一种受污染水体生物修复材料及其制备方法和应用

本发明属于受污染水体修复，具体涉及一种受污染水体生物修复材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，随着日常化学合成用品广泛使用，造成含有难降解有机污染物(难降解有机物通常是指在自然条件下难以被生物利用而发生分解或降解的有机化学物质)的污水排放到地表水体，导致水环境受到严重污染。经检测，地表水体中常见的难降解有机物有抗生素、表面活性类化合物、染料类化合物或合成农药等；这些难降解有机物通常具有致癌、致畸、致突变的毒性，并且会长期残留于水环境中，能在生物体内积蓄，对生态系统功能和人类健康构成潜在威胁。另外，人们日常冲厕、洗浴、烹饪等产生的生活污水和农业生产中化肥的广泛使用，会造成富含氮磷等营养盐的污水通过污水处理厂排口、雨污管网、农田径流等形式就近排放到地表水体，导致水体富营养化甚至缺氧黑臭；黑臭水体水质恶化，会使得生物难以生存，生物多样性低下，水生态平衡被严重破坏，水体失去使用功能和生态价值。

2、目前，受污染水体的修复材料主要有两大类：具有氧化絮凝作用的化学试剂和以细菌、真菌为主要成份的微生物菌剂。其中，化学试剂一般是含有铝、聚丙烯酰胺等成份的试剂以及含有高锰酸钾、次氯酸钠等成份的具有强氧化性的试剂。含有铝、聚丙烯酰胺等成份的试剂可与水体中的磷发生混凝反应，使氮磷等营养盐生成絮状物而沉淀于水体底部；含有高锰酸钾、次氯酸钠等成份的试剂可将水中难降解物质氧化成二氧化碳，达到去除有机物等目的。但是，化学试剂起效时间短且易随水流流失，往往需要不间断投加使用才能维持水体的水质，使用成本高昂；并且化学试剂的大量投加还会毒害水生生物，破坏水生态系统平衡。微生物菌剂是利用菌剂中的细菌、真菌降解水中污染物，菌剂中通常还富含微生物生长的营养物质，反而会导致水体氮磷的上升，使水质恶化，发生蓝藻水华或黑臭等问题；并且微生物菌剂也容易随水流流失，无法维持对水体的长期修复效果。

3、因此，开发一种对环境友好，且不需要持续投加的修复材料是有必要的。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于菱形藻的生物修复剂，其可以通过菱形藻生长吸收作用和生物芬顿反应去除水体中的污染物，实现净化水质和修复生态的目的。该生物修复剂环境友好，且不容易随水流流失，避免了化学或微生物修复剂需持续投加的问题。

2、为了达到上述目的，本发明可以采用一下技术方案：

3、本发明一方面提供一种受污染水体生物修复材料，其包括聚丙烯纤维、偏硅酸凝胶、还原性铁盐和菱形藻，其中，聚丙烯纤维表面负载偏硅酸凝胶并与还原性铁盐形成交联，菱形藻包裹于负载偏硅酸凝胶并与还原性铁盐形成交联的聚丙烯纤维表面。

4、本发明另一方面提供一种受污染水体生物修复材料的制备方法，其包括：(1)将聚丙烯纤维浸泡在硅酸钠溶液中，滴加hcl溶液，静置，聚丙烯纤维表面负载偏硅酸凝胶得修复材料前驱体a；(2)将修复材料前驱体a浸泡于还原性铁盐溶液中，还原性铁盐与偏硅酸凝胶形成交联得修复材料前驱体b；(3)修复材料前驱体b浸泡于菱形藻浓缩液中，菱形藻包裹于修复材料前驱体b表面得受污染水体生物修复材料。

5、本发明再一方面提供一种受污染水体修复装置，其包括上述的受污染水体生物修复材料和承载件，受污染水体生物修复材料设置在承载件上。

6、本发明再一方面提供一种修复受污染水体的方法，其包括：将上述的受污染水体修复装置垂直固定于受污染水体中，受污染水体修复装置≥1个，承载件上从靠近水面一端起至远离水面一端的修复材料的长度≥0.8m，修复材料的总投影面积占水面面积比例≥20％。

7、本发明有益效果至少包括：

8、(1)本发明提供的受污染水体生物修复材料不同于含有大量强氧化性的化学修复材料，本发明中的修复材料是利用菱形藻生长中自身释放的过氧化氢而产生氧化性的羟基自由基降解污染物，交联还原性铁的偏硅酸凝胶均不具有氧化性，对水生生物无生物毒性，不会破坏水体原有生态系统平衡。

