角形为数据节点的曲线代表0.01mol/L的盐溶液在透过反渗透膜4时膜通量随时间的变化；以实心圆形为数据节点的曲线代表0.001mol/L的盐溶液在透过反渗透膜4时膜通量随时间的变化。由图3可知，反渗透膜4的膜通量受时间影响较小，即随着时间的增长，反渗透膜4的膜通量能够以大致平稳的趋势演变，且盐溶液的浓度越低，反渗透膜4的膜通量能够维持在相对更高的水平。进一步地，反渗透膜4的膜通量随着盐溶液浓度的降低而升高，且盐溶液浓度越小，反渗透膜4的膜通量升高程度也呈现逐渐减小的趋势。膜通量是指单位时间内通过单位膜面积上的流体量，膜通量由外加推动力和膜的阻力共同决定，其中反渗透膜4本身的性质起决定性作用。由反渗透膜4(RO膜)的膜通量曲线可知，当盐夹层5中吸水较多时，盐夹层5 中盐溶液浓度降低，反渗透膜4的膜通量会随之增加，盐夹层5向外界吸水的速率也随之降低，以达到盐夹层5中吸水与脱水的动态平衡。具体地，本发明的反渗透膜4、半透膜和外壳径向外壁均力学性能优异，且盐夹层5中吸水与脱盐速率也相对恒定，不会产生较大形变，因此，本发明推动营养物质的动力不受本发明胶囊体的弹性变形影响。

优选地，考虑到盐夹层容积有限，若盐夹层浓度过高，会导致半透膜膜通量增大，盐夹层大量从地下水中吸水，致使装置产生形变。因此盐夹层容积也是限制装置盐夹层浓度的条件之一。如图4所示为盐夹层容积在不同浓度的盐溶液下随时间变化的曲线图，该曲线图可由模拟实验制得，其中，模拟实验可将本发明的装置置于模拟地下水环境中。盐夹层内溶液体积增加量为16mL以上时，会使装置功能受损，盐夹层浓度过低，则会导致装置无法从地下水中取水运行。地下水渗透浓度并不固定，故选用效果折中的2.0％盐溶液作为盐夹层溶液浓度。

进一步地，采取2.0％盐溶液作为盐夹层中溶液进行模拟实验，当盐夹层进水流量与失水流量均维持稳定时，装置达到动态平衡，能够实现恒速缓释效果。模拟实验可得到如图5所示的盐夹层进水流量和失水流量随时间变化的曲线图，由图5可知，本发明的该装置在75分钟左右能够达到恒速缓释的效果，考虑到地下水环境的复杂性，所处理地下水渗透浓度各有不同，装置在60至90分钟左右能达到恒速缓释的效果。

具体地，本发明可以通过选择不同孔径的反渗透膜4来控制水分子进入储药部3的速度，进而控制营养物质的缓释速度。本发明也可以通过改变盐夹层5的渗透压来控制反渗透膜4的膜通量，进而控制营养物质的缓释速度。反渗透膜4的孔径越小，其透过的水分子纯度越高，盐夹层5中的盐浓度降低得越慢，进而盐夹层5向外界吸水的速率也随之降低，从而达到控制营养物质缓释速度的目的。盐夹层5内工业盐溶液浓度越高，盐夹层5所产生的渗透压越高，产生的驱动地下水进入盐夹层5的驱动力越大，进而盐夹层5的吸水速度越快，由于盐夹层5内吸水与脱水保持动态平衡，所以盐夹层5的脱水速度加快，营养物质的缓释速度也随之加快。

优选地，密封盖1包括环形包边和第一密封凸块，环形包边与第一密封凸块之间形成第一密封槽8，第一密封槽8长度契合于单侧外壳6及与外壳 6连接的反渗透膜4的整体厚度，且第一密封槽8与外壳6、反渗透膜4端部选择性形成密闭空间。

优选地，盐夹层5与储药部3可采用可拆卸式连接。因此，在维护时，可以采用拆卸储药部3的方式补充其容纳的液体。此外，反渗透膜4与外壳 6非完全密闭连接，当地下水进入盐夹层5时，盐夹层内部所含液体容积增大，在渗透压作用下通过反渗透膜4流入储药部3时，可能存在部分液体进入反渗透膜4与外壳6的连接缝隙中。因此，第一密封槽8对此连接缝隙进行封堵，使得盐夹层5中的水分都进入储药部3中。

