CN1974436A - 用复合酶生物促进剂对污染水体进行原位生物修复的方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用复合酶生物促进剂对污染水体进行原位生物修复的方法，根据污水库容量和污染物总量以及外源生活污水和工业废水的排放量确定复合酶生物促进剂的投加剂量和投加方式，其工作流程包括：考察污染水体、分析污水库容量和污染物总量、制定修复计划、建立操作平台、修复强化期、修复巩固期和修复维护期。本发明的优点是：通过恢复水体的自净能力来治理污水，恢复自然生态环境；由于复合酶生物促进剂不含微生物，对水体无毒，因而生态风险低；修复中无需人工曝气，无需再调配修复剂，现场操作简单，无需复杂昂贵的仪器；综合治理费用低，适合于城市缓流型、封闭型黑臭河道或富营养化河道、以及大面积受污染水域的环境治理。
Description
【技术领域】
本发明涉及环境保护技术领域，具体地说，是一种采用复合酶生物促进剂对受污染水体进行原位生物修复的方法，它适合于城市缓流型、封闭型黑臭河道或富营养化河道、以及大面积受污染水域的环境治理。
【背景技术】
据统计，中国目前有90％以上的城市河道受到不同层度的污染。要美化城市、创造和谐、可持续发展的生活环境就要对受污染的水体进行治理。而利用修复原位生物来治理受污染水体是环保领域新近发展起来的一项技术，它是利用特定生物——包括细菌、真菌、原生动物和植物等多种生物、尤其是细菌对污染物具有吸收、转化、清除或降解的作用来实现水体的净化，具有投资少、效益高、环境影响小、最终产物少、可用于常规技术难以治理的污染水体的治理等优点。目前，生物修复技术有多种方法，如原位生物修复法、异位生物修复法、原位-异位联合生物修复法等。由于原位生物修复法无需构筑处理设施，可在受污染水体的原地进行处理，减少了污染治理费用和二次污染，所以为大家所看好，其应用前景非常光明。
水体原位生物修复技术主要有机械曝气、投加外来优势菌种、布设生物膜和投加微生物生长促进剂等方法，它是通过强化生物的净化作用，来提高水体的治理效果。迄今的实践表明，上述方法在国内外的污水治理中取得了显著的成效。但是，它同样也存在一些不足，例如：对污染河道采用曝气复氧船进行充氧，设备昂贵，运行成本过高；投加外来菌种的话，其环境的安全性有待考证，保持高效菌活力的问题也有待解决；而布设生物膜对水体的生态结构和使用功能会造成一定的影响等等。与此相比，投加微生物生长促进剂无需添加大型构筑物，可有效地提高污染水体中微生物的生理活性，加速水体的自净过程，因而更适合受污染水体的原位生物修复。然而，现有的微生物生长促进剂为了保持修复效能的长效性，一般均含有分泌生物活性物质的高效菌，而且主要应用于地下水、蓄水层等微污染的水体，以及受石油、特定有机物污染的水体，其中大多数微生物生长促进剂仍处在研究阶段，工程实例较少。我国华东师范大学采用美国产的水质净化促生液对城市黑臭河道进行的生物修复试验表明，该水质净化促生液对消除水体黑臭、增加水体溶解氧作用明显，但修复工作中需要对多种试剂进行复配，使用和操作过程比较复杂。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无需进行人工曝气、同时能修复上覆水和底泥、具有长效性、生态风险低、操作简便、处理费用低，采用不含微生物的复合酶生物促进剂对受污染水体进行原位生物修复的方法。
针对我国河流、湖泊污染来源复杂，即有外源污染——生活污水和各种工业废水，又有长期淤积形成的底泥带来的内源污染的特点，本发明采用了复合酶生物促进剂对受污染的水体进行原位生物的修复。该复合酶生物促进剂的主要组分为多种生物酶、表面活性剂、营养物质和金属离子等物质，不含菌种，因此，不会影响环境的生物安全性。其对原位生物修复的原理是：通过激活和促进水环境中原有的土著微生物，使水体对排入的污染物具有一定的自净能力，对水体中的污染物进行乳化、降解或分解，消除水体黑臭，同时控制河道底泥中污染物对水体的摄放速率，转化和降解有机污染物，恢复河道底泥的生物活性，使水体向良性的自然状态演替。
