本發(fā)明涉及水污染控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以制乙醇秸稈廢渣固定化聚磷菌處理黑臭水體的方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著城市化進(jìn)程的加速和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，污水和廢水排放量迅速增加，加之城市內(nèi)河多水動(dòng)力不足、納污能力低，極易發(fā)生黑臭，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)遭受毀滅性破壞。碳源有機(jī)物污染使水體嚴(yán)重缺氧，黑臭、甚至使水生生物滅絕，而氮、磷等營養(yǎng)鹽物質(zhì)致使閉鎖的城市內(nèi)河水域富營養(yǎng)化，其結(jié)果惡化了城市內(nèi)河水環(huán)境，危害了整個(gè)城市的生活環(huán)境。

城市黑臭水體給出了明確定義。一是明確范圍為城市建成區(qū)內(nèi)的水體，也就是居民身邊的黑臭水體；二是從“黑”和“臭”兩個(gè)方面界定，即呈現(xiàn)令人不悅的顏色和散發(fā)令人不適氣味的水體，以百姓的感觀判斷為主要依據(jù)。從現(xiàn)實(shí)情況看，城市黑臭水體很多是流動(dòng)性差甚至封閉的水體、斷頭浜等。水體黑臭的主要原因往往是水體自凈能力降低，有機(jī)污染物排入水體，微生物好氧分解使水體中耗氧速率大于復(fù)氧速率，溶解氧逐漸被消耗殆盡，造成水體缺氧。在缺氧水體中，有機(jī)污染物被厭氧分解，產(chǎn)生不同類型的黑臭類物質(zhì)，呈現(xiàn)水體黑臭。有些黑臭物質(zhì)閾值很低，微量即可產(chǎn)生強(qiáng)烈黑臭。一般將透明度低于25厘米、溶解氧低于2毫克/升、氧化還原電位-200到50毫伏，氨氮指標(biāo)不高于8毫克/升，可視為輕度黑臭；透明度低于10厘米、溶解氧低于0.2毫克/升、氧化還原電位低于-200毫伏、氨氮指標(biāo)高于15毫克/升，可視為重度黑臭。重度黑臭水體是環(huán)境污染修復(fù)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

目前使用的較多的修復(fù)黑臭水體的技術(shù)方法包括投加化學(xué)凈水劑，引入外加菌種以及種植水生植物等方法。投加化學(xué)凈水劑可以快速的降低水體里的磷含量，但是會(huì)產(chǎn)生無機(jī)沉淀物，導(dǎo)致底泥狀態(tài)惡化，產(chǎn)生二次污染，而且對(duì)氮沒有作用；引入外加菌種可以增加水體里脫氮除磷微生物的數(shù)量，但存在外來菌種對(duì)水體的適應(yīng)和外來物種長(zhǎng)期安全性的風(fēng)險(xiǎn)，而且成本較高，每平米水體外加菌種的費(fèi)用在1–2元；種植具有脫氮除磷作用的水生植物可以吸收利用水體中的氮磷，但是生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，并且需要及時(shí)收割，人工費(fèi)用較高，作用有限。

本發(fā)明首先在市政污水廠的活性污泥中篩選出具有脫氮除磷的土著微生物，用黑臭水體的污水作為主要的碳源與能量，再加入其他菌種生長(zhǎng)所需的營養(yǎng)元素，通過馴化得到來自本土環(huán)境中的具有脫氮除磷的聚磷菌株。而后將該菌株固定于價(jià)廉易得的制乙醇秸稈廢渣上，形成穩(wěn)定的微生物包埋結(jié)構(gòu)，投加與水中，可防止微生物流失造成的活性損失和對(duì)水體的二次污染，同時(shí)脫氮除磷，消除水體中的富營養(yǎng)化因子，起到凈化水體，恢復(fù)水體自凈能力和生態(tài)功能的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題而做出的，本發(fā)明的目的在于提供一種可用于城市黑臭水體高效修復(fù)技術(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種以制乙醇秸稈廢渣固定化聚磷菌處理黑臭水體的方法，其特征在于包括如下步驟：

