一種改善富營養化水體水質的方法

專利名稱：一種改善富營養化水體水質的方法
技術領域：
本發明屬于環境保護技術領域，涉及一種水污染治理方法，特別是一 種改善富營養化水體水質的方法。 技術背景隨著工農業生產的發展和人們物質生活水平的提高，大量含有高濃度 營養鹽的工業污水和生活污水被排入水體，引起水體的富營養化。富營養 化的結果導致藻類的大量生長，嚴重時甚至引起水華的發生。藻類在生長 過程中可能會釋放藻毒素，藻類死亡后的殘骸為微生物提供了營養，促使 微生物不斷繁殖，從而消耗大量溶解氧，氧氣的大量消耗不僅會引起水生動物的窒息死亡，而且會促進厭氧微生物的生長和代謝，產生大量C02以及硫化氫等臭味物質，影響水體的正常功能。富營養化是一個全球性的環境難題，雖然富營養的現象已廣為所知， 但對其機理還知之甚少，這給富營養化的防治增添了不少難度。在影響生 產力的各種元素中，氮和磷是最常見的限制性營養因子，因此控制氮磷負 荷成為許多水生生態系統富營養化防治的重點。目前控制富營養化最常用 的措施是控制外源污染物的流入，雖然對點源污染的控制比較容易操作， 但面源污染的控制很難完全得到實施，再加上沉積物(底泥)中氮和磷的 釋放，使得富營養問題在一定時期內很難得到解決。目前國內絕大多數水 體，特別是城市周邊的湖泊都存在著這一問題。對富營養導致的水華治理，國內外進行了大量的研究。目前治理藻類 水華的方案主要有物理處理法、化學處理法、生物處理法和綜合處理法。 物理處理法包括換水法、機械打撈法和超聲波破碎法。換水法是用清潔的、 營養程度較低的水來取代富營養程度嚴重、藻類大量生長的水，該法只適用于小型的、水源比較豐富的水域；機械打撈法就是用一物理裝置撈取水 體中的絲狀藻類和其它漂浮物，由于我國地處溫帶和亞熱帶，大部分水域的水華是由藍藻暴發引起的，而藍藻是一類單細胞生物，細胞直徑只有幾 個微米，要撈取它需用孔徑極微的濾膜，該法勞動強度大，消耗動力高， 只適用于藻類細胞粘連、水華嚴重的水域，且治標不治本；超聲波破碎法是用一定功率的超聲波處理水體，使藻類破碎死亡的方法，此法雖然暫時 抑制了藻類的生存，但藻類細胞破裂后釋放的營養物質反而會加重水體的 富營養化程度。化學法是用硫酸銅、季銨鹽、高錳酸鉀、聚合氯化鋁、硫 酸亞鐵等化學藥劑，對過多的藻類進行殺滅、絮凝和沉降，能夠比較迅速 改善水質。但是，由于沒有從根本上消除營養源，這些效果只是暫吋的、 局部的，而且這些化學藥劑的長期使用，會引起化學物質的積累，造成二 次污染。生物處理法就是用放養水生動物，種植沉水植物或挺水植物，投 放微生物菌劑等方法，利用動植物對營養鹽的吸收作用和微生物對營養鹽 的降解作用改善水質。其優點是不會引起二次污染，缺點是作用緩慢，對 己經發生的水華不能立即去除，且種植水生植物會破壞旅游水體的景觀， 對某些淤泥厚而舒松的水體(如杭州西湖)，放養的螺絲、蚌類、蟹類等水 生動物會因陷入污泥而窒息死亡；投放微生物菌劑會增加水體的凈負荷， 而且對廣袤的水體來說，只能是杯水車薪。復合法是用含有微生物菌劑的 黏土來吸附包裹水體中的藻類，然后用絮凝劑絮凝沉降己經包裹住藻類的 黏土，達到藻類沉降的目的，該法雖然作用迅速，但沒有從根本上消除營 養源，而且黏土的大量使用會引起水體的沼澤化。 發明內容本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種新的改善富營養化 水體水質的方法。通過該方法可以在不影響旅游景觀和不增加勞動力成本 的前提下，改善水體水質。本發明方法是一個以船泊為載體的水質綜合治理措施。