一种多通道高效生物填料及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种多通道高效生物填料。它是通过筛选高效脱磷除氮菌种和通过基因工程构建高效降解机有污染物的菌种，复配有粉煤灰物质，硅酸盐、粘土以及掺入提高硬结强度外加剂，制成含有多通道形状的高效生物填料。本产品置于河道、湖泊池底或者作为湿地的基质，产品中的粉煤灰、火山岩等物质够吸附水中氮磷、微量有机污染物等水底或者池底有害物质、补充水体微量元素，产品中微生物能够降解被吸付的物质，去除水体COD（化学需要氧量）、氨氮，总氮、总磷和浊度，明显改善水体pH、提高水体透明度，对河道、湖泊和湿地等水体的水质净化起到良好的效果。
【专利说明】一种多通道高效生物填料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及湖泊、河道和湿地修复领域的物理、化学和生物的综合技术。更具体地 说是一种多通道形状的高效生物填料及其应用。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着工业的发展和人口的集中，人们对河道、湖泊的污染也越来越严重， 具体表现在生活垃圾、各种废水、农畜牧业垃圾等含有的大量的内分泌干扰物（Endocrine Disrupting Chemicals, EDCs)、阴离子表面活性剂（Linear Alkylbenzene Sulphonates, LAS)、药物及个人护理用品（Pharmaceutical and Personal Care Products, PPCPs)直 接排入河道和湖泊中，从而造成水体的污染和富营养化。同时，各地出现大量的化学工业 园区，化工工业园区产生的废水含有大量多环芳经（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs )、苯系物质等污染物。由于这些新兴污染物质和多环芳烃和苯系物质在全世界的广泛 存在及其处理好坏将直接影响人体健康和受纳水体的水质，因此越来越多的科学研究正指 向这些污染物质。
[0003] 河道、湖泊中水体的污染和富营养化程度严重，造成水生植物蓝藻暴发，水体变黑 臭，环境恶化对城市居民的健康和城市生态安全构成了严重威胁。工业园区的湿地有机污 染物得不到降解和去除，直接排放河流同样会造成河道湖泊的危害。对湖泊、河道领域和湿 地领域进行修复治理已是社会经济发展与城市景观生态环境建设的迫切需要。
[0004] 如何恢复河流和湖泊原有生态结构，目前国内外传统城市河道治理主要采用物理 化学等手段，这些方法尽管有效，效果随着时间推移又会变差，消耗大量的人力财力。且化 学方法易对环境产生二次污染，则不宜使用。利用粉煤灰、火山岩、砾石粒料和工业废渣等 物质作为微生物载体制成的高效生物填料辅助其他治理手段能彻底根本改善水质，高效生 物填料具有耐久性、耐腐蚀性和稳定性，其独特的性能是其它材料不可替代的。该方法效果 好、无二次污染。从社会效益上看---高效生物填料项目既能充分利用粉煤灰等工业废渣， 减少环境污染、节能降耗、废为宝、保护土地资源。产品作为湿地基质放置于湿地中上层，也 可以放置于河道和湖泊底部。高效生物填料的疏松多孔的基质(如火山岩等)可以为微生物 提供较大的附着面积，为微生物附着、生长和降解有机污染物提供微环境空间。矿渣和火山 岩基质还能为微生物提供微量元，利于形成大量生物膜，基质通过吸附污染物不仅可以降 低出水浓度，还通过这种固定污染物的方式，提高污染物与微生物的接触时间，利于污染物 被降解去除，高效生物填料中存在吸附和生物降解的协同作用，微生物降解使得填料具有 存在持续的吸附能力，随着运行时间的延长，截留比例将会下降，而微生物去除的比例将会 上升。对河道、湖泊湿地等水体的水质净化起到良好的效果。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种河道、湖泊和湿地生态修复方法，利用高效生物填料对 河道湖泊和湿地进行生态修复，抗外界干扰的能力增强，系统能稳定持续维持较好状态。
