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        水質凈化微生物系統

        • 分類:專業技術
        • 發布時間:2020-12-05 16:00:19
        • 訪問量:0
        概要:
        概要:
        詳情

        1、微生物原位生態修復技術
               微生物原位生態修復技術是通過向目標水體及底泥投加優勢微生物,優勢微生物是通過專利技術用于河涌水污染治理的優勢微生物馴化方法和用于河涌水污染治理的優勢微生物固體菌劑制備方法先進行馴化再富集制備而成。
        通過投加馴化富集后的固體復合優勢微生物菌劑進入底泥中,可逐漸向上覆水體中釋放出水質改善型微生物及底泥改造型的微生物會向淤泥中擴散。能夠完善水體及沉積底泥中微生物的種群和提高微生物的活性,從而增強微生物對水體及沉積底泥中有機質的凈化能力,使水體能持久性改善水質和沉積底泥的活性,最終使水體清澈及淤泥消減生態化。原位生態底泥修復過程示意圖如下。
               在投加優勢微生物后,由于水體中存在大量的有機污染物及豐富的氮磷等物質,為微生物的生存和大量繁殖提供的營養基礎,優勢微生物開始大量生長,并吸收和轉化水體中的污染物。隨著時間的推移,優勢微生物開始附著在泥水分界面(即沉積淤泥的表面),并通過底泥表面向深層的底泥擴散。在不斷的擴散過程中,優勢微生物不斷將底泥中的有機質利用來進行自身的新陳代謝作用,從而將有機質轉化為CO2和H2O。最后水體及底泥中的有機質被微生物分解完,底泥得到活化。由于底泥中有機污染物逐漸減少,優勢微生物得不到充足的營養物,會逐漸進行自身內源呼吸,大量微生物因內源呼吸而消耗自身的能量,微生物逐漸減少,剩余部分優勢微生物與水體和底泥中的有機污染物保持平衡。水體和底泥得到持續性的改善,同時水體也不會有任何的二次污染。
        圖 微生物與時間的增減關系
               微生物新陳代謝過程中污染物的轉化過程主要包括兩種類型,厭氧生物轉化和好氧生物轉化過程。
               1)在厭氧(或缺氧)過程
               污染物被厭氧菌利用,其中的碳、氫、氧一部分轉化成CO2和H2O,另一部分被分解成小分子有機酸、醇類物質;氮一部分被轉成氨氣(NH3)從水中逸出,一部分生成無機氮溶解于水中,成為水中動植物的營養氧元素;磷被微生物的作用轉化為無機磷,作為生物新陳代新的能源物質。
        圖  厭氧微生物降解污染物過程
               2)在好氧過程中,水體中的好氧菌將有小分子的有機酸、醇等有機污染物進一步分解成CO2和H2O;水體中的無機磷一部分則被微生物中的聚磷菌利用與ADP(二磷酸腺苷)結合生成ATP(三磷酸腺苷)作為能量物質儲存在體內,一部分則被水體中的動植物吸收。從而使水體得到凈化,水體不會再黑臭。植物吸收后,由于體內積累大量的氮磷元素,需通過定期更換水生植物,使整個生態系統持續穩定。好氧微生物降解有機物的過程如下圖
        圖  好氧微生物降解污染物過程
               在方案設計中,充分運用微生物在厭氧及好氧狀態下對污染物去除的原理,將C、N、P轉化成個級生態鏈能利用的營養成分。同時生態浮島及水生植物的根系能提供優勢微生物大量繁殖及附著生存環境,從而利用微生物的作用使水中的污染物在各個工藝段被不同的微生物進行轉化或利用,從而實現污染物從水體及底泥中分離出來,(如,CO2、CH4、NH3等氣體從水中逸出,溶解在水中的氮磷則被水生植物或動物利用),進而使水體得到凈化。水體物質流通如下圖
        圖 水體中的生物鏈
               使用范圍:適用于流速較緩的黑臭水體底泥修復。
               限制因素:目前市面上銷售的微生物產品質量參差不齊,需要選擇能有效修復底泥的微生物,在微生物選擇上還需要考慮到外源微生物可能造成的生物入侵問題。微生物修復的速度導致技術的見效比較緩慢,不適用于應急性措施。
        2、微生物原位生態修復技術主要內容
               微生物原位生態修復技術將開展以下幾方面的工作:
               (1)在對河涌六項主要水質指標進行監測的基礎上,采用水體黑臭評價模型,通過構建水質指標與黑臭閾值之間的相關性,確定黑臭水體的主要影響因子。
               (2)結合理論分析結果,采用正交試驗方法,探究各主要影響因素的主次關系及影響最大的因素組合,尋求水體發生黑臭的主要指標及其臨界值。
               (3)選用黑臭水體及底泥中提取的優勢菌為菌源,以導致水體黑臭主要污染物的降解效果為依據進行高效降解菌株的篩選。通過試驗確定菌株的生長條件,并對其降解特性和黑臭水體的凈化效果進行測定。
               (4)將分離得到的菌種和有針對性的外源菌進行組合,尋求提高黑臭降解能力的復合菌劑。內容包括相容性、投加比例、最佳條件、降解效果等。