本發明能在不 影響旅游景觀和不增加勞動力成本的前提下，改善水體水質，可應用于以 旅游為主要功能的湖泊、河流、水庫等富營養水體，控制水華的形成。本發明方法的步驟包括1、 篩選功能微生物菌株；2、 將篩選出的微生物分別培養至對數生長后期；3、 離心收集微生物細胞，用蒸餾水洗滌并稀釋至1X106 1X108個/4、 將稀釋后的微生物細胞固定化；5、 將固定化后的微生物細胞填充在生物反應裝置內；6、 將生物反應裝置安裝在船舶底部。其中步驟1中所述的功能微生物菌株是指對水體凈化具有輔助作用的 微生物菌株，可以是能將水體中的硝態氮轉化為氮氣的脫氮微生物菌株， 或能將磷酸鹽吸收并聚合的聚磷微生物菌株，也可以是對某一特定污染物 具有降解作用的微生物如石油分解菌株。功能微生物菌株篩選方法采用微 生物生物技術中常用的平板稀釋法，可以在有氧條件下篩選，也可以在缺 氧條件下篩選。步驟2中功能微生物菌株培養方法可以用搖瓶培養，也可以用通氣攪 拌培養，對在缺氧條件下篩選得到的菌株可以用液體靜置培養；功能微生物菌株的培養溫度以所篩選微生物的最適生長溫度為宜，為25 37°C。步驟4中所述的功能微生物菌體的固定化的方法采用吸附方法或包埋 方法。所述的吸附方法是將載體顆粒浸泡在微生物細胞懸浮液中1 2小時， 利用微生物細胞的吸附特性讓微生物細胞吸附分布在載體顆粒中；所述的 載體顆粒為直徑為0. 2 1厘米的泡沫塑料或多孔陶瓷顆粒。所述的包埋方法是將微生物細胞懸液與2 4 %海藻酸鈉溶液按照體積 比為1: 1 10進行混合，再將不銹鋼絲網浸泡在混合液中0. 5 1小時， 讓微生物細胞與海藻酸鈉混合液粘附在不銹鋼絲網孔上，瀝干5 10分鐘 后，再將不銹鋼絲網浸泡于l 2%CaCl2溶液中，固化3 6小時后，用蒸 餾水洗去粘附的CaCl2，微生物細胞就被包埋在海藻酸鈣凝膠中。本發明中的生物反應裝置為馬蹄形環狀的箱體，箱體中空，可以填充 固定化微生物材料，箱體的側壁為網格鏤空結構，以利水流通過，箱體底 部與收集桶連通，以利收集脫落的菌膠團。本發明所述的生物反應裝置在船泊底部的安裝可以用鉚釘直接固定在 船泊的底部，也可以通過繩索懸掛于船泊底部。本發明通過在船泊底部安置一個小型生物反應裝置，在生物反應裝置 內固定一些能改善湖泊水質的微生物菌株，讓這些微生物與土著菌群形成 菌膠團，對水體中的有機物進行降解和轉化；由于生物反應裝置內填充有 多層固定化微生物材料，裝置本身又是一個透水結構，當水流通過時，可 對水體中的藻類起到過濾作用，同時，因為這些微生物與土著菌群形成的 菌膠團中有許多莢膜和粘液層物質，藻類細胞的細胞壁上也常有一些果膠 物質，使得藻類細胞在通過生物反應裝置時被粘連吸附；隨著微生物的生長繁殖和藻類細胞的粘著，菌膠團會不斷膨脹，同時由于水流的沖刷，菌 膠團部分脫落而沉入反應器底部，可以作為水生動物的餌料，也可以收集 后移出湖泊。該裝置可以看作是一個小型的污水處理設備，如果將裝置與 養殖水生動物的網箱相連，就可構成一個相對完整的食物鏈。本發明的優點是(1)利用旅游船泊對富營養水體進行綜合生物治理， 在不影響旅游景觀和不增加勞動力成本的前提下，改善水體水質；(2)不 向湖泊輸入外源營養物，不會造成二次污染，直接將湖泊中的營養鹽類和 藻體細胞轉化成菌膠團或養殖水產中的營養物質而輸出，提高水生態系統 的綜合經濟效益。


圖1為本發明所使用裝置的結構示意圖；圖2為圖1的截面示意圖。
具體實施方式
