一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺的制作方法
一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，包括以下步骤：S1、向底泥投加乙酸钠；S2、向底泥投加硝酸钙。本发明的有益效果是：首先，向底泥投加乙酸钠，乙酸钠的投加给底泥中的微生物提供了可利用的碳源，微生物大量繁殖生长的同时也诱发出可降解PAHs（多环芳烃）和TPH（土壤中总石油烃污染）的生物酶，在酶促反应下，通过产甲烷过程和硫酸盐还原过程，PAHs和TPH得以快速地降解去除；其次，向底泥投加硝酸钙，加入的硝酸钙同时具有继续降解低分子量有机物的作用，且对于低分子量有机物有较好的去除效果；通过两次投药的协同作用，最终达到降解不同分子量有机物的目的，完成底泥中难降解有机物的去除目标。
【专利说明】—种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及河道底泥修复，尤其涉及河道底泥修复中的一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺。
【背景技术】
[0002]底泥是河道生态系统的重要组成部分之一，不仅是河流中营养物质循环的重要环节，也是污染物的主要蓄积地。相当一部分难降解有机污染物通过吸附、沉淀等化学或物理作用附着于泥沙上，形成底泥污染。底泥和水体之间存在物质交换的动态平衡，在一定条件下底泥中的污染物可以通过解吸、溶解、生物分解等作用向上覆水体释放，是水体二次污染的重要来源。因此，在控制污染物排放的同时，对受污染底泥的整治是城市河道水体污染综合治理的重要组成部分，也是从根本上解决水体污染问题的重要途径之一。在难降解有机物中，PAHs和TPH是含量较高，并且分布较广的两种有机物。目前，针对底泥有机物的去除技术主要分为异位修复和原位修复。其中，原位控制和修复技术因不需要开挖疏浚且很少产生二次污染而具有明显优势，能以更加环境友好的方式满足城市河道污染治理及生态恢复的需求，因此受到越来越多的关注和研究。土著微生物或人工驯化微生物的代谢作用将有机污染物分解或转化成无害物质，对于去除底泥中难降解有机物来说，是一种有效的、廉价的且环境友好的方法。但是生物修复技术也存在着生物降解速度慢且不彻底，以及难降解有机物的生物可利用性差这两大难题。
[0003]针对上述问题，目前已有生物强化与生物刺激这两种生物修复手段。生物强化是通过投加具有高效降解能力的微生物菌群来提高底泥中有机污染物的降解效率。但该法会引入外源微生物，导致潜在危害。生物刺激是通过改善底泥环境以促进土著微生物的繁殖和生长，提高微生物活性，从而提高有机污染物的去除效果。这其中，通过加入营养物质，利用微生物的共代谢作用降解有机污染物，是比较可行的一种方法。
[0004]以上技术虽然取得了一定的成功，但可加入的营养物质种类繁多，投加量波动范围大，而且，受有机污染的底泥大多处于厌氧状态，在利用微生物厌氧降解作用去除有机物的同时，可能会产生其他不利的环境影响，比如底泥还原状态的加重，硫化氢和还原性硫化物的产生造成底泥黑臭，厌氧代谢产生的大量气体释放造成表层底泥再悬浮等问题。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种去除城市河道底泥中难降解有机物、改善底泥黑臭状态的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺。
[0006]本发明提供了一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，包括以下步骤:
51、向底泥投加乙酸钠；
52、向底泥投加硝酸钙。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述步骤SI为:向底泥投加乙酸钠和铁粉。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述步骤SI为:在厌氧环境下，向底泥投加乙酸钠和铁粉。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2为:反应I 一 12个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2为:反应I 一 6个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2为:反应I 一 3个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2为:反应2 — 3个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0013]本发明的有益效果是:通过上述方案，向底泥投加乙酸钠，乙酸钠的投加给底泥中的微生物提供了可利用的碳源，微生物大量繁殖生长的同时也诱发出可降解PAHs (多环芳烃)和TPH (土壤中总石油烃污染)的生物酶，在酶促反应下，通过产甲烷过程和硫酸盐还原过程，PAHs和TPH得以快速地降解去除；第一次投药结束后，底泥当中的高分子量有机物被直接降解或变成低分子量有机物，此时，向底泥投加硝酸钙，加入的硝酸钙同时具有继续降解低分子量有机物的作用，且对于低分子量有机物有较好的去除效果；通过两次投药的协同作用，最终达到降解不同分子量有机物的目的，完成底泥中难降解有机物的去除目标。