一种受污染湖塘底泥原位控制的方法

摘要

本发明公开了一种受污染湖塘底泥原位控制的方法，在湖塘泥水交界面悬挂固定化微生物装置，微孔曝气装置包括曝气头和空气压缩机，曝气头置于固定化微生物装置的微生物载体中间，空气压缩机通过供气导管连接曝气头；通过微孔曝气装置曝气，为底泥和湖塘水体提供溶解氧，同时将固定化微生物装置中繁殖的微生物扩散到底泥和湖塘水体中。本发明方法使底泥表面形成一层厚厚的棕色氧化层，成为天然的掩蔽剂，既阻止了下层底泥污染物的释放，起到掩蔽覆盖的作用；又不会增加底质体积，浅水水域也适用；不对水生环境系统构成危害，可以为微生物提供栖息地；维护方便、启动快速、操作简单、能耗低、不造成二次污染、易分离。

说明书

技术领域

本发明属于水环境治理领域，具体涉及一种受污染湖塘底泥原位控制的方法。

背景技术

随着城市的发展和工业化进程的加快，大量废水排入城市河流湖泊中，由于得不到及时有效的治理，污染物大量沉积在底泥中，当水体环境变化后，底泥中污染物的重新释放到上覆水中，成为二次污染源。近年来，随着外源污染得到控制，底泥污染物的释放成为河流湖泊影响水质的主要污染源。尤其是在封闭的景观湖塘中，沉积物营养盐的释放，逐渐成为湖塘富营养化的主要原因。研究表明当外源污染得到控制后，水体中的氮和磷主要来源于沉积物释放，并且由此导致的湖塘富营养化会维持很长一段时间。因此，对水体底泥的修复是从根本上解决水体富营养化的必由之路。

在现有的湖塘底泥原位修复技术中，有物理修复，如掩蔽覆盖、引水冲刷等，该方法见效快，但会破坏对底栖生态系统，且易受水力条件限制；化学修复，通常是向河流沉积物中投加化学药剂，转化(无害化)或固化底泥中的污染物质，以降低污染底泥的易降解性或毒性以及迁移性。主要包括氧化还原、钝化等，该方法见效快，但成本高，且易造成二次污染；生物修复，是当前备受关注的底泥污染控制技术，主要是利用生物体(主要是微生物和植物)的生命代谢活动，减少环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化，从而使其完全恢复到原始状态的过程。与物理和化学修复方法相比，生物修复方法具有安全、投资小、效果好、能耗低、不造成二次污染等诸多优点。然而，传统的底泥原位生物技术是利用游离态优势菌，存在单位体积内有效降解菌浓度低、在激烈的水利条件下菌体易流失、与土著菌竞争处于弱势等不足之处。目前急需一种效果持久、操作方便的底泥修复技术。

固定化微生物技术是通过物理或化学的手段将微生物或游离细胞固定于限定的空间区域内，使其保持活性并可反复利用的现代生物工程技术。相比一般的投加浓缩微生物菌剂的方法，固定化微生物技术将细胞固定在特定载体上，细胞中的微生物在受到水体中的营养物质激发后开始进行生长繁殖。一方面，载体中的微生物同化了进入载体的营养物质；另一方，繁殖产生的幼小个体可以通过载体的空隙进入水体中，形成高浓度的微生物菌群，在水流的作用下大量的消耗自由水体中的目标污染物。并且固定化微生物颗粒的微环境有利于屏蔽被修复水体中毒性物质对微生物的毒害，以及噬菌体、土著菌对微生物体的恶性竞争，使其在复杂环境条件下也可稳定、高效地发挥作用。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种应用固定化微生物技术对受污染底泥进行原位控制的方法，其目的在于利用微生物的新陈代谢活动，降解底泥及水体中的污染物。具有启动快速、操作简单、能耗低、不造成二次污染、易分离的优点。

本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：

一种受污染湖塘底泥原位控制的方法，在湖塘泥水交界面悬挂固定化微生物装置，微孔曝气装置包括曝气头和空气压缩机，曝气头置于固定化微生物装置的微生物载体中间，空气压缩机通过供气导管连接曝气头；通过微孔曝气装置曝气，为底泥和湖塘水体提供溶解氧，同时将固定化微生物装置中繁殖的微生物扩散到底泥和湖塘水体中。