實施例1:利用石油分解菌株進行油污水體的凈化。 實施例1-1具體方法是(1) 利用石油中的烴類物質作為唯一碳源，添加氮源、磷源、礦質元素 和維生素，配制選擇性培養基；(2) 從自然環境中分離篩選能利用石油中的烴類物質作為碳源進行快 速生長和代謝的微生物菌株；(3) 對篩選得到的微生物菌株進行擴大培養，培養至對數生長后期；(4) 離心收集菌體，用蒸餾水離心洗滌1次，并用蒸餾水稀釋至1X108 個/毫升；(5) 將直徑為20毫米的多孔陶瓷顆粒浸泡于上述微生物懸液中，2小 時后將多孔陶瓷顆粒撈起；(6) 將多孔陶瓷顆粒填充于生物反應裝置中(固定化微生物區)，填滿 后封閉加樣孔；(7) 將生物反應裝置固定于普通游船(自劃船)底部，微生物就可降解 排入水體中的油污；(8) 在水中運行30天后，土著微生物吸附并生長于多孔陶瓷顆粒上， 在陶瓷顆粒表面形成菌膠團；(9) 3個月后，由于微生物的大量生長和藻類的吸附粘著，再加上原生動物的活動和水流的沖刷，菌膠團開始部分脫落，沉積于反應裝置的底部， 由于底部有一定傾斜度，在回流水的沖刷下，進入菌膠團收集桶；(10)再6個月后，取下菌膠團收集桶，將菌膠團移出水體。實施例1-2具體方法(1) 利用石油中的烴類物質作為唯一碳源，添加氮源、磷源、礦質元素 和維生素，配制選擇性培養基；(2) 從自然環境中分離篩選能利用石油中的烴類物質作為碳源進行快 速生長和代謝的微生物菌株；(3) 對篩選得到的微生物菌株進行擴大培養，培養至對數生長后期；(4) 離心收集菌體，用蒸餾水洗滌，并用蒸餾水稀釋至5乂107個/毫升；(5) 將直徑為1厘米的泡沬塑料顆粒浸泡于上述微生物懸液中，1小時 后將泡沬塑料顆粒撈起；(6) 將泡沬塑料顆粒填充于生物反應裝置中，填滿后封閉加樣孔；(7) 將生物反應裝置固定于普通游船(自劃船)底部，微生物就可降解 排入水體中的油污；(8) 在水中運行30天后，土著微生物吸附并生長于泡沫塑料顆粒上， 在陶瓷顆粒表面形成菌膠團；(9) 3個月后，由于微生物的大量生長和藻類的吸附粘著，再加上原生 動物的活動和水流的沖刷，菌膠團開始部分脫落，沉積于反應裝置的底部， 由于底部有一定傾斜度，在回流水的沖刷下，進入菌膠團收集桶；(10) 再6個月后，取下菌膠團收集桶，將菌膠團移出水體。實施例1-3具體方法(1) 利用石油中的烴類物質作為唯一碳源，添加氮源、磷源、礦質元素 和維生素，配制選擇性培養基；(2) 從自然環境中分離篩選能利用石油中的烴類物質作為碳源進行快 速生長和代謝的微生物菌株；(3) 對篩選得到的微生物菌株進行擴大培養，培養至對數生長后期；(4) 離心收集菌體，用蒸餾水洗滌，并用蒸餾水稀釋至1乂106個/毫升;(5) 將直徑為50毫米的泡沫塑料顆粒浸泡于上述微生物懸液中，l個半小時后將泡沫塑料顆粒撈起；(6) 將泡沫塑料顆粒填充于生物反應裝置中，填滿后封閉加樣孔；(7) 將生物反應裝置固定于普通游船(自劃船)底部，微生物就可降解 排入水體中的油污；(8) 在水中運行30天后，土著微生物吸附并生長于泡沬塑料顆粒上， 在陶瓷顆粒表面形成菌膠團；(9) 3個月后，由于微生物的大量生長和藻類的吸附粘著，再加上原生 動物的活動和水流的沖刷，菌膠團開始部分脫落，沉積于反應裝置的底部， 由于底部有一定傾斜度，在回流水的沖刷下，進入菌膠團收集桶；(10) 再6個月后，取下菌膠團收集桶，將菌膠團移出水體。實施例2:利用脫氮微生物菌株進行水質凈化。 