1)將制乙醇秸稈廢渣以亞臨界水進(jìn)行處理，以提高其孔隙率和比表面積；

2)提取活性污泥進(jìn)行培養(yǎng)和馴化，獲得高活性的反硝化聚磷菌群；

3)用步驟1)獲得的制乙醇秸稈廢渣吸附步驟2)獲得的反硝化聚磷菌；

4)以聚乙烯醇水溶液對(duì)步驟3)獲得的吸附反硝化聚磷菌的制乙醇秸稈廢渣進(jìn)行覆蓋；

5)將步驟4)獲得的制乙醇秸稈廢渣分散于籠箱內(nèi)，置于待處理河道中；以及任選地

6)連續(xù)處理一段時(shí)間后，將網(wǎng)籠撈出沖洗，去除固定化微生物球表面的過量富磷菌體后，再次循環(huán)使用。

本發(fā)明中所述的循環(huán)使用是指重復(fù)步驟3)-5)的吸附、覆蓋及水體處理步驟。

在一個(gè)具體實(shí)施方案中，步驟1)中制乙醇秸稈廢渣的亞臨界水處理如下進(jìn)行：取秸稈制乙醇廢渣10g，置于含有80mL去離子水的高壓反應(yīng)釜中，沖氮?dú)庵?0Mpa，以10℃min^-1升高釜內(nèi)溫度至350℃，保持3h后降溫至室溫，開啟高壓反應(yīng)釜，取出處理后的廢渣，用無水乙醇沖洗3次，紫外滅菌后備用。

在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，步驟2)中反硝化聚磷菌群的獲得如下進(jìn)行：

a)采集污水處理廠活性污泥池水樣10mL，加入到裝有90mL無菌水的三角燒瓶中，在漩渦振蕩器上混合均勻并將污泥充分打碎；

b)取10mL菌液接種于90mL固體分離培養(yǎng)基中，在無水培養(yǎng)箱中控制溫度為30℃，連續(xù)培養(yǎng)36小時(shí)；

c)挑選出邊界清晰的菌落接種于液體牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)；

d)步驟b)-c)重復(fù)3次，逐步篩選出沒有異常菌落出現(xiàn)的純化單菌落；

e)將純化后菌株接種于缺磷培養(yǎng)基中，控制溫度30℃，在搖床上連續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)后，以10000rpm離心分離，將得到的菌株再接種于富磷培養(yǎng)基中，控制溫度30℃，連續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)，每組取10mL菌液，以上清液鉬銻分光光度法測(cè)定接種前后PO₄^3--P含量的變化，取除磷率高于50％的菌株進(jìn)行硝酸鹽還原產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)、異染顆粒染色實(shí)驗(yàn)和聚-β-羥丁酸顆粒染色試驗(yàn)，將既能過量攝磷，又具有反硝化功能并有異染顆粒和聚-β-羥丁酸(PHB)顆粒的菌株篩選出來，即得反硝化聚磷菌。

在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，步驟3)中制乙醇秸稈廢渣對(duì)反硝化聚磷菌群的吸附如下進(jìn)行：取反硝化聚磷菌菌液10mL，滅菌廢渣10g，加入到250mL裝有100mL牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基的三角燒瓶中，在30℃下，連續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)，以無菌水洗去滅菌廢渣上負(fù)載的多余反硝化聚磷菌菌體，水洗3次，得到吸附反硝化聚磷菌的制乙醇秸稈廢渣。

在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，步驟4)中的覆蓋如下進(jìn)行：配制質(zhì)量濃度為10％的聚乙烯醇水溶液，并加熱到90℃，并趁熱置于噴霧器中，將所得固定反硝化聚磷菌的乙醇秸稈廢渣分散于平板搖床上，控制搖床轉(zhuǎn)數(shù)為120rpm，以噴霧器將聚乙烯醇水溶液均勻噴灑到吸附反硝化聚磷菌的乙醇秸稈廢渣表面并不斷搖勻，直至形成直徑為2-3厘米大小的球體，即得固定化微生物球；

在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，步驟5)如下進(jìn)行：將固定化微生物球填充于篩孔小于2cm，竹篾編織的體積為5L的網(wǎng)籠內(nèi)，體積填充率為30％，系上重物沉于待修復(fù)黑臭水體中，籠箱內(nèi)以砂芯微孔濾膜間歇曝氣。