优选地，密封盖1的位于中心区域的第一密封凸块按照选择性封堵储药部3局部开口的方式可拆卸地伸入并进而封堵于储药部3。如图1所示，第一密封凸块设有至少一个轴向上的通孔2，该通孔2贯穿密封盖1，使得储药部能够通过通孔2与外界地下水连通，从而在胶囊体置于外界地下水中时，储药部3中的营养物质能够通过通孔2释放至外界地下水中。

根据图1，密封盖1的第一密封凸块设置于储药部3开口端，储药部3 的开口通过第一密封凸块进行选择性地封堵，密封盖1整体设置为塞状，密封盖1可以拆卸以便向储药部3中投入营养物质，实现重复利用。

第一密封凸块轴向上设有至少一个通孔2，通孔2的直径按照营养物质通过通孔2单向地排出储药部3的方式进行设置。储药部3通过通孔2可以与外界连通，通孔2为储药部3中营养物质进入外界水环境的唯一渠道。

优选地，本发明由反渗透膜4及盐夹层5与外界地下水所产生的渗透压差来驱动，本发明可以产生足够推力使得储药部3中的营养物质通过通孔2 释放进入外界地下水中，且本发明不会产生倒灌现象，外界地下水也不会通过通孔2流入储药部3。

优选地，如图6所示，图示出了本发明通孔2的剖面放大图，本发明的通孔2采用无运动件的单向阀结构。优选地，通孔2包括一条主流道和若干条支流道，支流道的两端分别与主流道连通，以使得主流道中的部分流体可以从支流道的一端被分流至支流道内，并从支流道的另一端重新返回至主流道中与主流道内的剩余流体混合。进一步地，若干条支流道能够交替分布在主流道的两侧，即位于主流道同侧的任意两个相同连接朝向的相邻支流道之间间隔设置，且在该间隔位置的主流道对侧设置有相反连接朝向的另一支流道，其中，支流道具有流动朝向和连接朝向，支流道的两端均朝向于主流道，以使得位于主流道异侧的支流道可具有相反的连接朝向。通孔2的主流道可设置有期望流动方向，以使得各支流道能够沿期望流动方向设置其流动朝向，其中，各支流道的流动朝向可同向设置。优选地，主流道的两侧边缘能够大致以方波线形的方式设置，以增加主流道的流动阻力。进一步地，流体在按照如上方式设置的通孔2中流动时，若沿期望流动方向流动，由于各支流道的流动朝向沿期望流动方向设置，流经支流道重新返回至主流道的部分流体与主流道中的剩余流体具有大致相同的流动方向，以使得两股流体在混合时的损耗很小，进而能够很容易地从通孔2中流出；反之，若沿期望流动方向的反方向流动，进入支流道的部分流体会因为碰到较大角度的转角而损失动力，并在重新返回至主流道时与主流道中的剩余流体发生对冲，从而基于产生的涡流而进一步损耗动力，进而通过多次支流道的阻挡使得液体很难从通孔2中流出。在这种单向阀结构下，外界地下水在进入通孔2时会产生能量损失及高压降，外界地下水在通孔2中经历流体分流、转向、回流和汇聚过程，并在此过程中产生涡流，进而形成多个阻碍单元，多个阻碍单元连接可大幅增加外界地下水的流动阻力。而储药部3中的营养物质通过通孔2时产生的压降低，营养物质在通孔2中的流动经受极低的阻力，近乎直线流动，进而顺利地释放进入外界地下水中。因此，在单向阀结构下，通孔2能够限制外界地下水进入储药部3。

优选地，第一密封凸块与环形包边之间限定出能够容纳压重物质的容置空间9，容置空间9环绕通孔2设置于密封盖1中。密封盖1的容置空间9 中填充粉末状麦饭石，麦饭石粉可以起到保护营养物质、增加胶囊体强度和增加胶囊体重量防止胶囊体漂浮的作用。

