纳米材料在低温水体生态修复方面的应用及低温水体生态复合纳米修复方法

摘要

本发明涉及水处理领域，具体地，涉及纳米材料在低温水体生态修复方面的应用及低温水体生态复合纳米修复方法。所述方法包括在低温条件下向水体中投入除臭菌剂和纳米材料的步骤。纳米材料的能量可以一直渗透到微生物的细胞核中整理DNA、RNA，促进细胞的正常分裂与增殖，从而使处于休眠状态的微生物得到激活，可将自然水体中及水处理系统中微生物活性提高，特别是在冬季处理效果保持良好，利用生物链修复菌剂、辅以新型纳米材料技术，实现在冬季低温条件下净化修复水体。

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，具体地，涉及纳米材料在低温水体生态修复方面的应 用及低温水体生态复合纳米修复方法。

背景技术

目前我国地表水污染非常严重，有70%以上的河流、湖泊达不到地表水Ⅲ类水 质标准，近25%的水为劣五类。水体污染致使水生生态系统遭受严重破坏，自净能 力减弱，甚至消亡。其中黑臭河流普遍存在，对人体健康已经造成重大影响，当地 民众发病率明显增加，民众反映强烈，并严重制约着我国社会经济的可持续发展， 它已成为我国水环境污染治理上的一大难题。

水体修复技术一般可分为水体物理修复技术、水体化学修复技术和水体生物修 复技术。物理修复技术包括截污、清淤、引水冲污等。这些方法需要建筑大型的构 筑物，不仅投资大、工程复杂，且治标不治本，仅仅是辅助治理手段，不能彻底改 善水质。化学修复技术是通过化学手段处理被污染水体，达到去除水体中污染物的 一种方法。例如，治理泊酸化可投加生石灰；除磷可投加铁盐等。化学净化法由于 投加的是化学药剂，因此不仅治理费用较高，而且还易造成二次污染。水体的生物 修复技术是新近发展起来的一项清洁环境的低投资、高效益,便于应用、发展潜力 巨大的新兴技术，它利用特定生物(特别是微生物)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，这一过程 是受控或自发的。污染水体的生物修复技术主要包括投加菌种、投加营养物、人工 曝气、提高生物可利用性、人工投放动物或植入植物等修复方法。

目前在研究应用上一般以水体生物修复技术为主，水体物理修复技术、水体化 学修复技术为辅。

中国专利申请200910266194.9公开了“除臭优势菌及复合菌剂和应用”。该申 请采用原位多点采样法筛选出多株微生物，克服了单点采样培养成的菌液稳定性差、 易受冲击的难点。它对整个黑臭河流治理在的研究起着至关重要作用，是组合生物 修复技术的核心。通过大量的单因素以及正交实验，实现了菌株的选优并掌握了除 臭优势复合菌剂最佳的生长条件。突破了用单一生物修复技术的，提出了由曝气充 氧技术/微生物修复技术/人工湿地修复技术组成的组合生物修复处理工艺，并将此工 艺运用于实际黑臭河流的治理。所述除臭菌的除臭效果显著，同时对有机物等去除 率均可达65%以上。然而，由于我国北方冬季水温低，生物修复效果受到严重影响。

发明内容

本申请的发明人为了解决上述问题提出并完成了本发明。

本发明采用除臭优势菌复合菌剂（生物链修复菌剂），辅以新型能量纳米材料组 合共同作用，提高微生物的活性，从而起到较为彻底净化污水的作用，可以顺利地 修补生物链中的断裂部分，突破了多年来冬季富营养化水体治理中的瓶颈问题。

因此本发明的目的是提供一种低温水体生态纳米复合修复方法。

本发明的再一目的是提供纳米材料在低温水体生态修复方面的应用。

根据本发明的低温水体生态纳米复合修复方法包括向水体中投入除臭菌剂和纳 米材料的步骤。

根据本发明的方法，所述除臭菌剂可以为红球菌属(Rhodococcus)(保藏号 CGMCC No.3276)、假单胞菌属(Pseudomonas)(保藏号CGMCC No.3277)、和/或酵母 菌属(Saccharomyces)(保藏号CGMCC No.3278)。他们去除COD分别为88.1%、 81.2%、76.5%三株菌组合后，处理效果为90.1%；去除TN分别为68.1%、63.2%、 50.3%.三株菌组合后，处理效果为69.8%。

根据本发明的具体实施方式，将上述三株菌组合的复合菌剂处理黑臭河水，即 为黑臭河流河水治理的复合菌剂。

根据本发明的优选实施方式，其中，红球菌属(Rhodococcus)假单胞菌属 (Pseudomonas)酵母菌属(Saccharomyces)三株除臭优势菌在复合菌剂中的比例分别 为4：2：4。

根据本发明的方法，其中，所述纳米材料通过以下方法制备：

1）将Fe₂O₃、ZrO₂、SiO₂、TiO₂氧化物材料以6：2：1：1的质量比混合；

2）将混合物在1220-1320℃高温烘焙8~10小时，保温2小时，冷却至常温；

3）取出超细粉碎后过筛，得到粒径为40-100纳米的超细粉末。

根据本发明的方法，还包括制备能量纤维织物的步骤：将上述已加工好的纳米 级超细能量粉末均匀地分散在高聚物（聚酯类、聚酰胺类、聚丙烯类、聚丙烯腈类 等）的熔体或溶液中,然后采用常规的熔融法或湿法进行纺丝，制成纤维，再将纤 维经纺纱、织造加工成新型能量纤维织物。

