酸性礦山廢水污染湖庫水體的原位生態(tài)修復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種酸性礦山廢水污染湖庫水體的原位生態(tài)修復(fù)方法，本發(fā)明采用表層植物浮床結(jié)合底層污泥微生物緩沖處理的方式對(duì)AMD污染湖庫水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)處理，采用常規(guī)二級(jí)城鎮(zhèn)污水處理產(chǎn)生的剩余污泥添加到污染湖庫中，即可自行優(yōu)選出凈化AMD的優(yōu)勢(shì)微生物類群，克服了專門處理微生物的保存、活化、接種、培養(yǎng)等的復(fù)雜困難環(huán)節(jié)，同時(shí)資源化剩余污泥，提供前期的養(yǎng)分載體，緩沖AMD酸性；表層香蒲植物浮床通過自身生長(zhǎng)的分泌產(chǎn)物或凋落物，持續(xù)為底層微生物生長(zhǎng)提供碳氮等養(yǎng)分與能源，形成自行維持的生態(tài)凈化系統(tǒng)，克服了外源碳氮等養(yǎng)分的持續(xù)添加，極大的節(jié)約了成本。
【專利說明】酸性礦山廢水污染湖庫水體的原位生態(tài)修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污染水體生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域，尤其是一種酸性礦山廢水污染湖庫水體的原位生態(tài)修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在川、貴、贛等省區(qū)形成大片濱海型煤田，沉積了厚薄不等的海陸交互相煤系(俗稱樂平煤系)，煤中硫平均高達(dá)4 %以上；從地域的分布看，西南區(qū)煤中的平均硫分最高(2.43%)，貴州省大部分為硫含量大于4 %的高硫煤，而煤矸石中硫含量往往含有更高的比例可以大于7%以上。同時(shí)，該區(qū)域內(nèi)屬于以夏季高溫多雨、冬季溫和濕潤(rùn)為特征的亞熱帶暖濕氣候。區(qū)域內(nèi)豐富的煤炭資源開采，將產(chǎn)生大量的高硫煤矸石露天堆放，由于該區(qū)域的煤矸石的富硫特點(diǎn)及氣候特征，通過過空氣氧化及雨水淋溶、微生物等其他綜合作用，極易產(chǎn)生產(chǎn)生具有低pH、高鹽、高濃度的重金屬離子和其他有毒有害物質(zhì)等特征的煤礦酸性廢水(AMD)。其已對(duì)周圍的環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的環(huán)境影響和生態(tài)危害。前人研究表明，酸性礦山廢水進(jìn)入下游河湖塘庫后會(huì)對(duì)河流、湖泊等水體水質(zhì)產(chǎn)生影響，并對(duì)溪流中無脊椎動(dòng)物、水生植物及底棲生物的影響造成嚴(yán)重的危害；還可能對(duì)污染溪流中的植物凋落物的降解產(chǎn)生影響。同時(shí)，該區(qū)域?qū)儆诘湫偷闹袊?guó)西南喀斯特地區(qū)，具有明顯的地球化學(xué)敏感性和生態(tài)脆弱性，由于其特殊的地質(zhì)背景導(dǎo)致水資源極其稀缺，湖庫污染就顯得更為嚴(yán)峻。然而在AMD污染水體(湖庫)治理方面，主要集中酸性煤矸石堆場(chǎng)的污染控制方面；以及進(jìn)入湖庫的AMD處理方面，且主要為酸中和、重金屬吸附固定及提取方面；而在已經(jīng)遭受AMD污染湖庫生態(tài)修復(fù)方 面的研究明顯不足，尚未見可應(yīng)用的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。