在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，分離培養(yǎng)基的主要成分為：乙酸鈉4.2g L^-1，磷酸氫二鉀30mg L^-1，氯化鈣20mg L^-1，氯化銨60mg L^-1，硫酸鎂150mg L^-1，硫酸鉀30mg L^-1，羥乙基哌嗪乙硫磺酸48g L^-1，硫酸鐵80mg L^-1，硫酸錳20mg L^-1，氯化鋁20mg L^-1，氯化鈷4mg L^-1，硫酸鋅4mg L^-1，鉬酸銨4mg L^-1，氯化銅2mg L^-1，硼酸1mg L^-1，瓊脂20g，培養(yǎng)基pH值為7.0。

在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，缺磷培養(yǎng)基的主要成分為：乙酸鈉2.5g L^-1，磷酸氫二鉀20mg L^-1，氯化鈣10mg L^-1，氯化銨150mg L^-1，硫酸鎂80mg L^-1，硫酸鉀20mg L^-1，羥乙基哌嗪乙硫磺酸2.4g L^-1，硫酸鐵80mg L^-1，硫酸錳20mg L^-1，氯化鋁20mg L^-1，氯化鈷4mg L^-1，硫酸鋅4mg L^-1，鉬酸銨4mg L^-1，氯化銅2mg L^-1，硼酸1mg L^-1，調(diào)節(jié)pH值至7.0。

在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，富磷培養(yǎng)基的主要成分為：乙酸鈉2.5g L-1，磷酸氫二鉀20mg L^-1，氯化鈣25mg L^-1，氯化銨300mg L^-1，硫酸鎂90mg L^-1，取代磺酸哌嗪3.2g L^-1，硫酸鐵80mg L^-1，硫酸錳20mg L^-1，氯化鋁20mg L^-1，氯化鈷4mg L^-1，硫酸鋅4mg L^-1，鉬酸銨4mg L^-1，氯化銅2mg L^-1，硼酸1mg L^-1，調(diào)節(jié)pH值至7.0。

通過上述技術(shù)方案的實(shí)施，可以達(dá)到消除黑臭水體中關(guān)鍵富營養(yǎng)化因子，提高水質(zhì)，恢復(fù)水體自凈能力和生態(tài)功能的效果。本發(fā)明的有益效果如下：

1.本發(fā)明以具有高效脫氮除磷的反硝化聚磷菌為主要的修復(fù)活性菌株，污染物的針對(duì)性強(qiáng)，抗沖擊負(fù)荷能力大，修復(fù)效果好，速度快；

2.本發(fā)明以制乙醇的秸稈廢渣為固定化載體，秸稈廢渣本身為產(chǎn)乙醇廢物，工業(yè)應(yīng)用價(jià)值極低，但具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，環(huán)境友好，生物相容性好等特點(diǎn)，是聚磷菌固定化的最佳載體；

3.以聚乙烯醇對(duì)固定化聚磷菌進(jìn)行再固定和包埋，可提高聚磷菌的穩(wěn)定性，防止其在水體中剝離造成二次污染，并抑制功能活性的損失。

附圖說明

為更清楚地說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，下面對(duì)具體實(shí)施方式部分的描述中使用到的附圖作簡(jiǎn)單說明。

圖1為聚磷菌固定化微生物球的掃描電子顯微鏡圖；

圖2為聚磷菌固定化微生物球處理模擬黑臭水體過程中氮磷污染物的濃度變化。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

如本發(fā)明所用的亞臨界水是一種高溫高壓下的水，具有腐蝕性，可提高秸稈孔隙率。

如本發(fā)明所用的反硝化聚磷菌又名攝磷菌、除磷菌，是傳統(tǒng)活性污泥工藝中一類特殊的細(xì)菌，在好氧狀態(tài)下能超量地將污水中的磷吸入體內(nèi)，使體內(nèi)的含磷量超過一般細(xì)菌體內(nèi)的含磷量的數(shù)倍，這類細(xì)菌被廣泛地用于生物除磷。

如本發(fā)明所用的“反硝化”是為了脫氮，“攝磷”是為了除磷。微生物通常兼有兩種功能，而本發(fā)明對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化，特別是對(duì)其攝磷的功能。

如本發(fā)明所用的“攝磷”是指微生物自身行為，“除磷”是指針對(duì)廢水的處理方式，換言之，微生物之所以能夠?qū)U水進(jìn)行“除磷”正是基于其自身的“攝磷”能力。