根据本发明的方法，还包括制备纳米纤维组件的步骤，将上述能量纤维织物按 直径10cm，长2m树脂管的尺寸，进行加工并将其装入树脂管中，每组由5根树脂 管组成，每根管子之间20cm，同时为了提高每一组机械受力强度等，采用2根耐腐 蚀的不锈钢板用以加固，这样就构成了宽1m，长2m能量纤维组件。

根据水体污染的程度来确定菌剂的投加量、投加频率。将现场所需要的复合菌 剂投加于组合生物修复处理系统中，投加比例与污水的COD浓度及污水量有关。COD 浓度大于1000mg/L时，按系统的1/1000容积比进行投加，即1000m³容积中投加1m³的除臭优势复合菌剂。COD浓度小于1000mg/L时，按系统的1/10000-5/10000容积 比进行投加，即10000m³容积中投加1m³-5m³的除臭优势复合菌剂。

一般来讲在正常温度条件下已投加了菌剂且能保证水体水质达标的情况下，在 低温到来之时不必投加菌剂，只投放能量纤维组件就可以，一个组件可控制200m²的 面积。

若没有投加菌剂的基础的情况下，菌剂以1/10000的质量比例投加，投加频率 第一个月里每周投加一次，第二个视情况而定，若水体水质基本达标即可不投加了， 若距达标还有一定的距离，可两周投加一次。

在常温条件下，只用复合菌剂就可可以进行水体生物链的修复，但在低温条件 下常温菌因休眠而无活性，无法完成水体生物链的修复，为了解决低温环境年条件 下生物活性问题，而将纳米材料的引进，本发明所用的纳米材料是具有极强生育光 线能量的材料。它可以渗透到微生物的细胞核中整理整顿DNA、RNA，促进细胞的正 常分裂与增殖，从而使处于休眠状态的微生物得到激活，可将自然水体中及水处理 系统中微生物活性提高。

黑臭水体的生物联合修复法针对性强、成本低、无二次污染，是黑臭水体治理 的首选之法。但是冬季温度低，一般中温微生物在低于5℃时不能代谢外源物质。本 发明采用生物链修复菌剂辅以新型纳米材料技术，所述新型纳米材料的最大特征是 极强生育光线能量可以一直渗透到微生物的细胞核中整理整顿DNA、RNA，促进细胞 的正常分裂与增殖，从而使处于休眠状态的微生物得到激活，可将自然水体中及水 处理系统中微生物活性提高，特别是在冬季处理效果保持良好，COD、总磷、总氮等 的去除效果与春秋季节相比仅下降20-30%，利用生物链修复菌剂、辅以新型纳米材 料技术，实现在冬季低温条件下净化修复水体。

附图说明

图1显示了实施例中使用的纳米组件。

具体实施方式

实施例1

1、制备纳米组件

1）将Fe₂O₃、ZrO₂、SiO₂、TiO₂氧化物材料以6：2：1：1的质量比混合；

2）将混合物在1320℃高温烘焙10小时，保温2小时，冷却至常温；

3）取出超细粉碎后过筛，得到粒径为40-100纳米的超细粉末。

将上述已加工好的纳米级超细能量粉末均匀地分散在高聚物（聚酯类、聚酰胺 类、聚丙烯类、聚丙烯腈类等）的熔体或溶液中,然后采用常规的熔融法或湿法进 行纺丝，制成纤维，再将纤维经纺纱、织造加工成新型能量纤维织物，纤维织物中 纳米材料的含量为1-5/1000（质量比）。

2、实验室试验40L规模，

（1）试验用菌为优势复合菌剂（CN200910266194.9公开了“除臭优势菌及复合 菌剂和应用“）,第一次投加5mL，第2次（两周后）投加5mL，共投加2次、10mL。

（2）纳米组件的用量；

将能量纤维织物按直径1cm，长20cm树脂管的尺寸，进行加工并将其装入树 脂管中，每组由3根树脂管组成，每根管子之间5cm，同时为了提高每一组机械受 力强度等，采用2根耐腐蚀的不锈钢板用以加固，这样就构成了宽15cm，长20cm 能量纤维组件。

（3）试验条件

水温在5-8℃，处理水为中国环境科学研究院内生活废水进行一定的稀释，使处 理水调控在COD80-150mg/L,N-NH₃10-20mg/L。

富营养化水经处理后，与对照相比COD、N-NH₃的去除率分别提高了为65%-72%、 68%-78%。基本达到或接近达到环境功能标准。

实施例2北京市海淀区南沙河治理工程

制备纳米织物同实施例1

该水域已投加优势复合菌剂（CN200910266194.9公开了“除臭优势菌及复合菌 剂和应用），但不是冬天投加的，而是在5月、6月投加两次，河长10km,水深2m, 河宽100m-150m,每天有20000立方的污水流入该河。

制备纳米纤维组件的步骤，将上述能量纤维织物按直径10cm，长2m树脂管的 尺寸，进行加工并将其装入树脂管中，每组由5根树脂管组成，每根管子之间20cm， 同时为了提高每一组机械受力强度等，采用2根耐腐蚀的不锈钢板用以加固，这样 就构成了宽1m，长2m能量纤维组件。共在该河段中放入10个组件。

与对照相比（未投放纳米管的水域）COD、N-NH₃的去除率分别提高了为 62%-70%、66%-74%。基本达到或接近达到该河流的环境功能标准。