[0003]雖然，使用硫酸鹽還原菌、檸檬酸桿菌等適于酸性條件下的還原性微生物能有效處理酸性礦山廢水，提高廢水PH，并能有效去除多種有害重金屬，同時(shí)該方法具有成本相對(duì)較低、無二次污染、可以回收AMD中的重金屬等特點(diǎn)，受到人們的廣泛關(guān)注，成為現(xiàn)階段礦山廢水處理技術(shù)研究的熱點(diǎn)及前言課題。然而專一的微生物，菌種需要特殊的保存，使用前需要活化、逐級(jí)放大培養(yǎng)，而且處理運(yùn)行過程中，對(duì)周圍環(huán)境及養(yǎng)分條件(培養(yǎng)基)要求較為苛刻，在復(fù)雜的污染廢水中，較難成為優(yōu)勢(shì)菌群。此外，由于此類微生物的生長(zhǎng)需要額外的添加碳源、氮源等養(yǎng)分，才能完成。目前現(xiàn)有工藝中使用的外加養(yǎng)分通常為化學(xué)藥品，價(jià)格較高，藥劑消耗成本高；雖然有研究表明使用秸桿、污泥發(fā)酵產(chǎn)物等外源有機(jī)組分也能有效維持處理效果，明顯降低了添加養(yǎng)分的成本，但必須定期周期性添加，無法自行維持，不利于野外實(shí)地條件下的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種酸性礦山廢水污染湖庫水體的原位生態(tài)修復(fù)方法，它有效提高水體pH、固定去除鐵、錳、重金屬和硫酸根等特征污染離子，明顯改善污染水體水質(zhì)及水體系統(tǒng)生態(tài)功能，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:酸性礦山廢水污染湖庫水體的原位生態(tài)修復(fù)方法，通過在污染湖庫水體底層直接添加剩余污泥來構(gòu)建厭氧微生物緩沖處理區(qū)域，在污染湖庫水體表層建立植物浮床；利用厭氧微生物緩沖處理區(qū)域?qū)MD污染湖庫水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)處理，利用植物浮床為厭氧微生物緩沖處理區(qū)域持續(xù)提供有機(jī)養(yǎng)分，并吸收固定有害重金屬，從而構(gòu)建表層-底層復(fù)合的、且能自行維持的生態(tài)修復(fù)體系，有效還原、吸收、固定染湖庫水體中的有害組分，改善污染水體水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境。
[0006]在污染湖庫水體底層的全部或局部區(qū)域構(gòu)建厭氧微生物緩沖處理區(qū)域。根據(jù)需要及實(shí)際情況確定厭氧微生物緩沖處理區(qū)域的建立面積。
[0007]AMD凈化所需的微生物類群直接通過向污染湖庫水體底層添加剩余污泥馴化培養(yǎng)來獲得，利用剩余污泥中和湖庫底泥中原有的微生物類群，通過添加剩余污泥的方式進(jìn)行定向選擇，利用剩余污泥中富含有機(jī)質(zhì)及礦物養(yǎng)分，維持前期微生物的生長(zhǎng)及活性。
[0008]剩余污泥用量保證修復(fù)區(qū)域底層氧化還原電位達(dá)到在-1OOmv以下即可。
[0009]所述的植物浮床為香蒲植物；或香蒲植物搭配香根草、黑麥草、鬼針草或空心蓮子草中的一種或幾種；浮床面積為污染湖庫水體修復(fù)區(qū)域面積的1/10以上。浮床基本的框架、托盤、漂浮或固定裝置采用一般的浮床的材料或制作方法即可，浮床基質(zhì)采用酸緩沖材料、植物養(yǎng)分改良劑加普通土壤制成；浮床植被采用以較強(qiáng)耐酸性能的香蒲植物為主，同時(shí)搭配香根草、黑麥草、鬼針草、空心蓮子草中的一種或幾種。[0010]日常養(yǎng)護(hù)及運(yùn)行，植物浮床的植被日程管理及固定吃水深度調(diào)節(jié)，底層污泥活性的檢測(cè)調(diào)節(jié)。
[0011 ] 所用的剩余污泥可采用常規(guī)二級(jí)城鎮(zhèn)污水處理產(chǎn)生的剩余污泥。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用表層植物浮床結(jié)合底層污泥微生物緩沖處理的方式對(duì)AMD污染湖庫水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)處理，采用常規(guī)二級(jí)城鎮(zhèn)污水處理產(chǎn)生的剩余污泥添加到污染湖庫中，即可自行優(yōu)選出凈化AMD的優(yōu)勢(shì)微生物類群，克服了專門處理微生物的保存、活化、接種、培養(yǎng)等的復(fù)雜困難環(huán)節(jié)，同時(shí)資源化剩余污泥，提供前期的養(yǎng)分載體，緩沖AMD酸性；表層香蒲植物浮床通過自身生長(zhǎng)的分泌產(chǎn)物或凋落物，持續(xù)為底層微生物生長(zhǎng)提供碳氮等養(yǎng)分與能源，形成自行維持的生態(tài)凈化系統(tǒng)，克服了外源碳氮等養(yǎng)分的持續(xù)添加，極大的節(jié)約了成本。