一种强化人工湿地去除水体微囊藻及毒素的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种强化人工湿地去除水体微囊藻及毒素的方法及系统。本发明专利技术通过外源降解菌液的投加，增强湿地系统中基质发挥物理、化学和生物的协同作用，进一步对微囊藻毒素进行无害化处理，本发明专利技术能强化人工湿地系统处理污水中微囊藻毒素的效率，加速排水达到国家生活饮用水卫生标准，总氮去除率达67.5%以上，氨态氮去除率达52.6%以上，硝态氮去除率达91.6%以上，总磷去除率达76.0%以上，产毒藻细胞去除率高达95.4%，微囊藻毒素去除率高达98.4%。本方法增强了湿地系统对污水的净化效果，且无二次污染，还能有效降低建造和运行费用且水处理效果稳定、可适应不同微囊藻毒素污染负荷的冲击。

A method and system for intensifying the removal of Microcystis and toxins from water bodies by artificial wetland

The invention discloses a method and system for strengthening the removal of Microcystis and toxins in a water body by a constructed wetland. The present invention by exogenous degrading bacteria liquid dosage, enhance the matrix in the wetland system play a synergistic role in physics, chemistry and biology, further to microcystin harmless treatment, the invention can enhance the efficiency of artificial wetland treatment system of microcystins in sewage, drainage to accelerate the national health standards for drinking water, total nitrogen the removal rate of more than 67.5%, the ammonia nitrogen removal rate was above 52.6%, the nitrate removal rate reached more than 91.6%, the total phosphorus removal rate reached more than 76%, toxic algae removal rate as high as 95.4%, microcystin removal rate as high as 98.4%. This method enhanced the purification efficiency of wetland system for sewage, and there was no two time pollution. It could also effectively reduce construction and operation cost, and the effect of water treatment was stable, and it could adapt to the impact of different Microcystins Pollution load.

