專利名稱：納米材料在低溫水體生態(tài)修復方面的應用及低溫水體生態(tài)復合納米修復方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，具體地，涉及納米材料在低溫水體生態(tài)修復方面的應用及低溫水體生態(tài)復合納米修復方法。
背景技術(shù)：
目前我國地表水污染非常嚴重，有70%以上的河流、湖泊達不到地表水III類水質(zhì)標準，近25%的水為劣五類。水體污染致使水生生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴重破壞，自凈能力減弱，甚至消亡。其中黑臭河流普遍存在，對人體健康已經(jīng)造成重大影響，當?shù)孛癖姲l(fā)病率明顯增力口，民眾反映強烈，并嚴重制約著我國社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，它已成為我國水環(huán)境污染治理上的一大難題。 水體修復技術(shù)一般可分為水體物理修復技術(shù)、水體化學修復技術(shù)和水體生物修復技術(shù)。物理修復技術(shù)包括截污、清淤、引水沖污等。這些方法需要建筑大型的構(gòu)筑物，不僅投資大、工程復雜，且治標不治本，僅僅是輔助治理手段，不能徹底改善水質(zhì)?；瘜W修復技術(shù)是通過化學手段處理被污染水體，達到去除水體中污染物的一種方法。例如，治理泊酸化可投加生石灰；除磷可投加鐵鹽等。化學凈化法由于投加的是化學藥劑，因此不僅治理費用較高，而且還易造成二次污染。水體的生物修復技術(shù)是新近發(fā)展起來的一項清潔環(huán)境的低投資、高效益，便于應用、發(fā)展?jié)摿薮蟮男屡d技術(shù)，它利用特定生物(特別是微生物)對水體中污染物的吸收、轉(zhuǎn)化或降解，達到減緩或最終消除水體污染、恢復水體生態(tài)功能的生物措施，這一過程是受控或自發(fā)的。污染水體的生物修復技術(shù)主要包括投加菌種、投加營養(yǎng)物、人工曝氣、提高生物可利用性、人工投放動物或植入植物等修復方法。目前在研究應用上一般以水體生物修復技術(shù)為主，水體物理修復技術(shù)、水體化學修復技術(shù)為輔。中國專利申請200910266194. 9公開了 “除臭優(yōu)勢菌及復合菌劑和應用”。該申請采用原位多點采樣法篩選出多株微生物，克服了單點采樣培養(yǎng)成的菌液穩(wěn)定性差、易受沖擊的難點。它對整個黑臭河流治理在的研究起著至關(guān)重要作用，是組合生物修復技術(shù)的核心。通過大量的單因素以及正交實驗，實現(xiàn)了菌株的選優(yōu)并掌握了除臭優(yōu)勢復合菌劑最佳的生長條件。突破了用單一生物修復技術(shù)的，提出了由曝氣充氧技術(shù)/微生物修復技術(shù)/人工濕地修復技術(shù)組成的組合生物修復處理工藝，并將此工藝運用于實際黑臭河流的治理。所述除臭菌的除臭效果顯著，同時對有機物等去除率均可達65%以上。然而，由于我國北方冬季水溫低，生物修復效果受到嚴重影響。

發(fā)明內(nèi)容
本申請的發(fā)明人為了解決上述問題提出并完成了本發(fā)明。本發(fā)明采用除臭優(yōu)勢菌復合菌劑(生物鏈修復菌劑)，輔以新型能量納米材料組合共同作用，提高微生物的活性，從而起到較為徹底凈化污水的作用，可以順利地修補生物鏈中的斷裂部分，突破了多年來冬季富營養(yǎng)化水體治理中的瓶頸問題。因此本發(fā)明的目的是提供一種低溫水體生態(tài)納米復合修復方法。本發(fā)明的再一目的是提供納米材料在低溫水體生態(tài)修復方面的應用。根據(jù)本發(fā)明的低溫水體生態(tài)納米復合修復方法包括向水體中投入除臭菌劑和納米材料的步驟。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述除臭菌劑可以為紅球菌屬(Rhodococcus)(保藏號CGMCC No. 3276)、假單胞菌屬(Pseudomonas)(保藏號 CGMCC No. 3277)、和 / 或酵母菌屬(Saccharomyces)(保藏號 CGMCC No. 3278)。他們?nèi)コ?COD 分別為 88. 1%、81· 2%,76. 5% 三株菌組合后，處理效果為90. 1% ;去除TN分別為68. 1%、63. 2%,50. 3%.三株菌組合后，處理效果為69. 8%。根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式
