覆盖单层改性挂膜沸石原位持续修复重度污染底泥的方法

摘要

本发明提供了一种覆盖单层改性挂膜沸石原位持续修复重度污染底泥的方法，将天然沸石放入容器中，加入Na

说明书

技术领域

本发明属于环境工程领域，涉及原位修复污染物，具体涉及一种覆盖单 层沸石原位持续修复重度污染底泥的方法。

背景技术

抑制污染底泥向水体释放氮、磷污染物是控制水体富营养化的有效措施， 现有的自然消减法对重度污染底泥效果甚微，而底泥疏浚存在工程量大、二 次污染、破坏水体生态环境等弊端。覆盖法是目前研究的热点，有传统厚的 物理掩蔽，发展为薄的活性层覆盖。薄层活性覆盖存在的问题：将沸石覆盖 到重度污染底泥时，氨氮释放强度远远大于天然沸石的吸附能力，提高沸石 吸附氨氮的能力至关重要；其次，对于重度污染底泥沸石饱和失效快，持续 时间短，延长修复时间有待进一步研究；值得一提的是底泥重度污染时，水 体溶解氧浓度较低，现有技术中公开了一种污染底泥的多层覆盖修复方法， 该方法尽管采用了挂膜沸石，但是由于上层铺有细沙，会限制氧气的传递过 程，阻碍了氨氮转化为硝氮的硝化作用，沸石不能原位再生，沸石寿命较短， 无法实现低氧环境的重度污染底泥原位持续修复。可见，开发重度污染底泥 持续修复方法具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种适应低氧环 境覆盖单层沸石原位持续修复重度污染底泥的方法，采用阳离子改性沸石提 高沸石吸附氨氮的能力，接种细菌分步培养挂膜活化沸石，共同作用提高沸 石原位再生率，突破现有低氧环境沸石原位再生率低的技术瓶颈，进一步用 于提高重度污染底泥的原位持续修复效果，控制水体富营养化。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种覆盖单层沸石原位持续修复重度污染底泥污的方法，该方法按照以 下步骤进行：

步骤一，对天然沸石进行改性，具体的改性方法按照以下步骤进行：

步骤1.1，将天然沸石放入容器中，加入Na⁺离子溶液，体系温度为28℃， 调节体系pH值为9，以120r/min的转速在恒温水浴摇床上进行改性，连续反 应24h；

其中，每10g天然沸石对应200mL浓度为1.0mol/L的Na⁺离子溶液；

步骤1.2，倒掉上清液，用去离子水冲洗改性沸石干净后，置于烘箱内烘 干，得到改性沸石；

步骤二，对步骤一改性后的沸石进行分步挂膜活化，具体的挂膜方法按 照以下步骤进行：

硝化细菌为假单胞菌SY1(Pseudomonas sp.SY1)，保藏编号CCTCCNO： M209181；反硝化细菌为假单胞菌HY1(Pseudomonas sp.HY1)，保藏编号 CCTCCNO：M209180；

步骤2.1：将上述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℃、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；

步骤2.2：将原水在压力蒸汽消毒器中进行灭菌，灭菌条件为温度120～ 126℃，压力0.10～0.14MPa，时间30min，然后将步骤2.1得到的富集硝化细 菌菌液和反硝化菌液分别与原水按照体积比为1∶9投加至原水中，在25～30 ℃、120rpm条件下水浴恒温振荡2～3d，原水变浑浊后，分别得到沸石挂膜 使用的硝化细菌挂膜菌液和反硝化细菌挂膜菌液；

步骤2.3：首先将步骤2.2得到的硝化细菌挂膜菌液倒入盛有步骤1.2得 到的改性沸石的容器中，按照每克沸石投加20mL～40mL的比例投加，在20 ℃～40℃、密闭条件下进行挂膜，此时水中有一定的溶解氧，有利于硝化细 菌的生长，2d～3d后水中溶解氧消耗殆尽，再将2.2步骤得到的反硝化细菌 挂膜菌液按照每克沸石投加20mL～40mL的比例投加，此时水中呈现厌氧状 态，有利于反硝化细菌生长，在20℃～40℃、密闭条件下进行挂膜，3d～4d 后，采用连续水流冲掉填料表面的吸附的细菌，得到改性挂膜沸石。