9、(2)本发明提供的受污染水体生物修复材料可随水体水质状况动态调节其污染物降解能力；比如，当水体污染严重、氮磷等浓度高时，生物修复材料中菱形藻吸收高浓度氮磷而迅速生长，从而大量释放过氧化氢降解有机污染物；当水体修复以及水质提升后，生物修复材料中菱形藻因水体氮磷浓度降低而生长缓慢，释放的过氧化氢降低；当水体修复完成但水质反弹后，菱形藻又可通过吸收水体增加的氮磷，激发过氧化氢释放；所以，本发明中的生物修复材料不存在化学或微生物修复材料需要过量、连续投加的问题，其可以通过上述降解能力调节机制，避免过量、多次投加，可实现一次设置即能长期维持修复效果，节约了修复和运维成本。

10、(3)本发明中的受污染水体生物修复材料可以均匀持久的分散于受污染水体中(受污染水域或处理器或净化池、塘、库的水体中)，其不存在化学或微生物修复材料微生物易沉淀或易流失、净化效果短暂的问题，即本发明生物修复材料不会随水流流失，其从水体水面至底部均能发挥净化效果。

技术特征：

1.一种受污染水体生物修复材料，其特征在于，包括聚丙烯纤维、偏硅酸凝胶、还原性铁盐和菱形藻，其中，聚丙烯纤维表面负载偏硅酸凝胶并与还原性铁盐形成交联，菱形藻包裹于负载偏硅酸凝胶并与还原性铁盐形成交联的聚丙烯纤维表面。

2.权利要求1所述的受污染水体生物修复材料的制备方法，其特征在于，包括：(1)将聚丙烯纤维浸泡在硅酸钠溶液中，滴加hcl溶液，静置，聚丙烯纤维表面负载偏硅酸凝胶得修复材料前驱体a；(2)将修复材料前驱体a浸泡于还原性铁盐溶液中，还原性铁盐与偏硅酸凝胶形成交联得修复材料前驱体b；(3)修复材料前驱体b浸泡于菱形藻浓缩液中，菱形藻包裹于修复材料前驱体b表面制得受污染水体生物修复材料。

3.根据权利要求2所述的受污染水体生物修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，硅酸钠的模数≥2.5。

4.根据权利要求3所述的受污染水体生物修复材料的制备方法，其特征在于，硅酸钠的模数为2.5-3.4。

5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的受污染水体生物修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，hcl溶液的浓度为3mol/l-7mol/l；和/或硅酸钠与hcl质量比＞1：1。

6.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的受污染水体生物修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，还原性铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、碳酸亚铁或醋酸亚铁中的一种或多种。

7.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的受污染水体生物修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，菱形藻浓缩液中菱形藻细胞浓度≥1×107cell/ml。

8.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的受污染水体生物修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，硅酸钠与hcl质量比＞1：1，步骤(2)中，将修复材料前驱体a使用去离子水洗涤至洗液ph＞7.5后，再浸泡于还原性铁盐溶液中。

9.一种受污染水体修复装置，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项权利要求所述的受污染水体生物修复材料和承载件，受污染水体生物修复材料设置在承载件上。

10.根据权利要求9所述的受污染水体修复装置，其特征在于，受污染水体生物修复材料编织成不同形状作为一个单元，单元数≥2，单一单元或多种单元间隔串联在承载件上。

11.根据权利要求9或10所述的受污染水体修复装置，其特征在于，承载件为软体条带。

12.根据权利要求11所述的受污染水体修复装置，其特征在于，承载件远离水面的一端设置防漂浮部件。

13.一种修复受污染水体的方法，其特征在于，包括：将权利要求9至12中任一项权利要求所述的受污染水体修复装置垂直固定于受污染水体中，受污染水体修复装置≥1个，承载件上从靠近水面一端起至远离水面一端的修复材料的长度≥0.8m，修复材料的总投影面积占水面面积比例≥20％。

技术总结本发明属于受污染水体修复技术领域，具体涉及一种受污染水体生物修复材料及其制备方法和应用。该修复材料包括聚丙烯纤维、偏硅酸凝胶、还原性铁盐和菱形藻，其中，聚丙烯纤维表面负载偏硅酸凝胶并与还原性铁盐形成交联，菱形藻包裹于负载偏硅酸凝胶并与还原性铁盐形成交联的聚丙烯纤维表面。该修复材料是利用菱形藻生长中自身释放的过氧化氢而产生氧化性的羟基自由基降解污染物，交联还原性铁的偏硅酸凝胶均不具有氧化性，对水生生物无生物毒性，不会破坏水体原有生态系统平衡；且该修复材料不会随水流流失，不需要持续投加。技术研发人员：李伟,林勇刚,汤杨阳,肖邦,金秋,钱深华,袁潮苇,王馨琪,周睿受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2