如本發(fā)明所用的“脫氮除磷”是指脫除水中的氮元素和磷元素。

如本發(fā)明所用，“PO₄^3--P含量”是指水中磷酸態(tài)磷的含量。

如本發(fā)明所用的鉬銻抗分光光度法是本領(lǐng)域常用的一種測(cè)磷濃度的方法。如本發(fā)明所用的硝酸鹽還原產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)是本領(lǐng)域常用的一種測(cè)微生物產(chǎn)氣量的方法，該方法是為了檢驗(yàn)微生物反硝化能力。

在本發(fā)明所用的異染顆粒染色實(shí)驗(yàn)中，異染顆粒是普遍存在的貯藏物，有時(shí)也被稱為捩轉(zhuǎn)菌素(volutin)，由ATP轉(zhuǎn)化而來，可隨菌齡的延長(zhǎng)而變大，其主要成分是多聚偏磷酸鹽。多聚磷酸鹽顆粒對(duì)某些染料有特殊反應(yīng)，產(chǎn)生與所用染料不同的顏色，因而得名異染顆粒。如用甲苯胺藍(lán)、次甲基藍(lán)染色后不呈藍(lán)色而呈紫紅色。棒狀桿菌和某些芽孢桿菌常含有這種異染顆粒。當(dāng)培養(yǎng)基中缺磷時(shí)，異染顆?？捎米髁椎难a(bǔ)充來源。

在本發(fā)明所用的聚-β-羥丁酸顆粒染色試驗(yàn)中，聚-β-羥丁酸是一種存在于許多細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)內(nèi)屬于脂質(zhì)的碳源類貯藏物，不溶于水，而溶于氯仿，可用尼羅藍(lán)或蘇丹黑染色，具有貯藏能量、碳源和降低細(xì)胞內(nèi)滲透壓等作用，假單細(xì)胞菌能分泌水解酶將PHB降解為二聚體、單體等。

實(shí)施例

以下采用實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。

實(shí)施例1

按以下比例進(jìn)行制乙醇秸稈廢渣預(yù)處理：取秸稈制乙醇廢渣10g，置于含有80mL去離子水的高壓反應(yīng)釜中，沖氮?dú)庵?0Mpa，以10℃min^-1升高釜內(nèi)溫度至350℃，保持3h后降溫至室溫，開啟高壓反應(yīng)釜，取出處理后的廢渣，用無水乙醇沖洗3次，紫外滅菌后備用，即得滅菌廢渣。

采集污水處理廠活性污泥池水樣10mL，加入到裝有90mL無菌水的三角燒瓶中，在漩渦振蕩器上混合均勻并將污泥充分打碎，提取10mL菌液接種于90mL固體分離培養(yǎng)基中，在無水培養(yǎng)箱中控制溫度為30℃，連續(xù)培養(yǎng)36小時(shí)，挑選出邊界清晰的菌落接種于液體牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)，重復(fù)上述分離培養(yǎng)基和牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中的培養(yǎng)步驟共3次，并逐步篩選出沒有異常菌落出現(xiàn)的純化單菌落。

將純化后菌株接種于缺磷培養(yǎng)基中，控制溫度30℃，在搖床上連續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)后，以10000rpm離心分離，將得到的菌株再接種于富磷培養(yǎng)基中，控制溫度30℃，連續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)，每組取10mL菌液，以上清液鉬銻分光光度法測(cè)定接種前后PO₄^3--P含量的變化，取除磷率高于50％的菌株進(jìn)行硝酸鹽還原產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)、異染顆粒染色實(shí)驗(yàn)和聚-β-羥丁酸顆粒染色試驗(yàn)，將既能過量攝磷，又具有反硝化功能并有異染顆粒和聚-β-羥丁酸(PHB)顆粒的菌株篩選出來，即得反硝化聚磷菌。

按以下比例進(jìn)行反硝化聚磷菌吸附：取反硝化聚磷菌菌液10mL，滅菌廢渣10g，加入到250mL裝有100mL牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基的三角燒瓶中，在30℃下，連續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)，以無菌水洗去滅菌廢渣上負(fù)載的多余反硝化聚磷菌菌體，水洗3次，得到固定反硝化聚磷菌的制乙醇秸稈廢渣。

