本發(fā)明屬于水環(huán)境治理領(lǐng)域，具體涉及一種受污染湖塘底泥原位控制的方法。
背景技術(shù)：
隨著城市的發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的加快，大量廢水排入城市河流湖泊中，由于得不到及時(shí)有效的治理，污染物大量沉積在底泥中，當(dāng)水體環(huán)境變化后，底泥中污染物的重新釋放到上覆水中，成為二次污染源。近年來(lái)，隨著外源污染得到控制，底泥污染物的釋放成為河流湖泊影響水質(zhì)的主要污染源。尤其是在封閉的景觀湖塘中，沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放，逐漸成為湖塘富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。研究表明當(dāng)外源污染得到控制后，水體中的氮和磷主要來(lái)源于沉積物釋放，并且由此導(dǎo)致的湖塘富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)維持很長(zhǎng)一段時(shí)間。因此，對(duì)水體底泥的修復(fù)是從根本上解決水體富營(yíng)養(yǎng)化的必由之路。
在現(xiàn)有的湖塘底泥原位修復(fù)技術(shù)中，有物理修復(fù)，如掩蔽覆蓋、引水沖刷等，該方法見(jiàn)效快，但會(huì)破壞對(duì)底棲生態(tài)系統(tǒng)，且易受水力條件限制；化學(xué)修復(fù)，通常是向河流沉積物中投加化學(xué)藥劑，轉(zhuǎn)化(無(wú)害化)或固化底泥中的污染物質(zhì)，以降低污染底泥的易降解性或毒性以及遷移性。主要包括氧化還原、鈍化等，該方法見(jiàn)效快，但成本高，且易造成二次污染；生物修復(fù)，是當(dāng)前備受關(guān)注的底泥污染控制技術(shù)，主要是利用生物體(主要是微生物和植物)的生命代謝活動(dòng)，減少環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的濃度或使其完全無(wú)害化，從而使其完全恢復(fù)到原始狀態(tài)的過(guò)程。與物理和化學(xué)修復(fù)方法相比，生物修復(fù)方法具有安全、投資小、效果好、能耗低、不造成二次污染等諸多優(yōu)點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)的底泥原位生物技術(shù)是利用游離態(tài)優(yōu)勢(shì)菌，存在單位體積內(nèi)有效降解菌濃度低、在激烈的水利條件下菌體易流失、與土著菌競(jìng)爭(zhēng)處于弱勢(shì)等不足之處。目前急需一種效果持久、操作方便的底泥修復(fù)技術(shù)。
固定化微生物技術(shù)是通過(guò)物理或化學(xué)的手段將微生物或游離細(xì)胞固定于限定的空間區(qū)域內(nèi)，使其保持活性并可反復(fù)利用的現(xiàn)代生物工程技術(shù)。相比一般的投加濃縮微生物菌劑的方法，固定化微生物技術(shù)將細(xì)胞固定在特定載體上，細(xì)胞中的微生物在受到水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)激發(fā)后開(kāi)始進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖。一方面，載體中的微生物同化了進(jìn)入載體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；另一方，繁殖產(chǎn)生的幼小個(gè)體可以通過(guò)載體的空隙進(jìn)入水體中，形成高濃度的微生物菌群，在水流的作用下大量的消耗自由水體中的目標(biāo)污染物。并且固定化微生物顆粒的微環(huán)境有利于屏蔽被修復(fù)水體中毒性物質(zhì)對(duì)微生物的毒害，以及噬菌體、土著菌對(duì)微生物體的惡性競(jìng)爭(zhēng)，使其在復(fù)雜環(huán)境條件下也可穩(wěn)定、高效地發(fā)揮作用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種應(yīng)用固定化微生物技術(shù)對(duì)受污染底泥進(jìn)行原位控制的方法，其目的在于利用微生物的新陳代謝活動(dòng)，降解底泥及水體中的污染物。具有啟動(dòng)快速、操作簡(jiǎn)單、能耗低、不造成二次污染、易分離的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題：
一種受污染湖塘底泥原位控制的方法，在湖塘泥水交界面懸掛固定化微生物裝置，微孔曝氣裝置包括曝氣頭和空氣壓縮機(jī)，曝氣頭置于固定化微生物裝置的微生物載體中間，空氣壓縮機(jī)通過(guò)供氣導(dǎo)管連接曝氣頭；通過(guò)微孔曝氣裝置曝氣，為底泥和湖塘水體提供溶解氧，同時(shí)將固定化微生物裝置中繁殖的微生物擴(kuò)散到底泥和湖塘水體中。
所述湖塘水體DO濃度范圍控制在5.5～6.5mg/L。所述湖塘水體pH范圍控制在6.5～7.5。