本发明采用复合酶生物促进剂对污染水体进行原位生物修复的方法的工作流程为：
考察污染水体→分析污水库容量和污染物总量→制定修复计划、确定复合酶生物促进剂投加剂量和投加方式→建立操作平台→进入修复强化期，包括：强化治理阶段、调整修复阶段、平稳修复阶段→进入修复巩固期→进入修复维护期。
各工作流程具体的内容为：
(1)考察污染水体：在对污染水体进行原位生物修复前，对污染水体进行考察，了解水体污染的具体情况，水体周边工业和生活排放物继续流入的情况及排放物的类别；同时了解水体的边坡和河床的状况。
(2)分析污水库容量和污染物总量：根据水体的几何尺度和主要水质指标，外源生活污水和工业废水的排放量，计算污水库容量和污染物总量。
(3)制定修复计划，确定复合酶生物促进剂投加剂量和投加方式：根据污水库容量和污染物总量制定修复计划，确定复合酶生物促进剂投加剂量和投加方式。
(4)建立操作平台：操作平台由工作船体、马达、储液罐、管道、高压泵、喷射头组成。将复合酶生物促进剂与自来水混合的稀释液置于储液罐内，通过高压泵加压，将储液罐内的复合酶生物促进剂稀释液经喷射头投加入水体中。
(5)修复强化期：需持续工作12个月的时间，它可分为三个阶段来具体实施：
①强化治理阶段，约需持续工作2至3个月的时间，复合酶生物促进剂的投加剂量和投加方式为：0.01～0.1kg复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量(kg/BOD5)，每日分2次投加。
②调整修复阶段，约需持续工作3至4个月的时间，复合酶生物促进剂的投加剂量和投加方式为：0.005～0.05kg复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量(kgBOD5)，每日投加一次。
③平稳修复阶段，需持续工作6个月的时间，复合酶生物促进剂的投加剂量和投加方式为：0.003～0.03kg复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量(kgBOD5)，每日投加一次。
(6)修复巩固期：需持续工作12个月的时间，复合酶生物促进剂在本期的投加剂量、投加方式为：0.002～0.02kg复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量(kgBOD5)，每周投加2～3次。投加的间隔时间视水质的情况而定。
(7)修复维护期：需持续工作12个月的时间，复合酶生物促进剂在本期的投加剂量、投加方式为：0.001～0.01kg复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量(kgBOD5)，每两周投加1次，当水质稳定时，停止投加，同时，人工种植大型水生植物，以及投放适量的水生动物。
本发明的优点是：
(1)长效性。采用复合酶生物促进剂对受污染水体进行原位生物修复的方法是根据水体的污染程度、水力动力学特点、污染物排放量、气象条件等综合因素而进行的污水治理技术，它通过复合酶生物促进剂不同的投加剂量和投加方式，通过恢复水体的自净能力来达到治理污水、改善水质、恢复自然生态环境的目的，因而它具有长效性。
(2)环境安全性。复合酶生物促进剂不含微生物，对水体无毒，不会破坏原来的生态体系，不存在二次污染或污染物转移等问题，因而它具有环境安全性。
(3)可操作性。采用复合酶生物促进剂不必再次或反复调配修复剂，仅需根据水体的污染程度及时调整复合酶生物促进剂的投放剂量和投放方式即可，现场操作简单，无需复杂昂贵的仪器。