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺的投药流程示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合【专利附图】
【附图说明】及【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0016]如图1所示，一种原位修复受有机物污染黑臭底泥(尤其是包含多环芳烃(PAHs)和总石油烃(TPH)等难降解有机物)的生物化学联用工艺，包括以下步骤:
51、向底泥投加乙酸钠；
52、向底泥投加硝酸钙。
[0017]所述步骤SI优选为:向底泥投加乙酸钠和铁粉。
[0018]所述步骤SI优选为:在厌氧环境下，向底泥投加乙酸钠和铁粉。
[0019]厌氧环境中，乙酸钠作为共基质，促进了微生物对有机物的降解作用。铁粉的存在对硫化氢的产生具有抑制作用。
[0020]其原理如下:
CH3COCT+ H2O ==> CH4 + HCO3-(产甲烷过程)
CH3C00_ + S042_ ==> HS_ + 2HC03 (硫酸盐还原过程)
乙酸钠的作用机理:乙酸钠的投加给底泥中的微生物提供了可利用的碳源，微生物大量繁殖生长的同时也诱发出可降解PAHs和TPH的生物酶，通过产甲烷过程和硫酸盐还原过程，PAHs和TPH得以快速地降解去除。
[0021]Fe+H2S — FeS+H2铁以及铁反应产生的单独投加Fe2+、单独投加FeOOH等物质均能与硫化氢反应，从而消耗部分硫化氢；或者是铁的某些反应产物会抑制硫酸盐还原菌的代谢，从而对硫化氢的产生有所抑制。
[0022]所述步骤S2优选为:反应I — 12个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0023]所述步骤S2优选为:反应I 一 6个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0024]所述步骤S2优选为:反应I 一 3个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0025]所述步骤S2优选为:反应2 — 3个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0026]所述步骤S2优选为:反应2个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0027]所述步骤S2优选为:反应3个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0028]反应2-3个月后，底泥中的有机物浓度降到较低水平，此时在底泥中投加硝酸钙，改善底泥的氧化还原环境，解决底泥黑臭的问题。
[0029]8N0f +5MeS+6H20 — 2H++4N2+5S042>5Me (OH) 2
投加硝酸钙能有效去除底泥中AVS (酸性挥发性硫化物)，硝酸钙能将AVS氧化后生成硫酸根离子。
[0030]第一次投药结束后，底泥当中的高分子量有机物被直接降解或变成低分子量有机物，此时，向底泥投加硝酸钙，加入的硝酸钙对于提高底泥环境的氧化还原电位、改善底泥黑臭有明显效果，同时具有继续降解低分子量有机物的作用；通过两次投药的协同作用，最终达到降解污染底泥中难降解有机物、改善底泥黑臭的目的，完成受有机物污染黑臭底泥修复的目标。
[0031]本发明提供的一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，向底泥投加乙酸钠，乙酸钠的投加给底泥中的微生物提供了可利用的碳源，微生物大量繁殖生长的同时也诱发出可降解PAHs (多环芳烃)和TPH (总石油烃)等难降解有机物的生物酶，通过产甲烷过程和硫酸盐还原过程，PAHs和TPH等难降解有机物得以快速地降解去除，同时投加的铁粉能有效控制有机物降解过程中可能同时产生的硫化氢并作为电子供体促进有机物的降解；投加乙酸钠和铁粉一段时间后，底泥当中的高分子量有机物被直接降解或变成低分子量有机物，此时，向底泥投加硝酸钙，加入的硝酸钙对于提高底泥环境的氧化还原电位、改善底泥黑臭有明显效果，且具有继续降解低分子量有机物的作用；通过两次投药的协同作用，最终达到降解污染底泥中难降解有机物、改善底泥黑臭的目的，完成受有机物污染黑臭底泥修复的目标。