步骤三，采用步骤二改性后的沸石原位持续修复底泥中的污染物，具体 的修复方法按照以下步骤进行：

将改性挂膜沸石单层均匀铺在底泥上，覆盖密度为2kg/m²～3kg/m²，对 重度污染底泥进行持续修复。

本发明还具有如下技术特征：

所述的Na⁺离子溶液采用NaCl配制。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

本发明的方法采用Na⁺改性和分步挂膜的沸石来修复受污染的底泥，持续 性强，能够原位再生；本发明的方法采用密闭挂膜和细菌分步加入的生物挂 膜方式，使得改性沸石的原委持续修复效果增强，用于持续修复重度污染的 底泥；采用单层铺设，不仅施工简单，而且使得改性挂膜沸石与水中的溶解 氧能够充分接触，提高修复效果，；本发明的方法在低溶解氧浓度情况下 DO＝3.5±0.5mg/L仅修复12天即可达到72％的总氮去除率，对于低氧环境适 应性好。此外，结果表明改性挂膜沸石对氨氮的去除率最高，第一轮可达96％， 第二轮可达85％，75％氨氮被转化为氮气去除，沸石的原位再生率高达89％， 表明可以连续去除底泥释放的氨氮，实现持续修复底泥。而未改性的天然沸 石，第二轮试验中氨氮的去除率从第一轮的70％、92％大幅度下降为58％和 79％，沸石的原位再生率较低，持续修复底泥的能力较改性沸石差，表明改 性加挂膜的方法提高了沸石原位再生能力，是一种持续消减底泥氨氮的原位 修复方法。

附图说明

图1是实施例1不同沸石修复底泥的上覆水体中总氮质量变化曲线。

图2是实施例1不同沸石修复底泥的上覆水体中氨氮质量变化曲线。

图3是实施例1不同沸石修复底泥的上覆水体中硝氮质量变化曲线。

图4是实施例1不同沸石修复底泥的上覆水体中亚硝氮质量变化曲线。

图5是实施例2不同覆盖密度修复底泥的上覆水体中总氮质量变化曲线。

图6是实施例2不同覆盖密度修复底泥的上覆水体中氨氮质量变化曲线。

图7是实施例2不同覆盖密度修复底泥的上覆水体中硝氮质量变化曲线。

图8是实施例2不同覆盖密度修复底泥的上覆水体中亚硝氮质量变化曲线。

图9是实施例3溶解氧为3.5mg/L的上覆水体中氨氮质量变化曲线。

图10是实施例3溶解氧为5.5mg/L的上覆水体中氨氮质量变化曲线。

图11是实施例3溶解氧为8.5mg/L的上覆水体中氨氮质量变化曲线。

图12是实施例4更换底泥前后上覆水体中氨氮变化曲线。

图13是实施例4更换底泥前后上覆水体中亚硝氮变化曲线。

图14是实施例4更换底泥前后上覆水体中硝氮变化曲线。

图15、16是实施例5沸石改性温度对原位再生的影响。

图17是实施例6挂膜温度对天然沸石原位再生的影响。

图18是实施例6挂膜温度对改性沸石原位再生的影响。

图19是实施例7不同挂膜方式的总氮浓度变化。

图20是实施例7不同挂膜方式的氨氮浓度变化。

图21是实施例7不同挂膜方式的硝氮浓度变化。

图22是实施例7不同挂膜方式的亚硝氮浓度变化。

图23是实施例8多层覆盖和覆盖单层修复效果比较

以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。

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SY1 (假单胞菌SY1)和反硝化细菌HY1(假单胞菌HY1)，该两菌种于2009 年8月24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24日起保存30年。其中硝化细菌假单胞菌SY1 (Pseudomonas sp.SY1)，保藏号为：CCTCCNO：M209181；反硝化细菌假 单胞菌HY1(Pseudomonas sp.HY1)保藏号为：CCTCCNO：M209180。

其中硝化细菌SY1和反硝化细菌HY1菌株均属于假单胞菌属，其各自具 有如下特征：

表Ⅰ  菌落形态特征和菌体形态特征

表Ⅱ  主要生理、生化特征

(注：√表示支持，+表示生长或反应为阳性)

