[发明专利]一种富营养化水体原位生物-生态联合修复装置及其方法

说明书

本发明是基于生物‑生态修复过程微生物植物增长缓慢、营养物吸收效果有待提升的缺陷，提供了一种利用可降解固相载体原位富集反硝化菌，并结合除磷基质和水生植物的富营养化水体原位生物‑生态联合修复装置以及联合修复方法。可降解载体材料为稻壳和可降解人工合成聚合物混合物，可降解人工合成聚合物可为聚己内脂、聚丁二酸丁二醇脂、聚乳酸，除磷基质为贝壳生物炭和聚合氯化铝共混物。

技术领域

本发明属于富营养化水体的原位修复领域，尤其涉及一种利用可降解固相载体原位富集反硝化菌，并结合除磷基质和水生植物的富营养化水体原位生物-生态联合修复装置及其方法。

背景技术

水体富营养化指的是水体中氮、磷等营养盐的含量过多而引起的水质污染现象。在人类活动的影响下，人类排放的含有氮、磷等营养物质的生活污水和工业废水进入湖泊、河湖等水体中引起藻类过量生长。伴随着藻类的死亡以及微生物的代谢，水体中溶解氧很快被耗尽，导致水体恶化和水生态环境破坏。富营养化水体治理可用物理法、化学法、生物法减少内源性营养物质。生物方法，即生物修复或生态修复，是指利用特定生物对水体中污染物的吸收，转化或降解，达到减缓或最终消除水体污染，恢复水体生态功能的生物措施。富营养化水体一般水量巨大、影响因素多，其治理不能在限定的反应器和人为控制条件下进行。利用水生生物的同化作用，吸收并代谢污染物，从而达到水体中去除的目的。较之传统的物理、化学方法，生物法具有处理成本低、费用省，效果好，对外界干扰少以及很少或没有二次污染等诸多优点，日益成为环保工作者的研究热点。目前，国内外自然水体生态修复技术包括：投菌技术、人工湿地技术、生态浮岛技术、生物膜技术等。然而植物吸收氮磷速度相对较慢，而水体可利用性碳源低，寡营养环境下微生物增长速度慢，效果有限。

对于内源污染控制，依据修复方式的不同，污染底泥的修复技术主要分为原位处理技术和异位处理技术，原位处理技术是将污染底泥留在原处，采取措施阻止底泥污染物进入水体，即切断内污染源的污染途径；异位处理技术是将污染底泥挖掘出来运输到其它地方后再进行处理，即将水体的内污染源转移走，以防止其污染水体。底泥疏浚为较常见的异位处理技术，该方法虽然可挖除表层污染底泥，但若处理不当，会造成底泥的再悬浮和污染物再释放，存在生态系统破坏和水体自净能力削弱等隐患，且该方法治理费用昂贵。相对于底泥异位处理技术存在对水体环境影响大、成本高、过程繁琐的缺点，底泥原位处理技术以其成本低、操作简单、不易产生二次污染的优势而备受关注。但也存在处理技术要求和成本较高等缺点，如喷气及电化学等原位处理技术。

富营养化湖泊底泥原位覆盖技术是目前国内外应用较为广泛的受污染底泥修复技术之一。其主要采用红土材料进行覆盖，并适当比例添加诸如活性氧化铁和活性氧化铝(中国专利申请号CN200510028579.3)，控制底泥营养盐释放，如潘纲等提出的改性粘土增氧固磷技术(中国专利申请号CN200310113305.5；中国专利申请号CN200510063410.1)以及利用粘性土实现浅水湖泊藻-草转换的方法(中国专利申请号CN201010104186.7)，在一定程度上改善了水底厌氧环境，降低了沉积物的磷释放量，对蓝藻在春季的复苏和夏季的暴发起到一定的抑制作用；孙艳丽等也提出了一种用于控制底泥污染物释放的覆盖毯系统(中国专利公开号CN202284288U)；此外，杨浩等提出在蓝藻休眠期去除蓝藻的方法和设备(中国专利申请号200810244179.X)，证明在休眠期减少蓝藻的量可以减缓蓝藻水华的暴发，但该方法对水-泥界面上的微生物和底栖动物群落扰动较大，且未提及如何改善厌氧底泥以及生态修复。

上述有关通过原位底泥覆盖进行藻类控制和底泥修复的技术或发明存在以下问题：首先，通过大面积播撒当地土壤或者粘土矿物等材料对表层沉积物进行覆盖后，会形成一种稳定的“覆盖膜”，将营养盐吸附、固着的同时也将原有沉积物中的生物群落隔绝在水体底部，尤其是底栖动物群落具有极大的破坏作用，存在生态安全风险；其次，上述覆盖材料吸附饱后，通过水体陶蚀等作用，仍存在一定的释放风险，无法将污染物彻底移除处出水体，并且只通过底泥覆盖无法杀灭存在于表层底泥中的藻类休眠体或藻细胞，仍存在复苏的可能；最后，大量投加覆盖材料，会减小水体深度，改变湖底坡度，在浅水或对水深有一定要求的水域中无法使用。