[0006] 本发明公开的技术内容如下： 一种多通道高效生物填料，其特征在于它是有下述重量份数的原料组成： 复合粘土 1-3份；外加剂 0.04-0. 05份； 粉状菌剂2-4份 复合砂石2-6份 硅酸盐 1-2份 所述的粉状菌剂指的是由芽孢杆菌、副球菌、絮凝菌组成； 所述的复合粘土指的是由粘土与炉渣、矿渣、粉煤、沸石粉组成； 所述的外加剂指的是混凝土外加剂(市场均有销售，混凝土外加剂中的引气剂)，按 0. 04-0. 05份混合料重量比，用喷雾装置均匀的喷洒在混合料中，在制作填料过程中可以在 混合物搅拌过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡。
[0007] 所述的复合砂石指的是由砾石、火山岩、炉渣组成。
[0008] 优选的原料组成： 复合粘土 3份； 外加剂 0.05份； 粉状菌剂 2份 复合砂石 5份； 硅酸盐2份； 所述的粉状菌剂指的是由芽孢杆菌、副球菌、絮凝菌组成；其中芽孢杆菌：副球菌：絮 凝菌的重量份数比为5:3:1; 所述的外加剂指的是混凝土外加剂(市场均有销售，混凝土外加剂中的外加引气剂)， 按0.05份混合料重量比，用喷雾装置均匀的喷洒在混合料中； 所述的复合粘土指的是由粘土与炉渣、矿渣、粉煤、沸石粉组成；其中粘土：炉渣：矿 渣：粉煤：沸石粉的重量份数比为2 :2 :2 :2 :1 ; 所述的复合砂石指的是由砾石：火山岩：炉渣组成；其中砾石：火山岩：炉渣的重量份 数比为1 :1 :1。
[0009] 本发明进一步公开了多通道高效生物填料粉状菌剂的制备方法如下： (1) 条件控制：不同菌分别利用300吨的发酵罐发酵，其中溶氧控制lmg-5mg/L，低于该 范围搅拌器转速和曝气量自动提高；pH设置为6-8 ;温度控制在30°C，超过范围，自动调节 保温装置的热水和冷水阀门； (2) 培养基成分为=(NH4)2SO4 I g/L，K2HPO4 0.3 g/L，KH2PO4 0.7 g/L，MgSO4 0.05 区/1，酵母抽提物0.5 8/1，蛋白胨0.58/1，？!1为6-8，似(：1为0.75 8/1，其中微量元素 0.02-0. 04g/L〇
[0010] (3)发酵后液体用离心机离心，上清弃掉，沉淀后的菌体参入复合粘土，其中复合 粘土 ：菌的重量分数比为1 :2,制作为菌的粉剂。
[0011] (4)制成多种类的菌剂后，在制作多通道高效生物填料中按照不同比例添加不同 量的菌剂。
[0012] 本发明更进一步公开了多通道高效生物填料的制备方法，其特征在于按如下的步 骤进行： (1) 将松散颗粒的复合粘土过80目筛选备用；其中粘土：炉渣：矿渣：粉煤：沸石粉的 重量份数比为2 :2 :2 :2 :1 ; (2) 复合砂石粒径为0. 5cm的备用；其中砾石：火山岩：炉渣的重量份数比为1 :1 :1 ; (3) 将不同的三类菌按照芽孢杆菌、副球菌、絮凝菌按照重量份数比为5 :3 :1制成粉状 菌剂备用； (4) 当砂土含水率为3-5% (w/w)，成型时的用水量为10% ;若原料细砂过多，则降至8% (w/w)； (5) 将步骤（1) - (3)制成的粉剂、硅酸盐和外加剂(市场均有销售，混凝土外加剂中的 外加引气剂）按照比例混配，湿混料时间以物料不结块为宜，混合好的料存放时间以2-5小 时。混料时间长就能混均匀。干混料20分钟比10分钟的强度提高15 - 23% ;湿混料时间 以物料不结块为宜。混合好的料存放时间以2小时左右为宜，时间太长或太短。
[0013] (6)自然养护7-10天形成多通道高效生物填料；相当于28天龄期强度的67- 90% ;28天龄期强度为一个季度龄期强度的80- 95%。
[0014] 本发明更进一步公开了多通道高效生物填料在水质净化方面、在改善水体pH、提 高水体透明度方、在河道、湿地和池塘清淤后微生物水质净化方面的应用。
[0015] 本发明的优点及效果：本发明一次性使用，经过适当调整与完善，河道湖泊和湿地 水体系统将自我持续运行，降低人为维护及修复成本。修复后的水生态系统具有一定抗外 界干扰能力，当受到小于系统耐受阈值的污染时，系统将污染自动化解而继续运行下去，具 有一定的纳污、除污能力，不会产生任何污染物，生态环保。
[0016] 本产品温度使用范围为10-40°C水温下，在此温度下保证微生物能够正常生长繁 殖，适合南北方河道、湿地和池塘清淤后的微生物水质净化。
[0017]
【专利附图】
【附图说明】： 图1为C0D、总磷、磷酸盐的变化趋势； 图2为总氮、氨氮、硝氮和亚硝氮变化趋势。
[0018]