本發(fā)明能有效降低污染水體酸度及鹽分含量，明顯改善污染水體pH、Eh條件，極顯著降低污染水體鐵、錳、重金屬和硫酸根等特征污染離子濃度，并顯著提高各凋落物在水體中的自然降解性能，明顯改善污染水體水質(zhì)及水體系統(tǒng)生態(tài)功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖1為本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)試原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明的實(shí)施例:酸性礦山廢水污染湖庫水體的原位生態(tài)修復(fù)方法，制作直徑950mm,深900 mm的圓柱形水池,室外構(gòu)建自然水體模擬的微宇宙試驗(yàn)裝置三組六套。采用嘻斯特高原河湖底泥混合栽種苦草、金魚藻、黑藻、眼子菜和海菜花幾種沉水植物，穩(wěn)定運(yùn)行3個(gè)月，構(gòu)建能自行維持的模擬自然湖庫水體生態(tài)系統(tǒng)(NW);取兩組持續(xù)添加酸性礦山廢水作為模擬的AMD污染湖庫水體生態(tài)系統(tǒng)(AMD)，其后取(AMD)中的一組采用表層香蒲植物浮床，底層加入剩余污泥建立厭氧微生物緩沖處理區(qū)域，調(diào)試、穩(wěn)定運(yùn)行后作為生態(tài)修復(fù)處理AMD污染湖庫水體生態(tài)系統(tǒng)(RW)，如圖1所示。
[0015]分別于第0d、15d、30d、60d、120d和210d后取樣，測(cè)定不同模擬水體的pH、EC、Eh、Fe、Mn、Cu、Zn及S042_含量等特征污染指標(biāo)，評(píng)價(jià)生態(tài)修復(fù)處理的對(duì)水體水質(zhì)的污染修復(fù)效果；在采集水體樣品的同時(shí)，測(cè)定各凋落物的分析情況(采用凋落物分解袋法，選用外形尺寸30 cmX15 cm、孔徑2 mm的塑料網(wǎng)袋作為凋落物分解袋，稱取每種凋落物5 g (干重)放入分解袋內(nèi)，分別沉入NW、AMDff和REW三種模擬水體底部)，評(píng)價(jià)修復(fù)處理水生生態(tài)系統(tǒng)功能的修復(fù)效果。其中使用便攜式PH/EC/TDS測(cè)定儀(北京哈納)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定浸出液pH、EC值；使用便攜式溶解氧測(cè)定儀D06現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水體溶解氧；采用電位滴定儀(上海虹益)當(dāng)天測(cè)定Eh;采用0.45 μ m水系濾膜過濾，加入10% HNO3溶液使pH〈2備用，一周內(nèi)采用AAS (北京瑞利WFX-110)測(cè)定可濾態(tài)的Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd含量；采用離子選擇電極法測(cè)定F—含量；重量法測(cè)定浸出液中的SO/—含量。
[0016]表層香蒲植物浮床結(jié)合底層厭氧微生物緩沖處理區(qū)域的生態(tài)修復(fù)處理可以可顯著提高AMD污染湖庫水體pH(降低水體酸度)，很大程度上降低污染水體鹽度，并顯著改善污染水體強(qiáng)氧化的污染特性(即明顯較高的Eh)，但對(duì)溶解氧改善效果不明顯，且使修復(fù)水體呈現(xiàn)一定的厭氧環(huán)境，具體結(jié)果見表1。此外，生態(tài)修復(fù)處理可以顯著提高水體中凋落物的分解速率，并隨著修復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，逐步接近自然狀況下的分解狀況，呈現(xiàn)出較好的生態(tài)系統(tǒng)功能的修復(fù)效果。210后各凋落物降解率分別為44.7%,46.6%,49.4%,43.4%,54.3%，特別是沉水植物降解率上已和自然水體條件下沒有明顯差異，具體結(jié)果見表1。