[0032]与传统工艺相比，本发明提供的一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺具有以下优点:
1、投入费用低。原位修复不需要对底泥进行过多的干预，只需投加适量的化学药剂，利用底泥中土著微生物的天然降解能力，即可达到修复的目的。
[0033]2、修复效果好。联合投加乙酸钠、铁粉和硝酸钙对气体、上覆水和底泥环境均有较好的修复效果，乙酸钠、铁粉和硝酸钙各自发挥了优点，明显提高了有机物的去除效率，抑制硫化氢等致臭物质的释放，降低了上覆水二次污染的风险，改善了底泥的氧化还原环境，解决了底泥黑臭问题。
[0034]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，包括以下步骤: 51、向底泥投加乙酸钠； 52、向底泥投加硝酸钙。
2.根据权利要求1所述的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，所述步骤SI为:向底泥投加乙酸钠和铁粉。
3.根据权利要求1所述的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，所述步骤Si为:在厌氧环境下，向底泥投加乙酸钠和铁粉。
4.根据权利要求1所述的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，所述步骤S2为:反应I 一 12个月后，向底泥投加硝酸钙。
5.根据权利要求1所述的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，所述步骤S2为:反应I 一 6个月后，向底泥投加硝酸钙。
6.根据权利要求1所述的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，所述步骤S2为:反应I 一 3个月后，向底泥投加硝酸钙。
7.根据权利要求1所述的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，所述步骤S2为:反应2 — 3 个月后，向底泥投加硝酸钙。
【文档编号】C02F11/00GK104071957SQ201410316194
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】刘彤宙, 王宏杰, 董文艺, 吴小菁 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院
【专利摘要】本发明提供了一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，包括以下步骤：S1、向底泥投加乙酸钠；S2、向底泥投加硝酸钙。本发明的有益效果是：首先，向底泥投加乙酸钠，乙酸钠的投加给底泥中的微生物提供了可利用的碳源，微生物大量繁殖生长的同时也诱发出可降解PAHs（多环芳烃）和TPH（土壤中总石油烃污染）的生物酶，在酶促反应下，通过产甲烷过程和硫酸盐还原过程，PAHs和TPH得以快速地降解去除；其次，向底泥投加硝酸钙，加入的硝酸钙同时具有继续降解低分子量有机物的作用，且对于低分子量有机物有较好的去除效果；通过两次投药的协同作用，最终达到降解不同分子量有机物的目的，完成底泥中难降解有机物的去除目标。
【专利说明】—种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及河道底泥修复，尤其涉及河道底泥修复中的一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺。
【背景技术】
[0002]底泥是河道生态系统的重要组成部分之一，不仅是河流中营养物质循环的重要环节，也是污染物的主要蓄积地。相当一部分难降解有机污染物通过吸附、沉淀等化学或物理作用附着于泥沙上，形成底泥污染。底泥和水体之间存在物质交换的动态平衡，在一定条件下底泥中的污染物可以通过解吸、溶解、生物分解等作用向上覆水体释放，是水体二次污染的重要来源。因此，在控制污染物排放的同时，对受污染底泥的整治是城市河道水体污染综合治理的重要组成部分，也是从根本上解决水体污染问题的重要途径之一。在难降解有机物中，PAHs和TPH是含量较高，并且分布较广的两种有机物。目前，针对底泥有机物的去除技术主要分为异位修复和原位修复。其中，原位控制和修复技术因不需要开挖疏浚且很少产生二次污染而具有明显优势，能以更加环境友好的方式满足城市河道污染治理及生态恢复的需求，因此受到越来越多的关注和研究。土著微生物或人工驯化微生物的代谢作用将有机污染物分解或转化成无害物质，对于去除底泥中难降解有机物来说，是一种有效的、廉价的且环境友好的方法。但是生物修复技术也存在着生物降解速度慢且不彻底，以及难降解有机物的生物可利用性差这两大难题。