【具体实施方式】： 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：下述各实施例仅用于说明本发明而并非 对本发明的限制。本发明用到的：(NH4)#04，1(2即04，腿 2?04，1^04，外加剂、酵母抽提物0，蛋 白胨，NaCl，微量元素均有市售。
[0019] 本发明用到的芽孢杆菌、副球菌、絮凝菌的获得方法，详见文献报道，文献描述了 芽孢杆菌、副球菌、絮凝菌的获得方法和生化特性。菌株保存完好，天津市环境保护科学研 究院可以免费对外提供。
[0020] 本发明所用原料的来源如下：
【权利要求】
1. 一种多通道高效生物填料，其特征在于它是有下述重量份数的原料组成： 复合粘土 1-3份； 外加剂 0. 04-0. 05份； 粉状菌剂2-4份 复合砂石2-6份 硅酸盐 1-2份 所述的粉状菌剂指的是由枯草芽孢杆菌、副球菌、絮凝菌组成； 所述的复合粘土指的是由粘土与炉渣、矿渣、粉煤、沸石粉组成； 所述的复合砂石指的是由砾石、火山岩、炉渣组成。
2. 权利要求1所述的多通道高效生物填料，它是有下述重量份数的原料组成： 复合粘土 3份； 外加剂 0. 05份； 粉状菌剂 2份 复合砂石 5份； 硅酸盐 2份 所述的粉状菌剂指的是由枯草芽孢杆菌、副球菌、絮凝菌组成；其中枯草芽孢杆菌：副 球菌：絮凝菌的重量份数比为5 :3 :1 ; 所述的复合粘土指的是由粘土与炉渣、矿渣、粉煤、沸石粉组成；其中粘土：炉渣：矿 渣：粉煤：沸石粉的重量份数比为2 :2 :2 :2 :1 ; 所述的复合砂石指的是由砾石：火山岩：炉渣组成；其中砾石：火山岩：炉渣的重量份 数比为1 :1 :1。
3. 权利要求1或2所述的多通道高效生物填料，其中粉状菌剂的制备方法如下： (1) 条件控制：不同枯草芽孢杆菌、副球菌、絮凝菌分别利用300吨的发酵罐发酵，其中 溶氧控制lmg-5mg/L，低于该范围搅拌器转速和曝气量自动提高；pH设置为6-8 ;温度控制 在30°C，超过范围，自动调节保温装置的热水和冷水阀门；其中枯草芽孢杆菌：副球菌：絮 凝菌的重量份数比为5:3:1; (2) 培养基成分为： (NH4)2S04 1 g/L, K2HP04 0.3 g/L, KH2P04 0.7 g/L, MgS04 0? 05 g/L，酵母抽提物 0? 5 g/L，蛋白胨 0? 5 g/L， pH 为 6-8, NaCl 为 0? 75 g/L， 其中微量元素〇? 02-0. 04g/L， (3) 发酵后液体用离心机离心，上清弃掉，沉淀后的复合菌体参入复合粘土，所述的复 合粘土 ：复合菌体的重量分数比为1 :2,制作为菌的粉剂； 所述的复合粘土是由粘土与炉渣、矿渣、粉煤、沸石粉组成；其中粘土：炉渣：矿渣：粉 煤：沸石粉的重量份数比为2 :2 :2 :2 :1 ; (4) 制成多种类的菌剂后，在制作多通道高效生物填料中按照不同比例添加不同量的 菌剂。
4. 权利要求1或2所述多通道高效生物填料的制备方法，其特征在于按如下的步骤进 行： (1) 将松散颗粒的复合粘土过80目筛选备用；其中所述的复合粘土是由粘土、炉渣、矿 渣、粉煤、沸石粉组成；粘土 ：炉渣：矿渣：粉煤：沸石粉的重量份数比为2 :2 :2 :2 :1 ; (2) 复合砂石粒径为0. 5cm的备用；其中砾石：火山岩：炉渣的重量份数比为1 :1 :1 ; (3) 将不同的三类菌按照芽孢杆菌、副球菌、絮凝菌按照重量份数比为5 :3 :1制成粉状 菌剂备用； (4) 当砂土含水率为3-5% (w/w)，成型时的用水量为10% ;若原料细砂过多，则降至8% (w/w)； (5) 将步骤（1) - (3)制成的粉剂、硅酸盐和外加剂，按照比例混配，湿混料时间以物料 不结块为宜，混合好的料存放时间以2-5小时； (6) 自然养护7-10天形成多通道高效生物填料。
5. 权利要求1所述多通道高效生物填料在水质净化方面的应用。
6. 权利要求1所述多通道高效生物填料在改善水体pH、提高水体透明度方面的应用。
7. 权利要求1所述多通道高效生物填料在河道、湿地和池塘清淤后微生物水质净化方 面的应用。
【文档编号】C02F3/34GK104478090SQ201410647541
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】段云霞, 乔楠, 许丹宇, 邓小文, 吕晶华, 石岩, 李晓静, 钟成, 郑先强, 袁敏, 张金鸿, 王玉洁, 余海晨, 李立春, 侯霙, 孙凯 申请人:天津市环境保护科学研究院