[0017]表層香蒲植物浮床結(jié)合底層厭氧微生物緩沖處理區(qū)域的生態(tài)修復(fù)處理可極顯著降低污染水體中Fe、Mn、Cu、Zn、Pb等特征金屬污染離子的濃度，且隨修復(fù)過程的進(jìn)行，各污染金屬離子濃度都逐步基本接近NW中的含量水平，除Mn含量偏高外，均已優(yōu)于地表水III類標(biāo)準(zhǔn)限值。但對(duì)特征污染陰離子硫酸根的修復(fù)效果上不夠理想，雖然隨著修復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，修復(fù)水體中的硫酸根含量呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)，但其含量仍然維持在一個(gè)較高的水平，集體修復(fù)效果見表2。
【權(quán)利要求】
1.一種酸性礦山廢水污染湖庫水體的原位生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于:通過在污染湖庫水體底層直接添加剩余污泥來構(gòu)建厭氧微生物緩沖處理區(qū)域，在污染湖庫水體表層建立植物浮床；利用厭氧微生物緩沖處理區(qū)域?qū)MD污染湖庫水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)處理，利用植物浮床為厭氧微生物緩沖處理區(qū)域持續(xù)提供有機(jī)養(yǎng)分，并吸收固定有害重金屬，從而構(gòu)建表層-底層復(fù)合的、且能自行維持的生態(tài)修復(fù)體系，有效還原、吸收、固定染湖庫水體中的有害組分，改善污染水體水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的酸性礦山廢水污染湖庫水體的原位生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于:在污染湖庫水體底層的全部或局部區(qū)域構(gòu)建厭氧微生物緩沖處理區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的酸性礦山廢水污染湖庫水體的原位生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于:AMD凈化所需的微生 物類群直接通過向污染湖庫水體底層添加剩余污泥馴化培養(yǎng)來獲得，利用剩余污泥中和湖庫底泥中原有的微生物類群，通過添加剩余污泥的方式進(jìn)行定向選擇，利用剩余污泥中富含有機(jī)質(zhì)及礦物養(yǎng)分，維持前期微生物的生長(zhǎng)及活性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的酸性礦山廢水污染湖庫水體的原位生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于:剩余污泥用量保證修復(fù)區(qū)域底層氧化還原電位達(dá)到在-1OOmv以下即可。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的酸性礦山廢水污染湖庫水體的原位生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于:所述的植物浮床的植物為香蒲植物，或香蒲植物搭配香根草、黑麥草、鬼針草或空心蓮子草中的一種或幾種；浮床面積為污染湖庫水體修復(fù)區(qū)域面積的1/10以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的酸性礦山廢水污染湖庫水體的原位生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于:日常養(yǎng)護(hù)及運(yùn)行，植物浮床的植被日程管理及固定吃水深度調(diào)節(jié)，底層污泥活性的檢測(cè)調(diào)節(jié)。
【文檔編號(hào)】C02F3/32GK103936168SQ201410199617
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】吳永貴, 付天嶺, 曾艷, 冉爭(zhēng)艷, 陳開菊, 文中正, 崔創(chuàng)造 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)