               (5)將得到的復合菌劑用于黑臭水體與底泥的實際修復工程中,觀察運行效果。為復合菌劑的實際應用提供基礎。
               結合國內部分典型的黑臭水水質特點,配制人工黑臭水,針對不同河道或者景觀水體自身環境污染特征,以河道本土水樣篩選黑臭水凈化高效菌株,自行開發河道本土的黑臭水體凈化菌劑。從底泥土著微生物中馴化分離篩選得細菌,生物法作為一種有效、安全、可靠和徹底解決環境污染問題的的方法,可以高效的解決黑臭水體污染問題。
               1、菌種來源
               菌種來源于實驗段黑臭河道新鮮底泥。底泥取樣后用玻璃瓶密封保存在實驗室,在實驗室中用自行設計的反應器中以自配黑臭水為進行馴化培養。當實驗水體中 CODcr 去除率穩定在 40%以上后,認為實驗取樣的黑臭底泥已適應模擬水體,馴化完成。 
               2 、菌群篩選分離純化
               菌群篩選分離純化:用無菌針管取 5ml 種泥上清液,接種至裝有 100ml 無菌的 MSM 培養基(液體)的 250ml 血清瓶中,放入搖床,在 30℃,120rpm 條件下振蕩培養,以 7d 為周期進行菌種篩選,篩選優勢菌。以 CODcr 和氨氮去除率為主要評價指標,反應開始后每天取樣測定水體 CODcr 和 OD600 討論菌群對水體中有機質的去除效果。當 CODcr 有明顯且穩定的下降趨勢時,將其混合菌轉移至固體培養基中進行菌種分離。圖 4-1 和圖 4-2 分別是
               CODcr 去除變化曲線圖和氨氮去除變化曲線圖。
               水體中 COD 主要以顆粒性和溶解性兩種形式存在,其中溶解性的 COD 因分子量小, 直接可以被微生物優先降解,主要是通過微生物粘附、包埋到生物菌膠團的表面,然后透過微生物的細胞膜進入微生物細胞中被利用。顆粒性的 COD 分子量較大,以顆粒狀吸附或沉積在水體懸浮物上,懸浮物上的 COD 隨水體流動以及各種水力運動不斷發生機械碰撞、裂解,以及在水體中微生物活動產生的各種酶的催化作用下分解或者氧化成小分子, 然后讓微生物群體通過同化或者異化作用降解。
               由圖 4-1 可以看出,接種后的污泥經過 7 天時間的馴化,MSM 培養基中 CODcr 去除率可以達到 65.6%,說明底泥中含有能夠降解 CODcr 的微生物群體,底泥中的微生物利用有機質進行自身新陳代謝。從開始接種到第三天,CODcr 從開始的200mg/L 降低到147mg/L,降解率持續增高,這是因為在這個階段細菌處于對數增長期,繁殖速度最快,消耗有機物的能力明顯強于后期階段。第 4 天以后 CODcr 的去除率基本保持在 60.0%以上,沒有顯著的提高,這個階段細菌的代謝能力變低進入衰亡期,處于內源呼吸階段的細菌的活性沒有對數期的細菌活性強,分解和合成有機質的能力低于剛開始接種的細菌。隨著營養物質的消耗殆盡,細菌代謝產物的積累,細菌活性受到抑制,CODcr 濃度基本不在下降,CODcr 去除率也隨之降低,CODcr 最高去除率可達 65.6%。
               由圖 4-2 可以看出,從剛接種污泥到第 7 天,培養基中氨氮濃度持續下降,第 3 天至
               第 5 天氨氮去除效果明顯優于剛開始接種階段,第 5 天氨氮的去除率達到 82.57%,反映了底泥中的土著微生物里面含有可以降解氨氮的微生物細菌。氨氮的降解其實就是硝化過程,需要硝化細菌的參與,大多數硝化細菌是自養微生物,相比其他異養微生物的生長速率,硝化細菌的生長速率較低,同時在水體中存在的數量也沒有異養微生物細菌多。氨態氮比硝態氮容易被微生物降解,經過實驗室選擇性培養底泥中的細菌,可以找到高效降解氨氮的生物菌群。整個實驗周期中,氨氮的濃度從剛開始的50mg/L 可以降低到4.96mg/L, 去除率接近 90.1%,培養基在第 5 天以后,氨氮的去除率基本保持平穩。這是由于培養基中的氮源已基本消耗完畢,微生物細菌生長所需的氮源無法滿足,從而造成細菌代謝減慢,合成和分解有機質的速率也隨著降低,微生物對營養物質的依賴性很強,營養物質的匱乏導致微生物難以大量繁殖,各個菌種之間相互競爭。
                小結
               (1)采用原位微生物修復治理黑臭水體的思路,從黑臭水體底泥中采集土著菌群, 接種至人工配置黑臭水體的選擇性培養基,經過馴化、富集、生物強化的方法進行優勢降解黑臭水體中污染物質的微生物的菌種篩選。以水體中氨氮、CODcr 為重點降解對象,通過比較降解效果,發現了 6 種可以明顯去除黑臭水體高碳高氮的菌株。其中混合菌群對人工配置黑臭水樣的 CODcr 最高去除率可達 65.6%,對氨氮去除率達到 90.1%左右。

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