硝化细菌培养基：乙酸钠0.3g/L，K₂HPO₄0.02g/L，MgCl₂0.05g/L， NH₄Cl0.1g/L.微量元素液2ml/L,活化培养时间3d。

反硝化细菌培养基：乙酸钠0.3g/L，K₂HPO₄0.02g/L，MgCl₂0.05g/L， NaNO₃0.06g/L，微量元素液2ml/L，活化培养时间3d。

微量元素液配制：EDTA50g，ZnSO₄2.2g，CaCl₂5.5g，MnCl₂·4H₂O5.06g， FeSO₄·7H₂O5.0g，钼酸铵1.1g，CuSO₄·5H₂O1.57g，CoCl₂·6H₂O1.61g， 加入到1000mL去离子水中，再用1mol·L^-1HCl和1mol·L^-1NaOH调节pH＝7。

缓冲溶液的配制：10.86g K₂HPO₄和13.97gKH₂PO₄定容到500mL容量瓶， 加入灭菌水进行定容。

菌种培养液：分别称取CH₃COONa1.61g/L、MgC1₂0.10g/L、CaCl₂:0.10 g/L、Na₂HPO₄0.20g/L、NaNO₃0.20g/L溶于1000mL配成C：N＝6:1的培养液。

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发 明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均 落入本发明的保护范围。

天然沸石F1其物理特性如下：粒径为1.0～2.0mm；密度为2.3×10³kg/m³； 堆积密度为9.0×10²kg/m³；莫氏硬度为3～4；颜色为赤红色，购自河南巩义 市夹津口海宇填料厂。

天然沸石F2其物理特性如下：粒径为1.0～2.0mm；密度为2.24×10³kg/m³； 堆积密度为10.1×10²kg/m³；莫氏硬度为3～4；比表面积为42.31m²/g，颜色 为灰色，购自河南巩义市夹津口海宇填料厂。

天然沸石F3其物理特性如下：粒径为2.0～3.0mm；密度为2.4×10³kg/m³； 堆积密度为13.1×10²kg/m³；莫氏硬度为3～4；比表面积为34.31m²/g，颜色 为粉红色，购自河南巩义市夹津口海宇填料厂。

本发明采用了上述三种天然沸石作为实验天然沸石，以下实施例全都以 天然沸石F1作为实验天然沸石。

实施例1：(不同沸石对底泥修复的影响)

本实施例给出一种采用改性挂膜沸石原位持续修复底泥污染物的方法， 该方法按照以下步骤进行：

步骤一，对天然沸石进行改性，具体的改性方法按照以下步骤进行：

步骤1.1，将天然沸石放入容器中，加入Na⁺离子溶液(NaCl配制)，体 系温度为28℃，调节体系pH值为9，以120r/min的转速在恒温水浴摇床上 进行改性，连续反应24h；

其中，每10g天然沸石对应200mL浓度为1.0mol/L的Na⁺离子溶液；

步骤1.2，倒掉上清液，用去离子水冲洗改性沸石干净后，置于烘箱内烘 干，得到改性沸石；

步骤二，对步骤一改性后的沸石进行挂膜活化，具体的活化方法按照以 下步骤进行：

硝化细菌为假单胞菌SY1(Pseudomonas sp.SY1)，保藏编号CCTCCNO： M209181；反硝化细菌为假单胞菌HY1(Pseudomonas sp.HY1)，保藏编号 CCTCCNO：M209180；

步骤2.1：将上述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℃、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；

步骤2.2：将原水在压力蒸汽消毒器中进行灭菌，灭菌条件为温度120～ 126℃，压力0.10～0.14MPa，时间30min，然后将步骤2.1得到的富集硝化细 菌菌液和反硝化菌液分别与原水按照体积比为1∶9投加至原水中，在25～30 ℃、120rpm条件下水浴恒温振荡2～3d，原水变浑浊后，分别得到沸石挂膜 使用的硝化细菌挂膜菌液和反硝化细菌挂膜菌液；

