酸性矿山废水污染湖库水体的原位生态修复方法

摘要

本发明公开了一种酸性矿山废水污染湖库水体的原位生态修复方法，本发明采用表层植物浮床结合底层污泥微生物缓冲处理的方式对AMD污染湖库水体进行生态修复处理，采用常规二级城镇污水处理产生的剩余污泥添加到污染湖库中，即可自行优选出净化AMD的优势微生物类群，克服了专门处理微生物的保存、活化、接种、培养等的复杂困难环节，同时资源化剩余污泥，提供前期的养分载体，缓冲AMD酸性；表层香蒲植物浮床通过自身生长的分泌产物或凋落物，持续为底层微生物生长提供碳氮等养分与能源，形成自行维持的生态净化系统，克服了外源碳氮等养分的持续添加，极大的节约了成本。

说明书

技术领域

本发明涉及污染水体生态修复领域，尤其是一种酸性矿山废水污染湖库水体的原位生态修复方法。

背景技术

在川、贵、赣等省区形成大片滨海型煤田，沉积了厚薄不等的海陆交互相煤系（俗称乐平煤系），煤中硫平均高达4 %以上；从地域的分布看，西南区煤中的平均硫分最高(2.43%)，贵州省大部分为硫含量大于4 %的高硫煤，而煤矸石中硫含量往往含有更高的比例可以大于7%以上。同时，该区域内属于以夏季高温多雨、冬季温和湿润为特征的亚热带暖湿气候。区域内丰富的煤炭资源开采，将产生大量的高硫煤矸石露天堆放，由于该区域的煤矸石的富硫特点及气候特征，通过过空气氧化及雨水淋溶、微生物等其他综合作用，极易产生产生具有低pH、高盐、高浓度的重金属离子和其他有毒有害物质等特征的煤矿酸性废水(AMD)。其已对周围的环境及生态系统造成严重的环境影响和生态危害。前人研究表明，酸性矿山废水进入下游河湖塘库后会对河流、湖泊等水体水质产生影响,并对溪流中无脊椎动物、水生植物及底栖生物的影响造成严重的危害；还可能对污染溪流中的植物凋落物的降解产生影响。同时，该区域属于典型的中国西南喀斯特地区，具有明显的地球化学敏感性和生态脆弱性，由于其特殊的地质背景导致水资源极其稀缺，湖库污染就显得更为严峻。然而在AMD污染水体(湖库)治理方面，主要集中酸性煤矸石堆场的污染控制方面；以及进入湖库的AMD处理方面，且主要为酸中和、重金属吸附固定及提取方面；而在已经遭受AMD污染湖库生态修复方面的研究明显不足，尚未见可应用的生态修复技术。

虽然，使用硫酸盐还原菌、柠檬酸杆菌等适于酸性条件下的还原性微生物能有效处理酸性矿山废水，提高废水pH，并能有效去除多种有害重金属，同时该方法具有成本相对较低、无二次污染、可以回收AMD中的重金属等特点，受到人们的广泛关注，成为现阶段矿山废水处理技术研究的热点及前言课题。然而专一的微生物，菌种需要特殊的保存，使用前需要活化、逐级放大培养，而且处理运行过程中，对周围环境及养分条件（培养基）要求较为苛刻，在复杂的污染废水中，较难成为优势菌群。此外，由于此类微生物的生长需要额外的添加碳源、氮源等养分，才能完成。目前现有工艺中使用的外加养分通常为化学药品，价格较高，药剂消耗成本高；虽然有研究表明使用秸秆、污泥发酵产物等外源有机组分也能有效维持处理效果，明显降低了添加养分的成本，但必须定期周期性添加，无法自行维持，不利于野外实地条件下的推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种酸性矿山废水污染湖库水体的原位生态修复方法，它有效提高水体pH、固定去除铁?锰?重金属和硫酸根等特征污染离子，明显改善污染水体水质及水体系统生态功能，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：酸性矿山废水污染湖库水体的原位生态修复方法，通过在污染湖库水体底层直接添加剩余污泥来构建厌氧微生物缓冲处理区域，在污染湖库水体表层建立植物浮床；利用厌氧微生物缓冲处理区域对AMD污染湖库水体进行生态修复处理，利用植物浮床为厌氧微生物缓冲处理区域持续提供有机养分，并吸收固定有害重金属，从而构建表层-底层复合的、且能自行维持的生态修复体系，有效还原、吸收、固定染湖库水体中的有害组分，改善污染水体水质和生态环境。

在污染湖库水体底层的全部或局部区域构建厌氧微生物缓冲处理区域。根据需要及实际情况确定厌氧微生物缓冲处理区域的建立面积。

AMD净化所需的微生物类群直接通过向污染湖库水体底层添加剩余污泥驯化培养来获得，利用剩余污泥中和湖库底泥中原有的微生物类群，通过添加剩余污泥的方式进行定向选择，利用剩余污泥中富含有机质及矿物养分，维持前期微生物的生长及活性。