(4)无需人工曝气。在原位生物修复过程中，无需向水体进行曝气，溶解痒(D0)可恢复至2.0毫克/升(mg/L)以上，能基本满足水体中好氧生物的需求，促使水体由厌氧或缺氧状态逐渐向好氧的生态系统演变。
(5)综合治理费用较低。采用复合酶生物促进剂对污染水体的治理不仅治表，而且能治本，其综合治理费用较低。第一年，即修复强化期的费用，包括复合酶生物促进剂的费用、人工费、其它材料费不超过2.5元/吨/水，第二年第三年，即修复巩固期和修复维护期的费用更省。相比之下，采用其它方法对污染河道进行治理的费用一般大于10元/吨/水；传统的清淤疏浚调水、淤泥处置的费用约为每次14元/吨/水，如加上投放菌种制剂或建设相关辅助工程，综合费用则更高。
【附图说明】
附图1为本发采用复合酶生物促进剂对受污染水体进行原位生物修复的方法的工作流程框图；
附图2为采用复合酶生物促进剂对受污染水体进行原位生物修复的操作平台示意图；
附图3为复合酶生物促进剂的一种高压投放操作示意图。
图中所述的标号分别为：1、载体平台，2、马达，3、储液罐，4、管道，5、高压泵，6、喷射头，7、底泥，8、水体。
【具体实施方式】
目前，修复前污染水体的表观和主要水质指标通常为：水体呈黑臭现象，透明度小于5公分，生物种类单一，大型水生动植物消失或很少，pH值呈弱酸性，溶解氧(D0)小于1.0毫克/升(mg/l)，化学耗氧量(CODcr)和生物需氧量(BOD5)最高可达150～200毫克/升(mg/l)和100毫克/升(mg/l)，氨氮和无机磷最高可达100毫克/升(mg/l)和10.0毫克/升(mg/l)。
参见附图1。在考察治理水体、分析污水库容量和污染物总量、制定修复计划的步骤中，必须在原位生物修复前对将治理的污染水体进行充分的考察，确定其污水库容量和污染物总量来，是否有污染物继续流入，有什么污染物在继续流入，同时要了解水体的边坡和床底的状况，是属于天然的，还是人工的，或者是两者相结合的情况；然后，根据情况制定相应的修复计划，确定复合酶生物促进剂投加剂量、投加方式。
制定修复计划时应考虑的要素包括：
①若水体的边界是人工硬质材料构成的，由于附着的微生物数量和种类将低于自然边界，修复进程减缓，复合酶生物促进剂的投加剂量应稍大。
②当水体底泥淤积严重，黑色浮泥层达到50cm以上、水体恶臭气味严重、水体表面有大量浮油时，复合酶生物促进剂投加剂量应较大，同时要调整相应的投加方式：用高压泵，利用喷射头直接在底泥表面喷洒复合酶生物促进剂，控制底泥中污染物的释放；利用喷射头在油污处或气味严重区域将复合酶生物促进剂直接喷洒到水面，迅速乳化分解水面油污，促进水体复氧，消除恶臭。
③在冬季气温较低时，微生物新陈代谢的能力下降，但与此同时，底泥对上覆水的污染物释放量也会降低，因此，在没有大量污染物突然排入冲击水体的情况下，复合酶生物促进剂的投加剂量可以少些。
④在夏季气温较高时，由于在前期修复的基础上，微生物生长比较活跃，底泥对上覆水的污染物释放量大幅增加，在此情况下，复合酶生物促进剂的投加剂量不宜过大。
⑤当降雨较多时，污染物和泥沙将随雨水一起进入水体，造成水体透明度下降。同时，由于在阴雨天水体自身的复氧效果较差，为防止微生物和大型水生动物死亡，应增加复合酶生物促进剂的投加量和投加次数。
建立原位生物修复操作平台的步骤参见附图2。所述的操作平台应根据水体的深度、宽度以及复合酶生物促进剂的投加量来确定规模和平台的水上结构。通常，该操作平台的载体平台1可以是一个工作船体，也可以是一只浮筏，在载体平台1的后面安装有起驱动作用的马达2，在载体平台1上设置有储放复合酶生物促进剂稀释液的储液罐3、高压泵5、喷射头6，以及连接储液罐3、高压泵5、喷射头6的管道4。