所述湖塘水体DO浓度范围控制在5.5～6.5mg/L。所述湖塘水体pH范围控制在6.5～7.5。

本发明的有益效果在于：

本发明方法对上覆水及底泥均有较好的修复效果，其对表层底泥修复效果好于内部底泥，可使底泥表面形成一层厚厚的棕色氧化层，成为天然的掩蔽剂，一方面，阻止了下层底泥污染物的释放，起到掩蔽覆盖的作用；另一方面，它又与普通的掩蔽剂不同，它是由底泥本身降解转化而来，不会增加底质体积，即使在浅水水域也适用；此外，它还有不对水生环境系统构成危害，可以为微生物提供栖息地的优点。

以固定化微生物载体为核心，与传统的附着式和游离式微生物相比，减少了菌种的流失，维护更方便。本发明方法具有启动快速、操作简单、能耗低、不造成二次污染、易分离的优点。

附图说明

图1是本发明实施例1的实验装置结构示意图，图中：1、反应器，2、固定化微生物载体柱，3、微孔曝气装置，4、空气压缩机，5、供气量调节阀，6、上覆水取样口，7、底泥取样口，8、底泥。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细说明，但不构成对本发明权利要求保护范围的限制。

实施例1：使用本发明方法对受污染湖塘底泥及其上覆水进行原位修复实验。

如图1所示，采用有机玻璃柱作为反应器对天然湖塘水体及底泥纵向分布进行模拟修复，反应器1总高100cm，长、宽均为20cm，底泥8深20cm，水深60cm，有效容积为32L；反应器1内采用悬挂的方式在泥水交界面设置固定化微生物载体柱2。微孔曝气装置3包括曝气头和通过供气导管连接曝气头的空气压缩机4，供气导管上设有供气量调节阀5。曝气头长15cm，直径2cm，置于固定化微生物载体柱2内。反应器1距离底部18cm和10cm处分别设置底泥取样口7，距离顶部30cm(即距离水面10cm)处设置上覆水取样口6。

①实验用底泥及上覆水：

实验用底泥及上覆水均取某校园湖塘，其污染物初始值为，水体：COD_Mn为15～20mg/L，TP0.2～0.3mg/L，NH₃-N为2～3mg/L，TN为2～3mg/L；底泥：TOC为13％～16％，TP为5500～6000mg/kg，TN为7000～7500mg/kg。

②实验方法

采用两个完全相同反应器1，一个作为实验组，一个作为对照组。其中实验组采用上述实验装置及本发明方法，固定化微生物载体为170g，将DO控制在5.5～6.5mg/L，并用稀硫酸和氢氧化钠将pH控制在6.5～7.5；对照组未进行任何处理。

③实验结果

通过对反应器中水质间隔1天一次的水质监测及底泥间隔15天一次的底质监测发现，经过为期30天的验证实验，实验组水质的COD_Mn、NH₃-N、TN以及TP浓度分别由19.10mg/L、2.10mg/L、2.44mg/L、0.188mg/L下降至4.27mg/L、0.10mg/L、0.68mg/L、0.034mg/L，由地表水环境质量标准(GB3838-2002)劣V类水质优化到了III类水质标准；而对照组COD_Mn、NH₃-N、TN以及TP浓度则分别下降至7.44mg/L、0.9mg/L、1.4mg/L、和0.077mg/L，为地表水环境质量标准(GB3838-2002)IV类水质标准。实验组表层底泥的TOC、TN、TP分别降解了33.35％、43.35％和23.20％，相比对照组分别提高了4％、6％和9％。实验组内部底泥的TOC、TN、TP也分别降解了19.76％、37.33％和8.91％，相比对照组分别提高了5％、6％和2％。

上述实验结果表明：本发明方法对上覆水及底泥均有较好的修复效果，其对表层底泥修复效果好于内部底泥，可使底泥表面形成一层厚厚的棕色氧化层，成为天然的掩蔽剂，一方面，阻止了下层底泥污染物的释放，起到掩蔽覆盖的作用；另一方面，它又与普通的掩蔽剂不同，它是由底泥本身降解转化而来，不会增加底质体积，即使在浅水水域也适用；此外，它还有不对水生环境系统构成危害，可以为微生物提供栖息地的优点。