专利名称：污染沉积物生物活性多层覆盖修复方法
污染沉积物生物活性多层覆盖修复方法技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种采用生物活性多层覆盖修复污染沉积物的技术，特别适用于内源氮、磷负荷严重的河流、湖泊和水库沉积物的修复。
背景技术：
水体富营养化是当今水体污染治理的难题，已成为全球最重要的环境问题之一。 沉积物是水体中N、P的“源”或“汇”，N、P浓度是水体富营养化的主要限制因子。在外源 N、P得到有效控制的情况下，控制沉积物内源N、P的释放将成为控制水体富营养化的有效措施。目前削减污染沉积物内源释放的方法有自然衰减、疏浚和覆盖等方法。自然衰减法适用于污染源得到有效控制，且沉积和稀释作用较快的环境。疏浚法主要存在问题有沉积物再悬浮对水体造成污染、沉积物运输及处理过程造成二次污染、费用高以及对水体生物群落结构的破坏等。覆盖法是当今世界研究热点，由传统厚的物理掩蔽层发展到当前的薄的活性覆盖层，薄层活性覆盖法存在问题有活性覆盖材料对污染物吸附饱和后将丧失作用能力，其长期有效性有待提高；实际应用中不均勻覆盖使得部分沉积物未被覆盖，导致沉积物污染物直接释放到水体以及底栖生物扰动促进沉积物污染物释放。发明内容
针对现有技术存在缺陷或者不足，本发明的目的在于，提供一种污染沉积物生物活性多层覆盖修复方法，能够有效削减污染沉积物中氮、磷和有机物等污染物向水体的释放量，增强覆盖层长期有效性，降低运行成本，控制水体富营养化。
为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现
1)选择天然斜发沸石和河沙作为污染沉积物覆盖材料；
2)高效菌种富集将筛选得到硝化细菌和反硝化细菌分别接种于硝化细菌液体培养基和反硝化细菌液体培养基中，在25-30°C、120rpm恒温条件下振荡培育2_3d，分别得到富集硝化细菌和反硝化细菌菌液。
所述的硝化细菌培养基的配方为乙酸钠0. 3g · L—1，磷酸氢二钾0. 02g · 氯化镁0. 05g · L—1，氯化铵0. 06g · L—1，微量元素液2mL ；其中微量元素液配方为将EDTA 50g， ZnS042. 2g, CaCl25. 5g, MnCl2 · 4H20 5. 06g, FeSO4 · 7H20 5. Og,钼酸铵 1. lg, CuSO4 · 5H20 1. 57g, CoCl2 · 6H20 1. 61g，加入到 IOOOmL 去离子水中，再用 Imol · L-1HCl 和 Imol · L-1NaOH 调节pH = 7 ；
所述的反硝化细菌培养基的配方为乙酸钠0. 3g · L—1，磷酸氢二钾0. 02g · 氯化镁0. 058*171，硝酸钠0.068*171，微量元素液21^，其中微量元素液配制为将 EDTA 50g, ZnS042. 2g, CaCl25. 5g, MnCl2 · 4H20 5. 06g, FeSO4 · 7H20 5. Og,钼酸铵 1. lg, CuSO4 · 5Η201· 57g, CoCl2 · 6Η20 1. 61g，加入到 IOOOmL 去离子水中，再用 Imol · L-1HCl 和 Imol · L-1NaOH 调节 pH = 7 ；
3)沸石微生物挂膜首先将原水在压力蒸汽消毒器中进行灭菌，灭菌条件为温度120 U6°C，压力0. 10 0. 14MPa,时间30min，然后将富集得到的硝化细菌和反硝化细菌的菌液按照体积比为1 1进行配比得到混合菌液，然后将混合菌液与原水按照体积比为 1 9投加至原水中，在25-30°C、120rpm条件下水浴恒温振荡2 3d，原水变浑浊后，将浑浊原水倒入盛有沸石容的器中，浑浊原水液面高出沸石5cm即可，挂膜通过曝气装置将DO 的浓度控制在2-;3mg/L以上加速挂膜进程，连续曝气挂膜3d后，采用连续水流冲掉填料表面的吸附的细菌，得到生物沸石；
4)覆盖材料投加按照生物沸石在下、河沙在上的多层覆盖方式将覆盖材料均勻覆盖在沉积物上进行生物修复。