在进行复合酶生物促进剂稀释前，应将储液罐3注入自来水，敞开盖子放置12小时以上，让水中残留的氯气放出；也可以采用未污染或微污染的河水，然后再在储液罐3内加入规定的复合酶生物促进剂，并使其与水均匀混合。喷洒前，要确保有足够量的复合酶生物促进剂能够喷洒到整个修复水体的水域，调整好复合酶生物促进剂稀释液的喷洒量后才能开始进行喷洒。
参见附图3。当水体底泥淤积严重，黑色浮泥层达到50cm以上、水体恶臭气味严重时，可将喷射头6置于水面以下、底泥7表面以上20～30cm处喷洒复合酶生物促进剂稀释液。
修复强化期：本修复期的工作要点是针对严重污染的水体进行紧急治理，调整和稳定污染状况，消除黑臭现象，改善水体表观，增加水体的溶解氧，大幅度降低主要污染物指标，基本恢复土著微生物的净化功能。本修复期的工作目标是：基本消除水体黑臭现象，提高水体的透明度至20公分以上，增加溶解氧水平，有机污染负荷削减50％以上。
本修复期需持续12个月的时间，分三个阶段具体实施：
①强化治理阶段，约需持续2至3个月的时间，本阶段主要针对水体的严重污染状况进行紧急治理，投药量较大，要基本消除黑臭现象，大幅度提升溶解氧，在一定程度上削减主要污染物，初步恢复土著微生物的净化功能。复合酶生物促进剂的投加剂量为：0.01～0.1kg复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量(kgBOD5)，每日分2次投加。
②调整修复阶段，约需持续3至4个月的时间，本阶段主要是在强化治理阶段的基础上，根据水体的实际变化，逐步调整投药量，维持溶解氧的水平，继续消除黑臭，进一步降低主要污染物指标及恢复土著微生物的净化功能；复合酶生物促进剂的投加剂量为：0.005～0.05kg复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量(kgBOD5)，每日投加一次。
③平稳修复阶段，需持续6个月的时间，本阶段的主要工作在于对水体进行稳态修复，尽可能地继续降低主要污染物指标，基本恢复土著微生物的净化功能，复合酶生物促进剂的投入量可调整到较低水平，为0.003～0.03kg复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量(kgBOD5)，每日投加一次。
修复巩固期：本修复期的工作目标为：治理的水体逐渐转为良性的自然生态体系，水体生物呈多样性，出现微生物、鱼类和高等水生植物。本修复期需持续工作12个月的时间，其工作的要点是，在修复强化期的基础上，将复合酶生物促进剂的持续投入改为间歇投加，巩固修复的成果，复合酶生物促进剂的投入量为：0.002～0.02kg复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量(kgBOD5)，每周投加2～3次。
修复维护期：本修复期的工作目标为：治理水体的氮磷含量下降50～75％，水体透明度提高至50～80公分，水质清新，水质指标值达到五类或接近五类水标准，自然生态景观初步恢复。本修复期需持续工作12个月的时间，其工作的要点是，在保证水体水质符合五类水标准的前提下，逐步削减复合酶生物促进剂的投加量直至完全停止投加，同时，要尽可能地利用水生植物和水生动物来改善和提升水体的净化功能，在水体中形成一定数量的水生动植物群，恢复水体的自然生物群落。复合酶生物促进剂的投入量为：0.001～0.01kg复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量(kgBOD5)，每两周投加1次，当水质稳定时，停止投加复合酶，人工种植大型水生植物，如菖蒲、芦苇、水生美人蕉等，以及投放适量的水生动物，如螺蛳等底栖动物。
天然水体的修复很大程度上受制于外部环境的影响，例如：季节的交替而引起的温度的变化，尤其是暴雨季节的降水过程，以及潮汐作用、风力作用、点污染排放的瞬间冲击负荷等，因此，在水体的原位生物修复过程中应随时关注外部环境的变化，及时对复合酶生物促进剂的投加量和投加方式做出必要的调整。