本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明方法對(duì)上覆水及底泥均有較好的修復(fù)效果，其對(duì)表層底泥修復(fù)效果好于內(nèi)部底泥，可使底泥表面形成一層厚厚的棕色氧化層，成為天然的掩蔽劑，一方面，阻止了下層底泥污染物的釋放，起到掩蔽覆蓋的作用；另一方面，它又與普通的掩蔽劑不同，它是由底泥本身降解轉(zhuǎn)化而來(lái)，不會(huì)增加底質(zhì)體積，即使在淺水水域也適用；此外，它還有不對(duì)水生環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)成危害，可以為微生物提供棲息地的優(yōu)點(diǎn)。
以固定化微生物載體為核心，與傳統(tǒng)的附著式和游離式微生物相比，減少了菌種的流失，維護(hù)更方便。本發(fā)明方法具有啟動(dòng)快速、操作簡(jiǎn)單、能耗低、不造成二次污染、易分離的優(yōu)點(diǎn)。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖中：1、反應(yīng)器，2、固定化微生物載體柱，3、微孔曝氣裝置，4、空氣壓縮機(jī)，5、供氣量調(diào)節(jié)閥，6、上覆水取樣口，7、底泥取樣口，8、底泥。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)說(shuō)明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。
實(shí)施例1：使用本發(fā)明方法對(duì)受污染湖塘底泥及其上覆水進(jìn)行原位修復(fù)實(shí)驗(yàn)。
如圖1所示，采用有機(jī)玻璃柱作為反應(yīng)器對(duì)天然湖塘水體及底泥縱向分布進(jìn)行模擬修復(fù)，反應(yīng)器1總高100cm，長(zhǎng)、寬均為20cm，底泥8深20cm，水深60cm，有效容積為32L；反應(yīng)器1內(nèi)采用懸掛的方式在泥水交界面設(shè)置固定化微生物載體柱2。微孔曝氣裝置3包括曝氣頭和通過(guò)供氣導(dǎo)管連接曝氣頭的空氣壓縮機(jī)4，供氣導(dǎo)管上設(shè)有供氣量調(diào)節(jié)閥5。曝氣頭長(zhǎng)15cm，直徑2cm，置于固定化微生物載體柱2內(nèi)。反應(yīng)器1距離底部18cm和10cm處分別設(shè)置底泥取樣口7，距離頂部30cm(即距離水面10cm)處設(shè)置上覆水取樣口6。
①實(shí)驗(yàn)用底泥及上覆水：
實(shí)驗(yàn)用底泥及上覆水均取某校園湖塘，其污染物初始值為，水體：CODMn為15～20mg/L，TP0.2～0.3mg/L，NH3-N為2～3mg/L，TN為2～3mg/L；底泥：TOC為13％～16％，TP為5500～6000mg/kg，TN為7000～7500mg/kg。
②實(shí)驗(yàn)方法
采用兩個(gè)完全相同反應(yīng)器1，一個(gè)作為實(shí)驗(yàn)組，一個(gè)作為對(duì)照組。其中實(shí)驗(yàn)組采用上述實(shí)驗(yàn)裝置及本發(fā)明方法，固定化微生物載體為170g，將DO控制在5.5～6.5mg/L，并用稀硫酸和氫氧化鈉將pH控制在6.5～7.5；對(duì)照組未進(jìn)行任何處理。
③實(shí)驗(yàn)結(jié)果
通過(guò)對(duì)反應(yīng)器中水質(zhì)間隔1天一次的水質(zhì)監(jiān)測(cè)及底泥間隔15天一次的底質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)為期30天的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組水質(zhì)的CODMn、NH3-N、TN以及TP濃度分別由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，由地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)劣V類(lèi)水質(zhì)優(yōu)化到了III類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；而對(duì)照組CODMn、NH3-N、TN以及TP濃度則分別下降至7.44mg/L、0.9mg/L、1.4mg/L、和0.077mg/L，為地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)IV類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)組表層底泥的TOC、TN、TP分別降解了33.35％、43.35％和23.20％，相比對(duì)照組分別提高了4％、6％和9％。實(shí)驗(yàn)組內(nèi)部底泥的TOC、TN、TP也分別降解了19.76％、37.33％和8.91％，相比對(duì)照組分別提高了5％、6％和2％。
上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本發(fā)明方法對(duì)上覆水及底泥均有較好的修復(fù)效果，其對(duì)表層底泥修復(fù)效果好于內(nèi)部底泥，可使底泥表面形成一層厚厚的棕色氧化層，成為天然的掩蔽劑，一方面，阻止了下層底泥污染物的釋放，起到掩蔽覆蓋的作用；另一方面，它又與普通的掩蔽劑不同，它是由底泥本身降解轉(zhuǎn)化而來(lái)，不會(huì)增加底質(zhì)體積，即使在淺水水域也適用；此外，它還有不對(duì)水生環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)成危害，可以為微生物提供棲息地的優(yōu)點(diǎn)。