优选地，本发明采用反渗透膜4作为渗透压驱动的途径，在渗透压驱使下，本发明不断从外界水环境中汲取水分进入储药部3，使得储药部3中压力增大，储药部3中的营养物质溶解在水中后，通过通孔2向外界水环境释放，因此，营养物质可以缓慢释放到外界水环境中。由于营养物质的分子直径大于水分子直径，因此营养物质分子不能透过反渗透膜4，只能从通孔2 逐步向外界地下水环境释放。

根据一种优选实施方式，本发明的实施流程如下：

S1拆取密封盖1并取出储药部3，使用注射器等注射装置向盐夹层5 中注入盐溶液，再将储药部3可拆卸地连接于盐夹层5且套合于胶囊体中。其后，向储药部3中注入营养物质；

S2将填充有营养物质的胶囊体放置于地下水中，储药部3中的营养物质在盐夹层5的高渗透压驱动下，储药部3中的营养物质依次通过通孔2进入外界地下水中，形成营养物质持续缓释过程；

S3当储药部3中的营养物质通过通孔2全部进入外界地下水后，本发明胶囊体缓释过程结束。

实施例2

本实施例部分内容与实施例1相同，这里不做重复性描述。

生物膜广泛存在于自然界，其形成是微生物生长代谢过程中自发、自然形成的。用于微生物处理的营养物质渗透装置受到生物膜污染不可避免。生物膜污染包括在膜表面粘附及生长，进而阻碍营养物质穿过膜进入外界，也阻碍外界水分子进入膜内并溶解营养物质。因此，本发明还可以包括解体层，本发明的盐夹层5与外壳6之间限定出可以容纳抑制生物膜形成的解体剂的解体层，解体剂可以穿过半透膜并附着于半透膜的内外膜层进行生物膜解体。解体剂可以抑制生物膜的生长，避免微生物大量积聚于外壳6形成生物膜堵塞半透膜导致营养物质无法穿过外壳6对地下水进行修复。

实施例3

本发明还可以运用于污染场地地下水修复工程中，解决现有技术中采取人工利用投料装置向地下水水体内投加营养物质出现的药物浪费、投加不均匀、净化效率低和产生新污染等问题；解决现有技术中药物释放装置在复杂地下水环境中不具备泛用性、耐用性较低的问题；解决现有技术中药物缓释装置难以循环利用的问题。本发明还提供一种基于可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体对污染地下水进行修复的方法，该修复方法包括如下步骤：

S1获取待修复污染场地的基础参数；

S2根据基础参数确定修复工程量，修复工程量包括待修复区域内的地下水总量、污染总量及动态地下水循环总水量；

S3根据修复工程量确定注射井数量、抽水井数量及井间距；

S4根据注射井数量、抽水井数量以及井间距在待修复区域内布设注射井、抽水井及监测井，形成动态地下水循环井点网络；

S5采用动态地下水循环井点网络及动态地下水循环系统进行动态地下水循环实施运行及污染总量减量；

S6动态地下水循环系统包括注射系统、抽提系统、自控系统和废水处理系统；

S7当动态地下水循环稳定实施运行预设时间后，通过注射井向待修复区域的地下水中投入负载微生物菌剂的载体材料，并根据菌剂特性及设计投加量向井中加入可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体，进行原位微生物处理；

S8采用动态地下水循环耦合原位微生物处理的方式对污染场地的土壤与地下水进行原位修复。

该修复方法可以对待修复区域进行精准定位，避免造成可再利用的营养物质缓释胶囊体的浪费，节约成本。该修复方法通过注射井向待修复区域的地下水投放可再利用的营养物质缓释胶囊体，避免人工操作使得可再利用的营养物质缓释胶囊体投放均匀并节省劳动力。该修复方法能够进行循环修复过程，实现自动化动态循环修复污染地下水。