步骤2.3：首先将步骤2.2得到的硝化细菌挂膜菌液倒入盛有步骤1.2得 到的改性沸石的容器中，按照每克沸石投加20mL～40mL的比例投加，在20 ℃～40℃、密闭条件下进行挂膜，此时水中有一定的溶解氧，有利于硝化细 菌的生长，2d～3d后水中溶解氧消耗殆尽，再将2.2步骤得到的反硝化细菌 挂膜菌液按照每克沸石投加20mL～40mL的比例投加，此时水中呈现厌氧状 态，有利于反硝化细菌生长，在20℃～40℃、密闭条件下进行挂膜，3d～4d 后，采用连续水流冲掉填料表面的吸附的细菌，得到改性挂膜沸石。

步骤三，采用步骤二改性后的沸石原位持续修复底泥中的污染物，具体 的修复方法按照以下步骤进行：

将改性挂膜沸石单层均匀铺在底泥上，覆盖密度为2.09kg/m²，对底泥中 的污染物进行持续修复，扬州古运河底泥，底泥上方的源水TN浓度(总氮 浓度)为3.5mg/L。

对比例1：底泥

本对比例采用扬州古运河底泥，底泥上方的源水TN浓度为3.5mg/L作为 空白对照试验。

对比例2：天然沸石修复底泥

对比例2的其他条件均与实施例1相同，区别仅仅在于沸石既没有采用 阳离子改性，也没有采用实施例1的分步挂膜活化。

对比例3：改性沸石修复底泥

对比例3的其他条件均与实施例1相同，区别仅仅在于沸石仅仅采用Na⁺离子溶液改性，没有采用实施例1的分步挂膜活化。

实施例1、对比例1至3的测试结果：图1为加入沸石后总氮浓度随时间 的变化曲线，从图可知，加入沸石后的总氮浓度都有所下降。改性挂膜沸石 上覆水体残留总氮浓度要远小于其它两组，改性挂膜沸石对总氮的消减率最 高可达84.5％(见表1)，总氮的消减率最高，而未改性沸石对总氮的消减率 最高可达62.9％(见表1)，证明改性提高了沸石消减总氮的能力。这可能由 于改性增大了沸石的吸附位数量，加快了生物繁殖过程。

图2、图3和图4是铵吸附沸石原位再生时上覆水体中氨氮质量浓度、硝氮 质量浓度以及亚硝氮质量浓度变化曲线。从图可以看出，最初10d，由于底泥 不断向上覆水体释放氨氮，水中氨氮浓度由最初的4.02mg/L上升到6.89mg/L。 10d至第16d，氨氮浓度开始下降，同时亚硝氮浓度和硝氮浓度迅速上升，表 明沸石原位再生。改性挂膜沸石、改性沸石和天然沸石对氨氮的去除率分别 为87.1％、54.2％和50％，表明改性加活化的方法加速了氨氮的去除，相应的 硝氮和亚硝氮的去除率也较高。

表1  改性挂膜沸石的修复效果

实施例2：(不同覆盖密度的影响)

本实施例与实施例1其他步骤相同，区别仅仅在于步骤三中，将改性挂 膜沸石单层均匀铺在底泥上，覆盖密度为3.14kg/m²，对底泥中的污染物进行 持续修复。

对比例4：

本实施例与实施例2其他步骤相同，区别仅仅在于步骤三中，将改性挂 膜沸石单层均匀铺在底泥上，覆盖密度为1.05kg/m²，对底泥中的污染物进行 持续修复。

实施例1、实施例2、对比例1和对比例4的测试结果：图5是不同沸石 覆盖密度条件下上覆水体的总氮浓度的变化图，从图中可以看出，覆盖密度 越大，总氮的去除率越高。覆盖改性挂膜沸石时，密度为1.05kg/m²、2.09kg/m²、 3.14kg/m²总氮的消减率分别是61.48％、82.52％、87.63％(见表2)。从以上 数据可以看出，增大沸石覆盖密度可以提高总氮的消减率，最优的覆盖密度 应大于2.09kg/m²，出于成本考虑，优选2～3kg/m²。