配制質(zhì)量濃度為10％的聚乙烯醇水溶液，并加熱到90℃，并趁熱置于噴霧器中，將所得固定反硝化聚磷菌的乙醇秸稈廢渣分散于平板搖床上，控制搖床轉(zhuǎn)數(shù)為120rpm，以噴霧器將聚乙烯醇水溶液均勻噴灑到固定反硝化聚磷菌的乙醇秸稈廢渣表面并不斷搖勻，直至形成直徑為2-3厘米大小的球體，即得固定化微生物球(圖1)。

將固定化微生物球填充于篩孔小于2cm，竹篾編織的體積為5L的網(wǎng)籠內(nèi)，體積填充率為30％，系上重物沉于待修復(fù)黑臭水體中，籠箱內(nèi)以砂芯微孔濾膜間歇曝氣，連續(xù)處理20天后，將網(wǎng)籠撈出沖洗，去除固定化微生物球表面的過量富磷菌體后，可再次循環(huán)使用。

其中聚磷菌分離培養(yǎng)基的主要成分為：乙酸鈉4.2g/L；磷酸氫二鉀30mg/L、氯化鈣20mg/L、氯化銨60mg/L、硫酸鎂150mg/L，硫酸鉀30mg/L、羥乙基哌嗪乙硫磺酸48g/L；硫酸鐵80mg/L、硫酸錳20mg/L，氯化鋁20mg/L、氯化鈷4mg/L、硫酸鋅4mg/L，鉬酸銨4mg/L、氯化銅2mg/L、硼酸1mg/L，瓊脂20g，培養(yǎng)基pH值為7.0。缺磷培養(yǎng)基的主要成分為：乙酸鈉2.5g L1；磷酸氫二鉀20mg/L、氯化鈣10mg/L、氯化銨150mg/L、硫酸鎂80mg/L，硫酸鉀20mg/L、羥乙基哌嗪乙硫磺酸2.4g L1；硫酸鐵80mg/L、硫酸錳20mg/L，氯化鋁20mg/L、氯化鈷4mg/L、硫酸鋅4mg/L，鉬酸銨4mg/L、氯化銅2mg/L、硼酸1mg/L，調(diào)節(jié)pH值至7.0。富磷培養(yǎng)基的主要成分為：乙酸鈉2.5g/L；磷酸氫二鉀20mg/L、氯化鈣25mg/L、氯化銨300mg/L、硫酸鎂90mg/L、取代磺酸哌嗪3.2g/L；硫酸鐵80mg/L、硫酸錳20mg/L，氯化鋁20mg/L、氯化鈷4mg/L、硫酸鋅4mg/L，鉬酸銨4mg/L、氯化銅2mg/L、硼酸1mg/L，調(diào)節(jié)pH值至7.0。

實(shí)施例2

以該制乙醇秸稈廢渣固定化聚磷菌處理黑臭水體，選擇黑臭水體為北京某城區(qū)面積為20m²的封閉水面一處，修復(fù)前水體中COD_Cr濃度3528mg/L；氨氮145mg/L；總磷14.5mg/L；溶氧量0.25mg/L。投加10kg乙醇秸稈廢渣固定化聚磷菌籠箱，修復(fù)10天后，水體指標(biāo)變化為COD_Cr濃度1317mg/L；氨氮25mg/L；總磷2.7mg/L；溶氧量5.2mg/L，基本恢復(fù)了水體的生態(tài)功能和自凈能力(圖2)。同時(shí)選取類似污染狀況和污染面積的黑臭水體COD_Cr濃度2478mg/L；氨氮178mg/L；總磷22.5mg/L；溶氧量0.17mg/L，以非固定化的同樣用量的反硝化聚磷菌處理，修復(fù)10天后，水體指標(biāo)變化為COD_Cr濃度1894mg/L；氨氮125mg/L；總磷13.5mg/L；溶氧量2.7mg/L，水體污染狀況雖有一定改善，但與乙醇秸稈廢渣固定化聚磷菌技術(shù)有顯著差距。

以上所述的具體實(shí)施方式僅用于具體說明本發(fā)明的精神，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，當(dāng)然可根據(jù)本說明書中所公開的技術(shù)內(nèi)容，通過變更、置換或變型的方式輕易做出其它的實(shí)施方式，這些其它的實(shí)施方式都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。