，將上述三株菌組合的復合菌劑處理黑臭河水，即為 黑臭河流河水治理的復合菌劑。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其中，紅球菌屬(Rhodococcus)假單胞菌屬(Pseudomonas)酵母菌屬(Saccharomyces)三株除臭優(yōu)勢菌在復合菌劑中的比例分別為4 2 :4。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述納米材料通過以下方法制備I)將Fe203、ZrO2, SiO2, TiO2氧化物材料以6:2:1:1的質(zhì)量比混合；2)將混合物在1220_1320°C高溫烘焙8 10小時，保溫2小時，冷卻至常溫；3)取出超細粉碎后過篩，得到粒徑為40-100納米的超細粉末。根據(jù)本發(fā)明的方法，還包括制備能量纖維織物的步驟將上述已加工好的納米級超細能量粉末均勻地分散在高聚物(聚酯類、聚酰胺類、聚丙烯類、聚丙烯腈類等)的熔體或溶液中，然后采用常規(guī)的熔融法或濕法進行紡絲，制成纖維，再將纖維經(jīng)紡紗、織造加工成新型能量纖維織物。根據(jù)本發(fā)明的方法，還包括制備納米纖維組件的步驟，將上述能量纖維織物按直徑10cm，長2m樹脂管的尺寸，進行加工并將其裝入樹脂管中，每組由5根樹脂管組成，每根管子之間20cm，同時為了提高每一組機械受力強度等，采用2根耐腐蝕的不銹鋼板用以加固，這樣就構(gòu)成了寬lm，長2m能量纖維組件。根據(jù)水體污染的程度來確定菌劑的投加量、投加頻率。將現(xiàn)場所需要的復合菌劑投加于組合生物修復處理系統(tǒng)中，投加比例與污水的COD濃度及污水量有關(guān)。COD濃度大于1000mg/L時，按系統(tǒng)的1/1000容積比進行投加，即IOOOm3容積中投加Im3的除臭優(yōu)勢復合菌劑。COD濃度小于1000mg/L時，按系統(tǒng)的1/10000-5/10000容積比進行投加，即IOOOOm3容積中投加lm3-5m3的除臭優(yōu)勢復合菌劑。一般來講在正常溫度條件下已投加了菌劑且能保證水體水質(zhì)達標的情況下，在低溫到來之時不必投加菌劑，只投放能量纖維組件就可以，一個組件可控制200m2的面積。若沒有投加菌劑的基礎(chǔ)的情況下，菌劑以1/10000的質(zhì)量比例投加，投加頻率第一個月里每周投加一次，第二個視情況而定，若水體水質(zhì)基本達標即可不投加了，若距達標還有一定的距離，可兩周投加一次。在常溫條件下，只用復合菌劑就可可以進行水體生物鏈的修復，但在低溫條件下常溫菌因休眠而無活性，無法完成水體生物鏈的修復，為了解決低溫環(huán)境年條件下生物活性問題，而將納米材料的引進，本發(fā)明所用的納米材料是具有極強生育光線能量的材料。它可以滲透到微生物的細胞核中整理整頓DNA、RNA，促進細胞的正常分裂與增殖，從而使處于休眠狀態(tài)的微生物得到激活，可將自然水體中及水處理系統(tǒng)中微生物活性提高。黑臭水體的生物聯(lián)合修復法針對性強、成本低、無二次污染，是黑臭水體治理的首選之法。但是冬季溫度低，一般中溫微生物在低于5°C時不能代謝外源物質(zhì)。本發(fā)明采用生物鏈修復菌劑輔以新型納米材料技術(shù)，所述新型納米材料的最大特征是極強生育光線能量可以一直滲透到微生物的細胞核中整理整頓DNA、RNA，促進細胞的正常分裂與增殖，從而使處于休眠狀態(tài)的微生物得到激活，可將自然水體中及水處理系統(tǒng)中微生物活性提高，特別是在冬季處理效果保持良好，C0D、總磷、總氮等的去除效果與春秋季節(jié)相比僅下降20-30%，利用生物鏈修復菌劑、輔以新型納米材料技術(shù)，實現(xiàn)在冬季低溫條件下凈化修復水體。


圖I顯示了實施例中使用的納米組件。
具體實施例方式實施例II、制備納米組件I)將Fe203、ZrO2, SiO2, TiO2氧化物材料以6:2:1:1的質(zhì)量比混合；2)將混合物在1320°C高溫烘焙10小時，保溫2小時，冷卻至常溫；3)取出超細粉碎后過篩，得到粒徑為40-100納米的超細粉末。將上述已加工好的納米級超細能量粉末均勻地分散在高聚物(聚酯類、聚酰胺類、聚丙烯類、聚丙烯腈類等)的熔體或溶液中，然后采用常規(guī)的熔融法或濕法進行紡絲，制成纖維，再將纖維經(jīng)紡紗、織造加工成新型能量纖維織物，纖維織物中納米材料的含量為