本发明的其他技术特点为所述的天然斜发沸石粒径为1 2mm，覆盖强度为2 3kg/m2，覆盖厚度为2 3mm，河沙的粒径为0. 15 0. 20mm，覆盖强度为10kg/m2，覆盖厚度为 1. Icm0
本发明的污染沉积物生物活性多层覆盖修复方法，能够有效削减污染沉积物中氮、磷和有机物等污染物向水体的释放量，增强覆盖层长期有效性，降低运行成本，控制水体富营养化。本发明与现有技术相比具有下列技术优点(1)有效削减沉积物中氮、磷和有机物等污染物向水体的释放量，同时对 ^、Μη也有一定的抑制效果；( 沸石的生物再生增强覆盖层长期有效性；(3)减少生物沸石覆盖强度，降低技术成本；(4)控制水体富营养化。
图1-图4为本发明实验验证生物沸石生物沸石与河沙不同组合方式覆盖修复污染沉积物效果实验结果图，其中图1为不同系统上覆水体中TN浓度变化图，图2为不同系统上覆水体中NH/-N浓度变化图，图3为不同系统上覆水体中NO2--N浓度变化图，图4为不同系统上覆水体中Ν03_-Ν浓度变化图。
图5-图8为本发明多层覆盖与单层覆盖削减上覆水体氮负荷效果实验效果图，其中图5为不同系统上覆水体中TN浓度的变化图，图6为不同系统上覆水体中NH4+-N浓度的变化图；图7为不同系统上覆水体中NO2--N浓度的变化图，图8为不同系统上覆水体中 NO3--N浓度变化图。
图9-图12为本发明不同覆盖强度河沙与生物沸石多层覆盖削减上覆水体氮负荷效果图，其中图9不同系统上覆水体中TN浓度的变化图，图10为不同系统上覆水体中 NH/-N浓度的变化图；图11为不同系统上覆水体中NO2--N浓度的变化图，图12为不同系统上覆水体中NO3--N浓度变化图。
以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细说明。
具体实施方式
本发明涉及筛选的高效菌种为从黑河水库底泥中筛选得到硝化细菌SYl (假单胞菌SYl)和反硝化细菌HYl (假单胞菌HY1)，该两菌种于2009年8月M日保藏于中国典型培养物保藏中心，简称CCTCC，并登记入册，该生物菌种于2009年8月M日起保存30年。 其中硝化细菌假单胞菌SYl (Pseudomonas sp. SYl)，保藏号为CCTCCN0 =M 209181 ；反硝化细菌假单胞菌 HYl (Pseudomonas sp. HYl)保藏号为CCTCCN0 :M 209180。
本发明的生物活性多层覆盖修复污染沉积物技术，它采用覆盖材料是河沙和生物活性覆盖材料即固定高效硝化细菌和反硝化细菌的天然沸石(称为生物沸石)，覆盖方式是生物沸石在下，河沙在上。
本发明的污染沉积物生物活性多层覆盖修复方法，该方法包括下列步骤
1)选择天然斜发沸石和河沙作为污染沉积物覆盖材料，其中选用天然斜发沸石作为微生物固定化载体。选用天然斜发沸石，其优点有比表面积大，多孔，易挂膜，可创造适宜微生物生长的厌氧、兼性和好氧的不同环境，对铵离子有良好的交换能力，铵吸附能力可生物再生，物理化学性能稳定，无毒性，水力条件充分，价格低廉，产地丰富。本发明选用的天然斜发沸石粒径为1 2mm，覆盖强度为2 3kg/m2，覆盖厚度为2 3mm。
选用用河沙，其优点物理化学性能稳定，无毒性，掩蔽性能强、价格低廉，货源广。 本发明选用的河沙的粒径为0. 15 0. 20mm，覆盖强度为10kg/m2，覆盖厚度为1. Icm0
2)高效菌种富集将筛选得到硝化细菌和反硝化细菌分别接种于硝化细菌液体培养基和反硝化细菌液体培养基中，在25-30°C、120rpm恒温条件下振荡培育2_3d，分别得到富集硝化细菌和反硝化细菌菌液。
其中筛选得到硝化细菌反硝化细菌均为从黑河水库底泥中筛选得到硝化细菌即假单胞菌SYl (Pseudomonas sp. SYl)，保藏编号CCTCCNO =M 209181和反硝化细菌即假单胞菌HYl (Pseudomonas sp. HYl)，保藏编号CCTCCNO =M 209180分别接种于硝化细菌液体培养基和反硝化细菌液体培养基中，25-300C、120rpm恒温振荡培育2_3d ；
其中硝化细菌SYl和反硝化细菌HYl菌株均属于假单胞菌属，其各自具有如下特征
(a)菌落形态特征和菌体形态特征参见表2。
权利要求