从图6、图7、图8是不同沸石覆盖密度条件下上覆水体中的氨氮、亚硝 氮、硝氮浓度曲线。可以看出，前12天，三种覆盖密度条件下(改性挂膜沸 石1.05kg/m²、2.09kg/m²、3.14kg/m²)氨氮浓度都呈下降趋势，而且覆盖密度 愈大，下降越快，最终氨氮去除率分别为55％、75％和95％。

表2  覆盖密度对改性挂膜沸石持续修复污染底泥的影响

实施例3：(改性挂膜沸石对氧浓度的适应性)

试验设计：实施例3中的试验主要考虑的是溶解氧对改性挂膜沸石持续 修复的影响。采用天然沸石(对比例2)、改性沸石(对比例3)、改性挂膜 沸石(实施例1)。将三种沸石均匀铺在底泥上，覆盖密度为3.14kg/m²，缓 慢加入源水(总氮浓度为3.5mg/L)，共9个反应器，其中1#、2#、3#反应 器的溶解氧浓度控制为3.5mg/L，4#、5#、6#反应器的溶解氧浓度控制为 5.5mg/L，7#、8#、9#反应器的溶解氧浓度控制为8.5mg/L。

性能测试结果：图9、图10、图11是溶解氧DO为3.5mg/L、5.5mg/L、 8.5mg/L的条件下，上覆水体氨氮浓度变化曲线，从图9可以看出，DO＝3.5 ±0.5mg/L时，覆盖改性挂膜沸石12d后，总氮残留浓度达到最小值为 1.12mg/L，12d后总氮去除率为72％，远高于改性沸石(30％)和未改性沸石 (28％)(见表3)。可见，改性加挂膜活化的方法明显提高了消减总氮的能 力。

从图10可以看出，DO＝5.5±0.5mg/L时，覆盖改性挂膜沸石后，12d总 氮残留浓度达到最小值0.56mg/L，总氮去除率高达86％；而覆盖改性沸石和 天然沸石的体系，总氮残留浓度较高，分别为1.8mg/L和2.3mg/L,总氮去除 率仅为55％和43％(见表3)。

从图11可以看出，DO＝8.5±0.5mg/L时，覆盖改性挂膜沸石12d后，上 覆水体的氨氮浓度消减到最小值(0.42mg/L)，速度大于其他两种沸石的修 复效果(1.5mg/L和1.8mg/L),总氮的去除率高达90％，远高于改性沸石(63％) 和未改性沸石(55％)(见表3)，进一步说明改性增大吸附位的数量，大幅 度提高了去除总氮的能力。

综上所述，从图9至图11以及表3中可以看出，随着溶解氧浓度的降低， 12d总氮去除率虽然都有降低，但是改性挂膜沸石降低幅度最小，在低溶解氧 浓度情况下还有12天72％的总氮去除率，对于低氧环境适应性好。

表3  溶解氧浓度对改性挂膜沸石持续修复污染底泥的影响

对比例5：天然挂膜沸石修复底泥

对比例5的其他条件均与实施例2相同，区别仅仅在于沸石仅仅采用菌 种挂膜，没有采用实施例1的Na⁺离子溶液改性。

实施例4：(改性挂膜沸石对底泥修复的原位再生持续性)

试验设计：本实验共两轮，共分有五个反应器，分别为1#空白对照(对比 例1)、2#天然沸石(对比例2)、3#改性沸石(对比例3)、4#天然挂膜沸 石(对比例5)、5#改性挂膜沸石(实施例1)。

上述沸石按照如下方式对底泥进行修复：

第一轮：将沸石均匀铺在底泥上，覆盖密度为2.09kg/m²，缓慢加入源水 (氨氮浓度约为3mg/L)，溶解氧变化范围为3mg/L～8mg/L，pH值的变化 范围在7.41～7.70，试验温度为20～30℃。

第二轮：将瓶中上覆水体全部吸出，换掉释放完全的底泥，将沸石分离出 来备用。在瓶中再次加入新鲜底泥，将沸石均匀铺在底泥上，缓慢加入源水 (氨氮浓度约为3mg/L)，考察沸石持续修复底泥的效果。