1-5/1000 (質(zhì)量比)。2、實驗室試驗40L規(guī)模，(I)試驗用菌為優(yōu)勢復合菌劑(CN200910266194.9公開了“除臭優(yōu)勢菌及復合菌劑和應用“)，第一次投加5mL，第2次(兩周后)投加5mL，共投加2次、10mL。(2)納米組件的用量；將能量纖維織物按直徑1cm，長20cm樹脂管的尺寸，進行加工并將其裝入樹脂管中，每組由3根樹脂管組成，每根管子之間5cm，同時為了提高每一組機械受力強度等，采用2根耐腐蝕的不銹鋼板用以加固，這樣就構(gòu)成了寬15cm，長20cm能量纖維組件。(3)試驗條件水溫在5_8°C，處理水為中國環(huán)境科學研究院內(nèi)生活廢水進行一定的稀釋，使處理水調(diào)控在 C0D80-150mg/L, N-NH310_20mg/L。富營養(yǎng)化水經(jīng)處理后，與對照相比COD、N-NH3的去除率分別提高了為65%_72%、68%-78%?；具_到或接近達到環(huán)境功能標準。實施例2北京市海淀區(qū)南沙河治理工程制備納米織物同實施例I 該水域已投加優(yōu)勢復合菌劑(CN200910266194. 9公開了 “除臭優(yōu)勢菌及復合菌劑和應用)，但不是冬天投加的，而是在5月、6月投加兩次，河長10km,水深2m,河寬IOOm-150m,每天有20000立方的污水流入該河。制備納米纖維組件的步驟，將上述能量纖維織物按直徑10cm，長2m樹脂管的尺寸，進行加工并將其裝入樹脂管中，每組由5根樹脂管組成，每根管子之間20cm，同時為了提高每一組機械受力強度等，采用2根耐腐蝕的不銹鋼板用以加固，這樣就構(gòu)成了寬lm，長 2m能量纖維組件。共在該河段中放入10個組件。與對照相比(未投放納米管的水域)COD、N-NH3的去除率分別提高了為62%_70%、66%-74%。基本達到或接近達到該河流的環(huán)境功能標準。
權(quán)利要求
1.一種低溫水體生態(tài)納米復合修復方法，其特征在于，所述方法包括在低溫條件下向水體中投入除臭菌劑和納米材料的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述除臭菌劑為紅球菌屬(Rhodococcus)，保藏號 CGMCC No. 3276 ;假單胞菌屬(Pseudomonas)，保藏號CGMCCNo. 3277 ;和 / 或酵母菌屬(Saccharomyces)，保藏號 CGMCC No. 3278。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述納米材料通過以下方法制備 1)將Fe203、ZrO2,SiO2, TiO2氧化物材料以6 2 1 1的質(zhì)量比混合； 2)將混合物在1220-1320°C高溫烘焙8 10小時，保溫2小時，冷卻至常溫； 3)取出超細粉碎后過篩，得到粒徑為40-100納米的超細粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括制備能量纖維織物的步驟將納米材料勻地分散在高聚物的熔體或溶液中，然后進行紡絲，制成纖維，進一步加工成纖維織物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括制備納米纖維組件的步驟剪裁纖維織物，將其裝入樹脂管中，連接樹脂管從而構(gòu)成纖維組件。
6.納米材料在低溫水體生態(tài)修復方面的應用。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應用，其特征在于，所述除臭菌劑為紅球菌屬(Rhodococcus)，保藏號 CGMCC No. 3276 ;假單胞菌屬(Pseudomonas)，保藏號CGMCCNo. 3277 ;和 / 或酵母菌屬(Saccharomyces)，保藏號 CGMCC No. 3278。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應用，其特征在于，所述納米材料通過以下方法制備 1)將Fe203、ZrO2,SiO2, TiO2氧化物材料以6 2 1 1的質(zhì)量比混合； 2)將混合物在1220-1320°C高溫烘焙8 10小時，保溫2小時，冷卻至常溫； 3)取出超細粉碎后過篩，得到粒徑為40-100納米的超細粉末。
全文摘要
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，具體地，涉及納米材料在低溫水體生態(tài)修復方面的應用及低溫水體生態(tài)復合納米修復方法。所述方法包括在低溫條件下向水體中投入除臭菌劑和納米材料的步驟。納米材料的能量可以一直滲透到微生物的細胞核中整理DNA、RNA，促進細胞的正常分裂與增殖，從而使處于休眠狀態(tài)的微生物得到激活，可將自然水體中及水處理系統(tǒng)中微生物活性提高，特別是在冬季處理效果保持良好，利用生物鏈修復菌劑、輔以新型納米材料技術(shù)，實現(xiàn)在冬季低溫條件下凈化修復水體。
文檔編號C02F3/34GK102897920SQ201210310038
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者李捍東 申請人:中國環(huán)境科學研究院