Claims (9)
1、采用复合酶生物促进剂对污染水体进行原位生物修复的方法，包含考察污染水体，分析污水库容量和污染物总量，制定修复计划、确定复合酶生物促进剂投加剂量和投加方式的工作流程，其特征在于，还包括建立操作平台，进入修复强化期，进入修复巩固期和进入修复维护期的工作流程；所述的修复强化期包括强化治理阶段、调整修复阶段和平稳修复阶段；所述流程的主要内容为：
——建立操作平台：操作平台由载体平台、马达、储液罐、管道、高压泵、喷射头组成；
——修复强化期：需持续工作12个月的时间，分三个阶段来实施：
①强化治理阶段，需持续工作2至3个月的时间，复合酶生物促进剂的投加剂量和投加方式为：0.01～0.1公斤复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量，每日分2次投加；
②调整修复阶段，需持续工作3至4个月的时间，复合酶生物促进剂的投加剂量和投加方式为：0.005～0.05公斤复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量，每日投加一次；
③平稳修复阶段，需持续工作6个月的时间，复合酶生物促进剂的投加剂量和投加方式为：0.003～0.03公斤复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量，每日投加一次；
——修复巩固期：需持续工作12个月的时间，复合酶生物促进剂在本期的投加剂量、投加方式为：0.002～0.02公斤复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量，每周投加2～3次；
——修复维护期：需持续工作12个月的时间，复合酶生物促进剂在本期的投加剂量、投加方式为：0.001～0.01公斤复合酶生物促进剂/公斤生物需氧量，每二周投加1次。
2、根据权利要求1所述的采用复合酶生物促进剂对污染水体进行原位生物修复的方法，其特征在于，复合酶生物促进剂稀释前，应将储液罐注入自来水，敞开盖子放置12小时以上，让水中残留的氯气放出；然后再在储液罐内加入复合酶生物促进剂，使其与水均匀混合。
3、根据权利要求1所述的采用复合酶生物促进剂对污染水体进行原位生物修复的方法，其特征在于，在水体的边界是人工硬质材料构成的情况下，复合酶生物促进剂的投加剂量应稍大。
4、根据权利要求1所述的采用复合酶生物促进剂对污染水体进行原位生物修复的方法，其特征在于，当冬季气温较低时，复合酶生物促进剂的投加剂量可以少些。
5、根据权利要求1所述的采用复合酶生物促进剂对污染水体进行原位生物修复的方法，其特征在于，当夏季气温较高时，复合酶生物促进剂的投加剂量不宜过大。
6、根据权利要求1所述的采用复合酶生物促进剂对污染水体进行原位生物修复的方法，其特征在于，在降雨较多的季节，应增加复合酶生物促进剂的投加剂量和投加次数。
7、根据权利要求1所述的采用复合酶生物促进剂对污染水体进行原位生物修复的方法，其特征在于，当水体底泥淤积严重，黑色浮泥层达到50公分以上、水体恶臭气味严重时，将喷射头置于水面以下、底泥表面以上20～30公分处喷洒复合酶生物促进剂。
8、根据权利要求1所述的采用复合酶生物促进剂对污染水体进行原位生物修复的方法，其特征在于，当水体表面有大量浮油时，用喷射头在油污处直接喷洒复合酶生物促进剂。
9、根据权利要求1或所述的采用复合酶生物促进剂对污染水体进行原位生物修复的方法，其特征在于，在所述的修复维护期，当水质稳定时，停止投加复合酶生物促进剂，人工种植大型水生植物，投放水生动物。
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