试验结果：图12是不同沸石覆盖底泥持续修复的氨氮的浓度变化图。从 图12和表4的数据可以看出，改性挂膜沸石对氨氮的去除率最高，第一轮可 达96％，第二轮可达85％，沸石的原位再生率高达89％，表明可以连续去除 底泥释放的氨氮，实现持续修复底泥。而未改性的天然沸石和天然挂膜沸石， 第二轮试验中氨氮的去除率从第一轮的70％、92％大幅度下降为58％和79％， 沸石的原位再生率较低，持续修复底泥的能力较改性沸石差，表明改性加挂 膜的方法提高了沸石持续消减底泥氨氮的能力。

图13是不同沸石覆盖底泥持续修复的亚硝氮的浓度变化图。从图13和 表4的数据可以看出，改性挂膜沸石和天然挂膜沸石体系中两轮试验的亚硝 氮残留浓度都最低，去除率高达97％以上，没有出现积累，说明氨氮在生物 的作用下进一步转化为氮气。

图14是不同沸石覆盖底泥持续修复的硝氮的浓度变化图。从图14和表4 的数据可以看出，改性挂膜沸石体系中硝氮的去除率最高分别为75％和87％， 表明75％和87％的氨氮转化为氮气去除，可以实现持续修复。

表4  改性挂膜沸石持续修复底泥结果

实施例5：改性温度对改性挂膜沸石的影响

试验设计：分别称取天然沸石(A)、改性沸石(B)、改性挂膜沸石(C)、 天然挂膜沸石(D)10g于200mL的锥形瓶中，第一组改性沸石温度为30℃， 第二组改性沸石温度为50℃。分别量取质量浓度为0mg/L、50mg/L、100mg/L、 150mg/L、200mg/L的氯化铵溶液200mL于称好沸石的锥形瓶中，静置20天 待吸附稳定后，测定上覆水中Na⁺释放量和NH₄⁺-N的残余量。

所述的天然挂膜沸石指的是天然沸石直接按照实施例1的步骤二进行挂 膜得到的沸石。

测试方法：对天然沸石改性挂膜后，测量改性挂膜沸石对氨氮的吸附能 力：准确称取一定量改性挂膜后的沸石，分别放入250mL的具塞锥形瓶中， 加入200mL质量浓度为100mg/L的氨氮溶液，在28℃温度下，以120r/min 的转速于恒温水浴摇床上振荡24h，之后取上清液用0.45μm微孔滤膜进行过 滤，去除溶液中的悬浮物质，减少对实验的不必要影响。用DR5000高精度 紫外分光光度计测定水样的吸光度，其原理是纳氏试剂分光光度法。通过标 准曲线计算氨氮浓度，氨氮的去除率(η)：

η＝(C₀-C)/C₀×100％

式中：C₀——初始氨氮浓度；C——最终氨氮浓度。

结果分析：图15是沸石改性温度为30℃对原位再生的影响，可以看出氨 氮吸附趋于稳定时，氨氮的去除率高达98％以上，当初始氨氮浓度为200mg/L 的情况下，天然挂膜沸石、天然沸石、改性沸石和改性挂膜沸石的原位再生 量分别为0.153mmol/L、0.142mmol/L、0.111mmol/L和0.126mmol/L(见表5)。 由此可以看出挂膜沸石的原位再生能力强于非挂膜沸石。

图16为改性温度为50℃对原位再生的影响。氨氮吸附趋于稳定时，氨氮 的去除率高达97％以上，当初始氨氮浓度为200mg/L的情况下，天然挂膜沸 石、天然沸石、改性沸石和改性挂膜沸石的原位再生量分别为0.09mmol/L、 0.07mmol/L、0.02mmol/L、0.01mmol/L(见表5)；由此可以看出50℃改性 挂膜沸石的原位再生能力较30℃改性挂膜沸石的小。可见，改性温度为30℃ 时为原位再生优选条件。

实施例6：挂膜温度的影响

试验设计：分别称取天然沸石和实施例1制备的改性沸石各5g，置于 250mL锥形瓶中，按照每克沸石分别投加20mL硝化挂膜菌液和反硝化挂膜 菌液，挂膜温度分别控制在20℃(室温状态)、30℃(水浴恒温加热)、40 ℃(水浴恒温加热)，按照实施例13的步骤2.3进行密闭挂膜。然后加入200mL 质量浓度为50mg/L的氯化铵溶液进行吸附试验，测定上覆水中NH₄⁺-N的残 余量。