實施例2-1具體方法是(1) 以硝酸鹽為唯一氮源，富集并篩選能在好氧條件下脫氮的微生物；(2) 對篩選得到的脫氮微生物進行培養，離心收集對數生長期菌體，用 蒸餾水洗滌并將脫氮微生物稀釋至1 X 107個/毫升；(3) 配制2%海藻酸鈉水溶液；(4) 將脫氮微生物與海藻酸鈉溶液按1: 10混合；(5) 將多層不銹鋼絲網疊成的馬蹄形環狀網架(體積比生物反應裝置的容積略小，可以置于生物反應裝置內)浸泡于上述脫氮微生物-海藻酸鈉混合液中，浸泡O. 5小時，不時搖動；(6) 將馬蹄形環狀網架撈出，瀝干5分鐘，再浸泡于2。/。CaCL溶液中，固化6小時；(7) 將固定化的微生物細胞置于生物反應裝置內；(8) 將生物反應裝置固定于船泊底部，利用脫氮微生物來消除水體中存 在的過量氮源；(9) 在水中運行30天后，由于功能微生物的大量生長、土著微生物和 藻類細胞的不斷吸附粘著，再加上原生動物的活動和水流的沖刷，菌膠團 形成并逐漸脫落，沉積于反應裝置的底部，由于底部有一定傾斜度，在回 流水的沖刷下，進入菌膠團收集桶；(10) 再6個月后，取下菌膠團收集桶，將菌膠團作為動物餌料或他用。實施例2-2具體方法是(1) 以硝酸鹽為唯一氮源，富集并篩選能在好氧條件下脫氮的微生物；(2) 對篩選得到的脫氮微生物進行培養，離心收集對數生長期菌體，用 蒸餾水洗滌并將脫氮微生物稀釋至1 X 107個/毫升；(3) 配制1. 5%海藻酸鈉水溶液；(4) 將脫氮微生物與海藻酸鈉溶液按1: 5混合；(5) 將多層不銹鋼絲網疊成的網架浸泡于上述脫氮微生物-海藻酸鈉混合液中，浸泡45分鐘，不時搖動；(6) 將馬蹄形環狀網架撈出，瀝干8分鐘，再浸泡于1. 5% CaCl2溶液中，固化5小時；(7) 將固定化的微生物細胞置于生物反應裝置內；(8) 將生物反應裝置固定于船泊底部，利用脫氮微生物來消除水體中存 在的過量氮源；(9) 在水中運行30天后，由于功能微生物的大量生長、土著微生物和 藻類細胞的不斷吸附粘著，再加上原生動物的活動和水流的沖刷，菌膠團 形成并逐漸脫落，沉積于反應裝置的底部，由于底部有一定傾斜度，在回 流水的沖刷下，進入菌膠團收集桶；(10) 再6個月后，取下菌膠團收集桶，將菌膠團作為動物餌料或他用。實施例2-3具體方法是(1) 以硝酸鹽為唯一氮源，富集并篩選能在好氧條件下脫氮的微生物；(2) 對篩選得到的脫氮微生物進行培養，離心收集對數生長期菌體，用 蒸餾水洗滌并將脫氮微生物稀釋至1 X 108個/毫升；(3) 配制4%海藻酸鈉水溶液；(4) 將脫氮微生物與海藻酸鈉溶液按1: 1混合；(5) 將多層不銹鋼絲網疊成的網架浸泡于上述脫氮微生物-海藻酸鈉混 合液中，浸泡1小時，不時搖動；(6) 將馬蹄形環狀網架撈出，瀝干10分鐘，再浸泡于l%CaCl2溶液中， 固化3小時；(7) 將固定化的微生物細胞置于生物反應裝置內；(8) 將生物反應裝置固定于船泊底部，利用脫氮微生物來消除水體中存在的過量氮源；(9) 在水中運行30天后，由于功能微生物的大量生長、土著微生物和藻類細胞的不斷吸附粘著，再加上原生動物的活動和水流的沖刷，菌膠團 形成并逐漸脫落，沉積于反應裝置的底部，由于底部有一定傾斜度，在回流水的沖刷下，進入菌膠團收集桶；(10) 再6個月后，取下菌膠團收集桶，將菌膠團作為動物餌料或他用。