实施例4

在实施例3的基础上，本发明还提供一种地下水污染的修复系统，包括修复装置、抽提装置、自控装置和废水处理装置，用于进行地下水原位修复的修复装置包括注射井和通过注射井在待修复区域的地下水中进行原位修复的可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体，可再利用的营养物质缓释胶囊体包括外壳6和穿设于外壳6内的用于容纳营养物质的储药部，储药部与外壳6之间限定出能够容纳高浓度盐夹层的间隙腔室，从而通过向间隙腔室中设置盐夹层5的方式限定地下水在可再利用的营养物质缓释胶囊体中的定向输送；抽提装置用于抽取修复后的地下水和本发明胶囊体，根据实际需要选择更换可再利用的营养物质缓释胶囊体中的盐夹层5、调配更高浓度的盐夹层5或选取不同孔径的位于盐夹层5和储药部3之间的反渗透膜4来控制其缓释速度，使微生物浓度能够始终保持在净化水体所需的浓度区间内；自控装置用于控制修复装置和抽提装置进行循环修复过程；废水处理装置用于收集待修复地下水并将待修复地下水传输至注射井进行循环修复。优选地，修复系统可以设置多个修复装置和多个抽提装置安装于不同的待修复区域，并设置至少一个自控装置和废水处理装置对多个修复装置和抽提装置根据实际修复情况进行个性化控制。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种可再利用的地下水营养物质缓释胶囊体，其构造为多层腔室套设的中空囊状结构，包括开口外壳（6），其特征在于，半透膜材质的所述外壳（6）穿设有用于限定地下水在所述胶囊体中定向输送的盐夹层（5），所述外壳（6）内穿设有用于容纳营养物质的开放式储药部（3），所述盐夹层（5）被限定于所述外壳（6）与所述储药部（3）形成的间隙腔室中，其中，

所述盐夹层（5）按照其容纳液体的渗透压高于所述地下水的渗透压，其容纳的水分子能够定向地穿过反渗透膜（4）进入储药部（3），并在所述定向输送过程中能够维持其渗透压的方式设置于所述外壳（6）中。

2.根据权利要求1所述的胶囊体，其特征在于，所述外壳（6）在所述盐夹层（5）的渗透压作用下能够限定所述地下水经所述外壳（6）单向流入所述盐夹层（5）。

3.根据权利要求1所述的胶囊体，其特征在于，所述储药部（3）限定出用于容纳所述盐夹层（5）的间隙腔室的部分腔壁可拆卸设置为反渗透膜（4）。

4.根据权利要求3所述的胶囊体，其特征在于，所述胶囊体能够通过选择不同孔径的所述反渗透膜（4）来控制所述水分子进入所述储药部（3）的速度，进而控制所述营养物质的缓释速度。

5.根据权利要求1所述的胶囊体，其特征在于，所述胶囊体能够通过改变所述盐夹层（5）的渗透压来控制所述反渗透膜（4）的膜通量，进而控制所述营养物质的缓释速度。

6.根据权利要求5所述的胶囊体，其特征在于，所述盐夹层（5）的渗透压随所述盐夹层（5）的吸水率增大而减小，所述反渗透膜（4）的所述膜通量随所述盐夹层（5）的渗透压减小而增大，所述膜通量增大使得所述盐夹层（5）的脱水率增大，从而所述盐夹层（5）能够维持其吸水与脱水的动态平衡。

7.根据权利要求6所述的胶囊体，其特征在于，通孔（2）的孔径按照所述营养物质通过所述通孔（2）单向地排出所述储药部（3）的方式进行设置。

8.根据权利要求7所述的胶囊体，其特征在于，所述储药部（3）中的营养物质按照其分子直径大于水分子直径进行设置。

9.一种利用营养物质缓释胶囊体的污染地下水修复方法，所述方法将可再利用的所述营养物质缓释胶囊体投放于地下水，依靠所述营养物质缓释胶囊体的渗透压驱动所述营养物质缓释至所述地下水中，其特征在于，

构造为多层腔室套设的中空囊状结构的所述营养物质缓释胶囊体设有用于限定地下水在所述营养物质缓释胶囊体中定向输送的盐夹层（5），所述营养物质缓释胶囊体的半透膜材质的开口外壳（6）内穿设有用于容纳营养物质的开放式储药部（3），所述盐夹层（5）被限定于所述外壳（6）与所述储药部（3）形成的间隙腔室中，其中，

所述盐夹层（5）按照其容纳液体的渗透压高于所述地下水渗透压，其容纳的水分子能够定向地穿过反渗透膜（4）进入储药部（3），并在所述定向输送过程中能够维持其渗透压的方式设置于所述营养物质缓释胶囊体中。