结果分析：图17是挂膜温度对沸石原位再生的影响。当挂膜温度为40 ℃时，原位再生最大量为9.94mg/L(见表6)。当挂膜温度为30℃时，原位 再生最大量为5.35mg/L。然而当挂膜温度为20℃时，沸石没有原位再生。

从图18可以看出，当挂膜温度为30℃时，原位再生在第四天时达到最大 量为5.48mg/L。当挂膜温度为20℃和40℃时，沸石没有原位再生。可见，挂 膜适宜的温度是30℃～40℃。

实施例7：挂膜方式对改性挂膜沸石的影响

试验设计：分别称取3份实施例1制备的改性沸石70g于5L的玻璃瓶中， 均加入实施例13的步骤2.2得到的硝化挂膜菌液和反硝化挂膜菌液各 1400mL，按照实施例1的步骤2.3分别进行沸石连续曝气挂膜、不曝气即静 置敞口挂膜及静置密闭挂膜，培养8天后，倒掉菌液，用蒸馏水轻轻冲洗2 遍，得到改性挂膜沸石。

将底泥均匀投放到高度为1.2m、DN300mm的有机玻璃柱底，底泥厚度 为50cm左右(质量约为55kg)，将上述改性挂膜沸石均匀覆盖在底泥上， 覆盖强度均为2kg/m²，再将古运河原水缓慢注入，使得上覆水深为50cm左 右(体积约为35L)，进行改性挂膜沸石修复底泥的试验。

结果分析：图19给出了底泥修复过程中上覆水总氮浓度变化情况，可以 看出覆盖密闭挂膜沸石的体系修复60d后，总氮浓度迅速降低为2.76mg/L， 总氮去除率为77％，而连续曝气挂膜沸石体系总氮残留浓度高达11.07mg/L， 总氮去除率为7.7％，修复效果最差，不曝气挂膜体系介于二者之间(总氮去 除率71％)，表明密闭挂膜方式是最优的方式。修复过程中残留氨氮、硝氮 和亚硝氮浓度见图19、20、21。修复53d后，密闭挂膜、不曝气挂膜、连续 曝气挂膜三个体系残留氨氮浓度分别为0.73mg/L、1.77mg/L、8.83mg/L，说 明密闭挂膜沸石吸附氨氮的能力最强(见图19)，还可以将氨氮进一步转化 为硝氮(见图20)，发生原位再生。此外，三个体系的亚硝氮浓度都较低， 没有出现亚硝氮积累(见图21)。

表5  改性温度的影响

表6  挂膜温度的影响

实例8：覆盖单层改性挂膜沸石与多层覆盖修复效果比较

试验设计：先将称量的2.5kg底泥加入10L玻璃瓶中，1#为空白对比试 验，2#覆盖单层改性挂膜沸石，沸石覆盖密度为2kg/m²，3#为细沙和挂膜沸 石多层覆盖体系，其中沸石和细沙的覆盖密度均为2kg/m²，按照沸石在下、 细沙在上的方式铺设，再将古运河原水缓慢注入，使得上覆水深为50cm左右 (体积约为35L)，进行修复底泥的试验。

结果分析：进行了为期54d的修复，上覆水体总氮(TN)浓度变化见图 23所示。从图中可以看出，修复15d后，覆盖单层改性沸石的体系，总氮浓 度从21.9mg/L降为7.1mg/L，TN去除率为67.6％，修复效果明显优于覆盖挂 膜沸石和细沙的体系(56.6％)，随着修复时间的延长，改性挂膜沸石覆盖单 层体系的TN浓度持续降低，修复40d、54d后，TN浓度降为5.3mg/L和 3.8mg/L，TN去除率为80％和84％，表明覆盖改性挂膜沸石可以对重度污染 底泥进行持续修复；而多层覆盖体系中，TN浓度随着修复时间的延长而升高， 修复40d后，TN浓度升为13.4mg/L，延长到54d后，TN浓度还是13.4mg/L， 可能上层覆盖的细沙阻碍了氧的传递，沸石原位再生能力降低，不能持续修 复。