【技术实现步骤摘要】
一种强化人工湿地去除水体微囊藻及毒素的方法及系统
本专利技术涉及水处理
，更具体地，涉及一种强化人工湿地去除水体产毒藻及微囊藻毒素的处理方法，适合作为饮用水源或富营养化水体微囊藻及毒素的高效、简易处理。
技术介绍
富营养化和气候变化引起的有毒蓝藻水华问题日益突出，有毒蓝藻水华不仅严重破坏水体生态系统，而且会释放藻毒素威胁水生动植物及人类的健康，其中微囊藻毒素（Microcystins，简称MCs）是最普遍，造成危害最为严重的一种蓝藻毒素，微囊藻毒素一般产生并存在于藻细胞体内，但在一定条件下，藻细胞会破裂，胞内藻毒素（IMC）会释放到水体中，成为溶解态的胞外毒素（EMC），在藻华水体中普遍存在，并已在各种地表水体尤其是饮用水源水中常有检出，目前，微囊藻毒素已发现超过90多种构型，最常见也是影响最大的是MC-LR、MC-RR和MC-YR这三种。藻毒素的持续存在增加了污水处理厂的去除负荷，也引起自来水厂出水的饮用风险，长期饮用含藻毒素的水会引发肝癌、肾损伤等症状。目前，针对藻类的处理方法主要包括人工捕捞、絮凝、化学药剂法、气浮和化学氧化法等，针对微囊藻毒素的去除方法按其去除原理可大致分为物理法、化学法、生物法3大类，比较常见如气浮、活性炭吸附、臭氧氧化、Fenton氧化等。物理法大部分通过去除微囊藻细胞从而去除胞内藻毒素（IMC），但对水体中的胞外毒素（EMC）的去除效果并不理想，且容易使藻细胞破裂，增加水体中的胞外毒素。化学方法主要通过氧化作用破坏MCs的结构，大部分对胞内、胞外毒素均有较好的处理效果，但化学药剂的大量使用容易产生有毒有害副产物，带来二次污染，且处理成本极高，难以大规模应用。目前未见将人工湿地处理技术应用于去除水体微囊藻及毒素的相关技术报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有处理技术的不足，提供一种利用外源微囊藻毒素降解菌强化人工湿地去除水体微囊藻及毒素的方法。本专利技术要解决的另一技术问题是提供实现本专利技术方法的人工湿地系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：提供一种强化人工湿地去除水体微囊藻及毒素的方法，是应用外源微囊藻毒素降解菌和人工湿地生物膜土著微生物的共同作用提高人工湿地对藻类及其毒素的去除效率；所述应用外源微囊藻毒素降解菌方法是从爆发微囊藻水华的水体中富集并提高微囊藻毒素的浓度，在富集过程中定期检测降解菌基因mlrA，确认降解菌的培养时间，培养至微囊藻毒素降解菌液中微囊藻毒素降解菌的浓度为1×106～2×106细胞/m2以上后将所述菌液应用于人工湿地。优选地，所述人工湿地采用潜流人工湿地，湿地基质分为三层结构，自下而上依次为底层、中间层和表层，底层为沸石，中间层为碎砾石，表层为高有机质泥炭土，种植多年生水生草本植物。优选地，所述应用外源微囊藻毒素降解菌方法将实验室富集、驯化的微囊藻毒素降解菌以1×106～2×106细胞/m2以上的浓度均匀撒至人工湿地的表层，并翻耕，空置后使用。优选空置的时间为1天左右。优选地，所述方法还包括将含微囊藻毒素的污水输入人工湿地。优选通过滴灌装置输入。优选地，所述底层厚度为5～9cm；进一步优选所述沸石的粒径为1～2cm。优选地，所述中间层的厚度为15～20cm；进一步优选所述碎砾石的粒径为0.5～1cm。优选地，所述表层的厚度为5～10cm。表层采用高有机质泥炭土有利于微生物固定和繁殖。优选地，所述多年生水生草本植物为黄菖蒲等。进一步优选地，所述方法包括以下步骤：S1.构建人工湿地系统；所述系统的基质三层结构，自下而上依次为底层、中间层和表层，底层为沸石，中间层为碎砾石，表层为高有机质泥炭土，种植覆盖多年生水生草本植物；S2.富营养化湖水挂膜处理：人工湿地系统运行前，通过富营养化湖水对湿地进行挂膜，以富集湿地中土著微生物，加速生物膜的形成，有利于外源降解菌的固定；S3.高、低藻毒素负荷污水滴灌：所述高藻毒素负荷污水滴灌方法是：S31.从长期爆发微囊藻水华的水体筛选微囊藻毒素降解菌，以微囊藻毒素作为唯一碳氮源进行富集，并逐步提高微囊藻毒素的浓度；在富集过程中定期检测测降解菌基因mlrA，以确认降解菌的培养时间；S32.将富集、驯化的微囊藻毒素降解菌液以1×106～2×106细胞/m2以上的浓度均匀撒至人工湿地基质的表层上，并翻耕，空置后备用（种植植物）；所述低藻毒素负荷污水滴灌方法是S33.将含微囊藻毒素的污水输入人工湿地系统，停留一段时间，与湿地基质充分接触后作为出水排出人工湿地系统；S4.定时取出水样，分析其中营养盐浓度、微囊藻细胞数及毒素含量；如果未达标，将出水停留处理后返回步骤S3；达标则进行排放。优选地，步骤S4驯化之后的微囊藻毒素降解菌液用LB培养基(组成：蛋白胨5.0g，酵母浸出液2.5g，NaCl5.0g，灭菌超纯水500mL，调节pH为7.0)培养，并用生理盐水重新悬浮后用于投加喷撒。本专利技术同时提供一种实现本专利技术方法的人工湿地系统，包括潜流人工湿地、微囊藻毒素降解菌液输送装置和含微囊藻毒素污水的输送装置，所述潜流人工湿地包括湿地主体、进水装置和排水装置，所述湿地主体内装填湿地基质，进水装置设置于湿地主体侧壁，排水装置设置于湿地主体的底部；所述进水装置分别连接含微囊藻毒素污水的输送装置和微囊藻毒素降解菌液的输送装置。优选地，所述系统还包括出水取样装置和污水停留处理装置，所述出水取样装置连接排水装置，所述污水停留处理装置一端连接排水装置，另一端连接湿地主体。优选地，所述进水装置采用滴灌方式。优选地，所述湿地基质分为三层结构，自下而上依次为底层、中间层和表层，底层为沸石，中间层为碎砾石，表层为高有机质泥炭土，种植多年生水生草本植物。优选地，所述底层厚度为5～9cm；进一步优选所述沸石的粒径为1～2cm。优选地，所述中间层的厚度为15～20cm；进一步优选所述碎砾石的粒径为0.5～1cm。优选地，所述表层的厚度为5～10cm。表层采用高有机质泥炭土有利于微生物固定和繁殖。优选地，所述多年生水生草本植物为黄菖蒲等。优选地，所述湿地主体为圆柱形结构。进一步优选地，所述圆柱形结构的直径为22cm，高度为35cm，湿地基质总高度为30cm。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：本申请人经过长期大量的研究总结，克服现有技术的缺陷和局限，将外源微囊藻毒素降解菌和人工湿地生物膜土著微生物的共同作用与人工湿地的优势有机结合，从而将人工湿地处理技术创造性应用于去除水体微囊藻及毒素，发挥生态处理技术的优势，不造成二次污染、运行成本低、处理快速、且对胞外毒素和胞内毒素均有较好的去除潜力，可与现有水处理技术良好对接，有着很好的应用前景。经过大量试验证明，本专利技术方法运行成本低、处理高效，对总氮去除率达67.5%以上，氨态氮去除率达52.6%以上，硝态氮去除率达91.6%以上，总磷去除率达76.0%以上，产毒藻细胞去除率高达95.4%，微囊藻毒素去除率高达98.4%，有效降低因蓝藻水华造成的水体藻毒素的生态风险。本专利技术方法中外加微囊藻毒素降解菌液处理，强湿地系统中基质发挥物理、化学和生物的协同作用，进一步对微囊藻毒素进行无害化处理，可以加速湿地处理微囊藻毒素的效果，减少湿地处理藻毒素的水体停留时间，提高了单位时间内湿地处理藻毒素的去除负荷，对产毒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强化人工湿地去除水体微囊藻及毒素的方法，其特征在于，是应用外源微囊藻毒素降解菌和人工湿地生物膜土著微生物的共同作用提高人工湿地对藻类及其毒素的去除效率；所述应用外源微囊藻毒素降解菌方法是从爆发微囊藻水华的水体中富集并提高微囊藻毒素的浓度，在富集过程中定期检测降解菌基因mlrA，确认降解菌的培养时间，培养至微囊藻毒素降解菌液中微囊藻毒素降解菌的浓度为1×10