[0003]针对上述问题，目前已有生物强化与生物刺激这两种生物修复手段。生物强化是通过投加具有高效降解能力的微生物菌群来提高底泥中有机污染物的降解效率。但该法会引入外源微生物，导致潜在危害。生物刺激是通过改善底泥环境以促进土著微生物的繁殖和生长，提高微生物活性，从而提高有机污染物的去除效果。这其中，通过加入营养物质，利用微生物的共代谢作用降解有机污染物，是比较可行的一种方法。
[0004]以上技术虽然取得了一定的成功，但可加入的营养物质种类繁多，投加量波动范围大，而且，受有机污染的底泥大多处于厌氧状态，在利用微生物厌氧降解作用去除有机物的同时，可能会产生其他不利的环境影响，比如底泥还原状态的加重，硫化氢和还原性硫化物的产生造成底泥黑臭，厌氧代谢产生的大量气体释放造成表层底泥再悬浮等问题。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种去除城市河道底泥中难降解有机物、改善底泥黑臭状态的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺。
[0006]本发明提供了一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，包括以下步骤:
51、向底泥投加乙酸钠；
52、向底泥投加硝酸钙。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述步骤SI为:向底泥投加乙酸钠和铁粉。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述步骤SI为:在厌氧环境下，向底泥投加乙酸钠和铁粉。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2为:反应I 一 12个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2为:反应I 一 6个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2为:反应I 一 3个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2为:反应2 — 3个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0013]本发明的有益效果是:通过上述方案，向底泥投加乙酸钠，乙酸钠的投加给底泥中的微生物提供了可利用的碳源，微生物大量繁殖生长的同时也诱发出可降解PAHs (多环芳烃)和TPH (土壤中总石油烃污染)的生物酶，在酶促反应下，通过产甲烷过程和硫酸盐还原过程，PAHs和TPH得以快速地降解去除；第一次投药结束后，底泥当中的高分子量有机物被直接降解或变成低分子量有机物，此时，向底泥投加硝酸钙，加入的硝酸钙同时具有继续降解低分子量有机物的作用，且对于低分子量有机物有较好的去除效果；通过两次投药的协同作用，最终达到降解不同分子量有机物的目的，完成底泥中难降解有机物的去除目标。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺的投药流程示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合【专利附图】
【附图说明】及【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0016]如图1所示，一种原位修复受有机物污染黑臭底泥(尤其是包含多环芳烃(PAHs)和总石油烃(TPH)等难降解有机物)的生物化学联用工艺，包括以下步骤:
51、向底泥投加乙酸钠；
52、向底泥投加硝酸钙。
[0017]所述步骤SI优选为:向底泥投加乙酸钠和铁粉。
[0018]所述步骤SI优选为:在厌氧环境下，向底泥投加乙酸钠和铁粉。
[0019]厌氧环境中，乙酸钠作为共基质，促进了微生物对有机物的降解作用。铁粉的存在对硫化氢的产生具有抑制作用。
[0020]其原理如下:
CH3COCT+ H2O ==> CH4 + HCO3-(产甲烷过程)
CH3C00_ + S042_ ==> HS_ + 2HC03 (硫酸盐还原过程)
乙酸钠的作用机理:乙酸钠的投加给底泥中的微生物提供了可利用的碳源，微生物大量繁殖生长的同时也诱发出可降解PAHs和TPH的生物酶，通过产甲烷过程和硫酸盐还原过程，PAHs和TPH得以快速地降解去除。
[0021]Fe+H2S — FeS+H2铁以及铁反应产生的单独投加Fe2+、单独投加FeOOH等物质均能与硫化氢反应，从而消耗部分硫化氢；或者是铁的某些反应产物会抑制硫酸盐还原菌的代谢，从而对硫化氢的产生有所抑制。