1.一种污染沉积物生物活性多层覆盖修复方法，其特征在于该方法包括以下步骤1)选择天然斜发沸石和河沙作为污染沉积物覆盖材料；2)高效菌种富集将筛选得到硝化细菌和反硝化细菌分别接种于硝化细菌液体培养基和反硝化细菌液体培养基中，在25-30°C、120rpm恒温条件下振荡培育2_3d，分别得到富集硝化细菌和反硝化细菌菌液；所述的硝化细菌培养基的配方为乙酸钠0. 3g · L—1，磷酸氢二钾0. 02g · L—1，氯化镁0.05g · L—1，氯化铵0. 06g · L—1，微量元素液2mL ；其中微量元素液配方为将EDTA 50g， ZnS042. 2g, CaCl25. 5g, MnCl2 · 4H20 5. 06g, FeSO4 · 7H20 5. Og,钼酸铵 1. lg, CuSO4 · 5H201.57g, CoCl2 · 6H20 1. 61g，加入到 IOOOmL 去离子水中，再用 Imol · L-1HCl 和 Imol · L-1NaOH 调节pH = 7 ；所述的反硝化细菌培养基的配方为乙酸钠0. 38*171，磷酸氢二钾0. 02g - Γ1, 氯化镁0. 058*171，硝酸钠0.068*171，微量元素液21^，其中微量元素液配制为将 EDTA 50g, ZnS042. 2g, CaCl25. 5g, MnCl2 · 4H20 5. 06g, FeSO4 · 7H20 5. Og,钼酸铵 1. lg, CuSO4. 5Η201· 57g, CoCl2 · 6Η20 1. 61g,加入至Ij IOOOmL 去离子水中，再用 Imol · L-1HCl 和 Imol · L-1NaOH 调节 pH = 7 ；3)沸石微生物挂膜首先将原水在压力蒸汽消毒器中进行灭菌，其中灭菌条件为温度 120 U6°C，压力0. 10 0. 14MPa,时间30min，然后将富集得到的硝化细菌和反硝化细菌的菌液按照体积比为1 1进行配比得到混合菌液，然后将混合菌液与原水按照体积比为 1 9投加至原水中，在25-30°C、120rpm条件下水浴恒温振荡2 3d，原水变浑浊后，将浑浊原水倒入盛有沸石容的器中，浑浊原水液面高出沸石5cm即可，挂膜通过曝气装置将DO 的浓度控制在2-;3mg/L以上加速挂膜进程，连续曝气挂膜3d后，采用连续水流冲掉填料表面的吸附的细菌，得到生物沸石；4)覆盖材料投加按照生物沸石在下、河沙在上的多层覆盖方式将覆盖材料均勻覆盖在沉积物上进行生物修复。
2.如权利要求1所述的污染沉积物生物活性多层覆盖修复方法，其特征在于所述的天然斜发沸石粒径为1 2mm，覆盖强度为2 3kg/m2，覆盖厚度为2 3mm，河沙的粒径为 0. 15 0. 20mm，覆盖强度为10kg/m2，覆盖厚度为1. 1cm。
3.如权利要求1所述的污染沉积物生物活性多层覆盖修复方法，其特征在于所述的硝化细菌为假单胞菌SYl (Pseudomonas sp. SYl)，保藏编号CCTCCNO =M 209181 ；所述的反硝化细菌为假单胞菌HYl (Pseudomonas sp. HYl)，保藏编号CCTCCNO :M 209180。
全文摘要
本发明公开了一种污染沉积物生物活性多层覆盖修复方法，该方法采用河沙和固定高效硝化细菌和反硝化细菌天然沸石协同作用的生物活性多层覆盖削减沉积物中污染物向水体释放量，控制水体富营养化。该技术采用河沙和生物沸石作为覆盖材料，将筛选获得的高效菌种菌液在液体培养基中，将富集硝化细菌和反硝化细菌菌液加入灭菌富营养原水中，原水变浑浊后，将浑浊原水倒入盛有一定量沸石容器中，挂膜通过曝气装置将DO的浓度控制在2-3mg/L以加速挂膜，连续曝气挂膜3d后，采用连续水流冲掉填料表面的吸附的细菌。将制备好的生物沸石和干净河沙按照生物沸石在下、河沙在上的多层覆盖方式均匀覆盖在沉积物上。从而实现利用生物活性多层覆盖技术对污染沉积物的进行原位修复。
文档编号C02F3/34GK102531197SQ201110450470
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者周真明, 王改, 苏俊峰, 董玉华, 黄廷林 申请人:西安建筑科技大学