【技术特征摘要】
1.一种强化人工湿地去除水体微囊藻及毒素的方法，其特征在于，是应用外源微囊藻毒素降解菌和人工湿地生物膜土著微生物的共同作用提高人工湿地对藻类及其毒素的去除效率；所述应用外源微囊藻毒素降解菌方法是从爆发微囊藻水华的水体中富集并提高微囊藻毒素的浓度，在富集过程中定期检测降解菌基因mlrA，确认降解菌的培养时间，培养至微囊藻毒素降解菌液中微囊藻毒素降解菌的浓度为1×106～2×106细胞/m2以上后将所述菌液应用于人工湿地。2.根据权利要求1所述强化人工湿地去除水体微囊藻及毒素的方法，其特征在于，所述人工湿地采用潜流人工湿地，湿地基质分为三层结构，自下而上依次为底层、中间层和表层，底层为沸石，中间层为碎砾石，表层为高有机质泥炭土，种植多年生水生草本植物。3.根据权利要求1所述强化人工湿地去除水体微囊藻及毒素的方法，其特征在于，所述应用外源微囊藻毒素降解菌方法将实验室富集、驯化的微囊藻毒素降解菌以1×106～2×106细胞/m2以上的浓度均匀撒至人工湿地的表层，并翻耕，空置后使用。4.根据权利要求1所述强化人工湿地去除水体微囊藻及毒素的方法，其特征在于，所述方法还包括将含微囊藻毒素的污水输入人工湿地。5.根据权利要求1所述强化人工湿地去除水体微囊藻及毒素的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1.构建人工湿地系统；所述系统的基质三层结构，自下而上依次为底层、中间层和表层，底层为沸石，中间层为碎砾石，表层为高有机质泥炭土，种植覆盖多年生水生草本植物；S2.富营养化湖水挂膜处理：人工湿地系统运行前，通过富营养化湖水对湿地进行挂膜，以富集湿地中土著微生物，加速生物膜的形成，有利于外源降解菌的固定；S3.高、低藻毒素负荷污水滴灌：S31.从长期爆发微囊...

【专利技术属性】
技术研发人员：邰义萍，万翔，杨扬，满滢，王瑞，王佳希，杨瑜芬，段杰瀚，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44