剩余污泥用量保证修复区域底层氧化还原电位达到在-100mv以下即可。

所述的植物浮床为香蒲植物；或香蒲植物搭配香根草、黑麦草、鬼针草或空心莲子草中的一种或几种；浮床面积为污染湖库水体修复区域面积的1/10以上。浮床基本的框架、托盘、漂浮或固定装置采用一般的浮床的材料或制作方法即可，浮床基质采用酸缓冲材料、植物养分改良剂加普通土壤制成；浮床植被采用以较强耐酸性能的香蒲植物为主，同时搭配香根草、黑麦草、鬼针草、空心莲子草中的一种或几种。

日常养护及运行，植物浮床的植被日程管理及固定吃水深度调节，底层污泥活性的检测调节。

所用的剩余污泥可采用常规二级城镇污水处理产生的剩余污泥。

与现有技术相比，本发明采用表层植物浮床结合底层污泥微生物缓冲处理的方式对AMD污染湖库水体进行生态修复处理，采用常规二级城镇污水处理产生的剩余污泥添加到污染湖库中，即可自行优选出净化AMD的优势微生物类群，克服了专门处理微生物的保存、活化、接种、培养等的复杂困难环节，同时资源化剩余污泥，提供前期的养分载体，缓冲AMD酸性；表层香蒲植物浮床通过自身生长的分泌产物或凋落物，持续为底层微生物生长提供碳氮等养分与能源，形成自行维持的生态净化系统，克服了外源碳氮等养分的持续添加，极大的节约了成本。本发明能有效降低污染水体酸度及盐分含量，明显改善污染水体pH?Eh条件，极显著降低污染水体铁?锰?重金属和硫酸根等特征污染离子浓度，并显著提高各凋落物在水体中的自然降解性能，明显改善污染水体水质及水体系统生态功能。

附图说明

附图1为本发明的实施例的测试原理图。

具体实施方式

本发明的实施例：酸性矿山废水污染湖库水体的原位生态修复方法，制作直径950 mm，深900 mm的圆柱形水池，室外构建自然水体模拟的微宇宙试验装置三组六套。采用喀斯特高原河湖底泥混合栽种苦草、金鱼藻、黑藻、眼子菜和海菜花几种沉水植物，稳定运行3个月，构建能自行维持的模拟自然湖库水体生态系统（NW）；取两组持续添加酸性矿山废水作为模拟的AMD污染湖库水体生态系统（AMD），其后取（AMD）中的一组采用表层香蒲植物浮床，底层加入剩余污泥建立厌氧微生物缓冲处理区域，调试、稳定运行后作为生态修复处理AMD污染湖库水体生态系统（RW），如图1所示。

分别于第0d、15d、30d、60d、120d和210d后取样，测定不同模拟水体的pH、EC、Eh、Fe、Mn、Cu、Zn及SO₄^2-含量等特征污染指标, 评价生态修复处理的对水体水质的污染修复效果；在采集水体样品的同时，测定各凋落物的分析情况（采用凋落物分解袋法,选用外形尺寸30 cm×15 cm?孔径2 mm的塑料网袋作为凋落物分解袋，称取每种凋落物5 g(干重)放入分解袋内，分别沉入NW、AMDW和REW三种模拟水体底部），评价修复处理水生生态系统功能的修复效果。其中使用便携式pH/EC/TDS测定仪(北京哈纳)现场测定浸出液pH、EC值；使用便携式溶解氧测定仪DO6现场测定水体溶解氧；采用电位滴定仪(上海虹益)当天测定Eh；采用0.45 μm水系滤膜过滤，加入10% HNO₃溶液使pH<2备用，一周内采用AAS(北京瑞利WFX-110)测定可滤态的Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd含量；采用离子选择电极法测定F^-含量；重量法测定浸出液中的SO₄^2-含量。

表层香蒲植物浮床结合底层厌氧微生物缓冲处理区域的生态修复处理可以可显著提高AMD污染湖库水体pH(降低水体酸度)，很大程度上降低污染水体盐度，并显著改善污染水体强氧化的污染特性(即明显较高的Eh)，但对溶解氧改善效果不明显，且使修复水体呈现一定的厌氧环境，具体结果见表1。此外，生态修复处理可以显著提高水体中凋落物的分解速率，并随着修复时间的延长，逐步接近自然状况下的分解状况，呈现出较好的生态系统功能的修复效果。210后各凋落物降解率分别为44.7%、46.6%?49.4%、43.4%、54.3%，特别是沉水植物降解率上已和自然水体条件下没有明显差异，具体结果见表1。

表层香蒲植物浮床结合底层厌氧微生物缓冲处理区域的生态修复处理可极显著降低污染水体中Fe、Mn、Cu、Zn、Pb等特征金属污染离子的浓度，且随修复过程的进行，各污染金属离子浓度都逐步基本接近NW中的含量水平，除Mn含量偏高外，均已优于地表水Ⅲ类标准限值。但对特征污染阴离子硫酸根的修复效果上不够理想，虽然随着修复时间的延长,修复水体中的硫酸根含量呈现明显下降的趋势，但其含量仍然维持在一个较高的水平，集体修复效果见表2。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应落入本发明的权利要求的范围内。此外，尽管本发明中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。