固定化微生物原位修复黑臭水体底泥的应用研究

固定化微生物原位修复黑臭水体底泥的应用研究

随着经济的快速发展和城市化进程的加速,我国大多数河道出现了不同程度的黑臭现象,严重影响了居民的生活,制约了社会发展,日益成为人们关注的焦点和热点。底泥是河道中污染物的“汇”与“源”,是河道水体黑臭主要原因之一,因此,底泥修复是解决水体黑臭问题的关键。本论文以扬州市黑臭河道水体修复示范工程研究为依托,系统开展了优势微生物选择、微生物固化载体选择、固定化微生物原位修复黑臭河道底泥效果等研究,并利用实验室试验成果进行了实际应用。

论文主要成果有:(1)从本地典型黑臭河道底泥中分别筛选出了 10株优势光合细菌(编号为G1～G10)和9株优势反硝化细菌(编号为F1～F9)。实验室试验结果显示G3菌株对黑臭水体的净化效果最好;F8菌株的对筛选培养基中的硝态氮和总氮降解效果最好。因此,选择G3菌株和F8菌株为底泥土著微生物的优势菌。

(2)选择沸石和活性炭作为微生物载体并进行了性能分析。试验结果表明:1)载体在400℃温度时均体现出良好的活化效果;2)等温吸附试验表明,载体均具有良好的吸附氨氮的能力,且沸石稍优于活性炭;3)活性炭和沸石的亚甲基蓝吸附值为分别102.56mg/g和26.82mg/g,说明活性炭具有比沸石更大的吸附量;4)载体对反硝化细菌的最大吸附量为2.39X 107cfu/g,对光合细菌的最大吸附量为1.53×106cfu/g,两种载体均展现了良好的微生物菌液吸附能力。(3)将活化好的沸石和活性炭各20g分别投入光合细菌菌液和反硝化细菌菌液进行微量曝气固定化48h,电镜扫描结果显示,光合细菌-沸石组(GF组)、光合细菌-活性炭组(GH组)、反硝化细菌-沸石组(FF组)、反硝化细菌-活性炭组(FH组)光合细菌和反硝化细菌在载体上附着生长效果较好,微生物固化成功。

(4)采用固化微生物的载体进行实验室条件下模拟修复实验,试验装置共5组,分别为空

白组(对照组)、GF组、GH组、FF组和FH组。至88d的试验期末,除对照组外,各试验组上覆水主要检测指标均得到了改善,其中GF组净化效果最佳,CODCr值由84.33mg/L 降至 41.98mg/L;NH3-N 和 TN 分别由 12.59mg/L 和 23.12mg/L 降至 0.78mg/L和1.20mg/L,且具有相似的变化趋势;TP值由1.48mg/L降至0.19mg/L。(5)至88d试验期末,各试验组底泥的主要指标差异明显,GF组底泥有机质从初始值88.31g/kg降至

62.07g/kg,下降了 26.24g/kg,而GH组、FF组、FH组有机质仅分别下降了 13.89g/kg、14.91g/kg、11.20g/kg左右,对照组底泥有机质几乎没有变化;GF组底泥G值(底泥的生物降解能力)增量也最大,从初始的0.25×10-3kg/(kg·h)增至1.44X 10-3kg/(kg · h)。

(6)试验90d后检测,各试验组底泥中的Cu、Zn、Ni、、Cr四种重金属含量最好的转移效果分别是7.40%、3.64%、18.39%、6.43%;Pb、Cd含量较低,两种离子最好的转移效果分别从 49.21mg/kg、2.15mg/kg 降到 38.57mg/kg、1.41mg/kg。而对照组中的 Cu、Zn、Ni、Pb、Cd、Cr含量仅分别去除了 1.49%、0.79%、8.31%、5.23%、6.64%和 1.25%。尽管GF组对重金属的转移效果明显优于其他试验组,但是总体来说试验对重金属的转移效果并不理想。

(7)底泥微生物群落结构分析显示,投加载体中的固定化微生物明显增大了底泥微生物群落的丰富度和多样性,而且底泥微生物群落的变化情况与底泥和上覆水中的各个指标变化情况一致。(8)实验室试验结果表明,固化光合细菌的沸石(GF组)对污染底泥和上覆水的修复效果最佳。(9)采用固定化微生物进行了原位修复黑臭水体底泥的应用试验,将固化光合细菌的沸石(7d一次)以0.5kg/m2强度均匀抛撒入试验河道底泥中,5个月后上覆水CODcr、NH3-N、TN、TP 浓度分别从 90.11mg/L、16.43mg/L、30.59mg/L、2.53mg/L下降为38.29mg/L、1.05mg/L、1.48mg/L、0.33mg/L,去除率分别为 60.04%、93.61%、95.16%、86.96%,底泥有机质从95.34g/kg降至69.41g/kg,底泥G值从初始的0.57×10-3kg/(kg · h)增至1.91×10-3kg/(kg · h),水质改善效果明显,但底泥中的重金属转移

效果不明显。