實施例3:利用聚磷微生物進行水質凈化，具體方法是(1) 篩選能在好氧條件下聚磷的微生物；(2) 對篩選得到的聚磷微生物進行培養，離心收集對數生長期菌體，用蒸餾水洗漆并將聚磷微生物稀釋至1 X 106個/毫升；(3) 配制2%海藻酸鈉水溶液；(4) 將脫氮微生物與海藻酸鈉溶液按1: 5混合；(5) 將多層不銹鋼絲網疊成的網架浸泡于上述聚磷微生物-海藻酸鈉混 合液中，浸泡1小時，不時搖動；(6) 將固定化的微生物細胞(網架)填充于生物反應裝置內，填滿后封 閉加樣孔；(7) 將田螺幼苗放養于生物反應裝置的菌膠團收集桶內；(8) 將生物反應裝置固定于船泊底部，聚磷菌不斷生長代謝，吸收水體 中的磷酸鹽，使水體的磷含量下降；(9) 在水中運行30天后，由于功能微生物的大量生長、土著微生物的 不斷吸附、藻類的吸附粘著，再加上原生動物的活動和水流的沖刷，菌膠 團形成并逐漸脫落，沉積于反應裝置的底部，由于底部有一定傾斜度，在 回流水的沖刷下，進入水產動物養殖區，可作為養殖動物的餌料；(10) 田螺不斷長大，9個月可收獲。以上各實施例中的生物反應裝置的結構如圖1和2所示，圖中箭頭為 水流方向。該生物反應裝置包括馬蹄形環狀的箱體1，箱體1中空，可以 填充固定化微生物材料3，箱體l的側壁為網格鏤空結構，以利水流通過。 箱體1的底部與收集桶2連通，能夠收集脫落的菌膠團。
權利要求
1、一種改善富營養化水體水質的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)篩選功能微生物菌株；(2)將篩選出的微生物分別培養至對數生長后期；(3)離心收集微生物細胞，用蒸餾水洗滌并稀釋至1×106～1×108個/毫升；(4)將稀釋后的微生物細胞利用吸附方法或包埋方法進行固定化；(5)將固定化后的微生物細胞填充在生物反應裝置內；(6)將生物反應裝置安裝在船舶底部。
2、 如權利要求1所述的一種改善富營養化水體水質的方法，其特征在于所述的功能微生物菌株為脫氮微生物菌株、聚磷微生物菌株、石油分解 菌株中的一種或多種。
3、 如權利要求1所述的一種改善富營養化水體水質的方法，其特征在 于所述的吸附方法是將載體顆粒浸泡在微生物細胞懸浮液中1 2小時，利 用微生物細胞的吸附特性讓微生物細胞吸附分布在載體顆粒中；所述的載 體顆粒為直徑為0. 2 1厘米的泡沬塑料或多孔陶瓷顆粒。
4、 如權利要求1所述的一種改善富營養化水體水質的方法，其特征在 于所述的包埋方法是將微生物細胞懸液與2 4 %海藻酸鈉溶液按照體積比 為l: 1 10進行混合，再將不銹鋼絲網浸泡在混合液中0. 5 1小時，瀝 干5 10分鐘后，再將不銹鋼絲網浸泡于1 2% CaCl2溶液中，固化3 6 小時后，用蒸餾水洗去粘附的CaCl2。
5、 如權利要求1所述的一種改善富營養化水體水質的方法，其特征在 于所述的生物反應裝置為馬蹄形環狀的箱體，箱體中空，箱體的側壁為網 格鏤空結構，箱體底部與收集桶連通。
全文摘要
本發明涉及一種改善富營養化水體水質的方法。現有的各種富營養化水體處理方法存在各種問題。本發明方法的步驟包括篩選功能微生物菌株；將篩選出的微生物分別培養至對數生長后期；離心收集微生物細胞，用蒸餾水洗滌并稀釋至1×10⁶～1×10⁸個/毫升；將稀釋后的微生物細胞固定化；將固定化后的微生物細胞填充在生物反應裝置內；將生物反應裝置安裝在船舶底部。本發明通過在船泊底部安置一個小型生物反應裝置，在生物反應裝置內固定一些能改善湖泊水質的微生物菌株，讓這些微生物與土著菌群形成菌膠團，對水體中的有機物進行降解和轉化。本發明能夠在不影響旅游景觀和不增加勞動力成本的前提下，改善水體水質，同時不會造成二次污染。
文檔編號C02F3/34GK101234824SQ200810059940
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月4日 優先權日2008年3月4日
發明者吳根福 申請人:浙江大學