[0022]所述步骤S2优选为:反应I — 12个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0023]所述步骤S2优选为:反应I 一 6个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0024]所述步骤S2优选为:反应I 一 3个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0025]所述步骤S2优选为:反应2 — 3个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0026]所述步骤S2优选为:反应2个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0027]所述步骤S2优选为:反应3个月后，向底泥投加硝酸钙。
[0028]反应2-3个月后，底泥中的有机物浓度降到较低水平，此时在底泥中投加硝酸钙，改善底泥的氧化还原环境，解决底泥黑臭的问题。
[0029]8N0f +5MeS+6H20 — 2H++4N2+5S042>5Me (OH) 2
投加硝酸钙能有效去除底泥中AVS (酸性挥发性硫化物)，硝酸钙能将AVS氧化后生成硫酸根离子。
[0030]第一次投药结束后，底泥当中的高分子量有机物被直接降解或变成低分子量有机物，此时，向底泥投加硝酸钙，加入的硝酸钙对于提高底泥环境的氧化还原电位、改善底泥黑臭有明显效果，同时具有继续降解低分子量有机物的作用；通过两次投药的协同作用，最终达到降解污染底泥中难降解有机物、改善底泥黑臭的目的，完成受有机物污染黑臭底泥修复的目标。
[0031]本发明提供的一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，向底泥投加乙酸钠，乙酸钠的投加给底泥中的微生物提供了可利用的碳源，微生物大量繁殖生长的同时也诱发出可降解PAHs (多环芳烃)和TPH (总石油烃)等难降解有机物的生物酶，通过产甲烷过程和硫酸盐还原过程，PAHs和TPH等难降解有机物得以快速地降解去除，同时投加的铁粉能有效控制有机物降解过程中可能同时产生的硫化氢并作为电子供体促进有机物的降解；投加乙酸钠和铁粉一段时间后，底泥当中的高分子量有机物被直接降解或变成低分子量有机物，此时，向底泥投加硝酸钙，加入的硝酸钙对于提高底泥环境的氧化还原电位、改善底泥黑臭有明显效果，且具有继续降解低分子量有机物的作用；通过两次投药的协同作用，最终达到降解污染底泥中难降解有机物、改善底泥黑臭的目的，完成受有机物污染黑臭底泥修复的目标。
[0032]与传统工艺相比，本发明提供的一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺具有以下优点:
1、投入费用低。原位修复不需要对底泥进行过多的干预，只需投加适量的化学药剂，利用底泥中土著微生物的天然降解能力，即可达到修复的目的。
[0033]2、修复效果好。联合投加乙酸钠、铁粉和硝酸钙对气体、上覆水和底泥环境均有较好的修复效果，乙酸钠、铁粉和硝酸钙各自发挥了优点，明显提高了有机物的去除效率，抑制硫化氢等致臭物质的释放，降低了上覆水二次污染的风险，改善了底泥的氧化还原环境，解决了底泥黑臭问题。
[0034]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，包括以下步骤: 51、向底泥投加乙酸钠； 52、向底泥投加硝酸钙。
2.根据权利要求1所述的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，所述步骤SI为:向底泥投加乙酸钠和铁粉。
3.根据权利要求1所述的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，所述步骤Si为:在厌氧环境下，向底泥投加乙酸钠和铁粉。
4.根据权利要求1所述的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，所述步骤S2为:反应I 一 12个月后，向底泥投加硝酸钙。
5.根据权利要求1所述的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，所述步骤S2为:反应I 一 6个月后，向底泥投加硝酸钙。
6.根据权利要求1所述的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，所述步骤S2为:反应I 一 3个月后，向底泥投加硝酸钙。
7.根据权利要求1所述的原位修复受有机物污染黑臭底泥的生物化学联用工艺，其特征在于，所述步骤S2为:反应2 — 3 个月后，向底泥投加硝酸钙。
【文档编号】C02F11/00GK104071957SQ201410316194
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】刘彤宙, 王宏杰, 董文艺, 吴小菁 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院
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