EM投加量與曝氣量對凈化養殖廢水的影響

徐佳佳,邵孝侯,談俊益,,毛欣宇,朱福新,張小會,任 亮

(1.河海大學水利水電學院,江蘇 南京 210098; 2.江蘇生久環境工程公司,江蘇 東臺 224235; 3.水利部綜合事業局,北京 100053)

EM(effective microorganisms)是由日本琉球大學比嘉照夫教授經多年潛心研究而開發出的新型微生物活性菌劑,具有組成復雜、結構穩定、功能廣泛、不含任何化學有害物質、無毒害作用、不污染環境等作用[1]。EM中各種微生物在其生長過程中通過代謝出抗氧化物質,生成穩定而復雜的生態系統,抑制有害微生物的繁殖生長,激活水中具有凈化水功能的原生動物及微生物活性,從而達到凈化廢水的目的[2-3]。目前,EM主要應用于農業、畜牧業、養殖業、環境凈化等方面,而在養殖廢水應用方面研究較少。筆者試驗研究EM在養殖廢水凈化處理過程中投加量及曝氣量對水中氮、磷及COD去除效果的影響,旨在將該技術應用于沿海開發和美麗村鎮建設中的水資源保護工作中。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采用葡萄糖為碳源、硫酸銨為氮源、磷酸二氫鉀為磷源配置原水,污水的COD、NH3-N和TP的質量濃度按模擬水產養殖廢水實測質量濃度的高值確定,分別為100 mg/L、4.0 mg/L及0.4 mg/L。

EM原液來自日本EMRO公司,試驗所用EM復壯液采用EM原液4%的接種量,即4 mL EM原液和4g糖蜜混合用去離子水定容至100 mL,密閉5 d后使用。

1.2 試驗設計

試驗裝置采用6個同樣尺寸,有效容積為20 L的柱狀SBR反應器,用小型曝氣泵向反應器中曝氣,利用空氣流量計控制曝氣量。

a. EM投加量對廢水凈化效果的影響。設定6組不同的投加量于反應器中,1號～6號投加量(V原液/V廢水,下同)分別為0、0.5×10-5、1.5×10-5、、2.5×10-5、4.0×10-5、5.0×10-5 [4-5],6個反應器中加入相同體積的自配原水,并由氣體流量計計曝氣量(0.8 L/min),每天8：00定時取樣,檢測反應器中養殖廢水的COD、NH3-N 、TN、TP的質量濃度,分析EM不同投加量對廢水凈化效果的影響。

b. 曝氣量對EM凈化廢水效果的影響。在5個反應器中放置同樣體積的自配原水,EM復壯液的投加量為1.5×10-5,每天上午8:00—10:30曝氣,1號～5號反應器的曝氣量依次為0、0.3 L/min、0.5 L/min、0.8 L/min、1.0 L/min,每日8：00定時取樣,檢測反應器中廢水的水質,分析反應器中污染物的降解過程和規律,探討曝氣量對EM凈化廢水的影響(推廣運用時所需曝氣量可按氣水比進行轉換)。

1.3 試驗方法

CODMn采用高錳酸鉀法測定,TN采用過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定,NH3-N采用納氏試劑比色法測定,TP采用鉬酸銨分光光度法測定。

2 結果與分析

2.1 不同EM投加量對廢水凈化效果的影響

2.1.1CODMn

由圖1可見,1號、2號反應器中CODMn質量濃度持續8 d保持下降,而后趨于穩定,而3號～6號反應器中CODMn質量濃度均表現為第1—2天短暫上升,而后持續下降,最后趨于穩定。這主要是由于試驗初期剛加入大劑量的EM(EM的CODMn質量濃度為20 000 mg/L),導致水中有機物質量濃度驟然增加,使得加入較高濃度EM的處理測出的CODMn質量濃度短暫上升。而1號、2號反應器中CODMn質量濃度有比較明顯的降低,主要是由于反應器中水樣存放過程中有氧氣進入,促進了水中有機物的分解。從曲線斜率看出,6組反應器均表現為第2—3天CODMn單日去除率最大,第8天之后,CODMn質量濃度基本保持不變,這表明EM的投加周期保持在7d較合理。

從圖1還可見,不同EM投加量下CODMn達到最大去除率的時間為6—7 d時,1號～6號中CODMn的去除率分別為75.7%、83.7%、84.6%、79.6%、81.0%、81.2%。綜合以上分析,投加量為1.5×10-5對CODMn的去除能力最強,因此,以CODMn為主要去除目標時,可選擇3號反應器的投加量1.5×10-5為最優投加量。

圖1 不同EM投加量下養殖廢水中CODMn隨時間變化曲線

2.1.2TN和NH3-N

由圖2可看出,6組反應器中的TN質量濃度在加入EM后總體呈先小幅度下降、后回升的趨勢,試驗時段內TN質量濃度變化不大。

圖2 不同EM投加量下養殖廢水中TN隨時間變化曲線

圖3 不同EM投加量下養殖廢水中NH3-N隨時間變化曲線

綜合分析不同EM投加量下各形態氮素的變化規律,在以TN質量濃度為主要削減目標時,2號反應器中的0.5×10-5的投加量對TN的削減作用最好,故選其為最優投加量。

2.1.3TP

由圖4可見,廢水中TP的質量濃度呈現循環降低—升高—降低的情況,這主要是與EM去除水中磷的機理有關,通常除磷是微生物細胞將磷儲存起來,EM除磷是通過聚磷菌在厭氧條件下將貯存的聚磷酸鹽以PO43--P等形式釋放出來,在好氧條件下,再將其從水中脫除[1,7],即廢水中加入EM后,聚磷菌在好氧條件下吸收水中的磷,并進行氧化分解反應；一段時間后,水中呈現厭氧條件,聚磷菌則向水中釋放磷。如此反復,形成圖4中TP隨反應時間的變化規律。由此可見,EM投加量的變化對水中TP的去除最終沒有較大影響。

圖4 不同EM投加量下養殖廢水中TP隨時間變化曲線

2.2 不同曝氣量對廢水凈化效果的影響

2.2.1CODMn

由圖5可見,隨著曝氣量的增加,廢水中CODMn質量濃度逐漸降低,這是因為曝氣量的增大,使水中的DO濃度隨之增加,促使EM中好氧微生物的活性增強,從而加快了其降解有機物的速率,CODMn的去除速度加快。在反應初期,1號、2號、3號反應器中的CODMn濃度出現一定幅度的增加,其原因也是因為EM本身存在一定量的有機物,而4號、5號反應器中CODMn質量濃度呈現下降趨勢,這是由于低曝氣量下好氧微生物的活性低于高曝氣量下的反應器之故。

圖5 不同曝氣量下養殖廢水中CODMn隨時間變化曲線

2.2.2TN和NH3-N

圖6 不同曝氣量下養殖廢水中TN隨時間變化曲線

由圖7可見,前3 d NH3-N質量濃度隨著曝氣量的增加而降低,并且5組反應器皆出現NH3-N質量濃度大幅下降的情況,而后又回升,在末期,5組反應器中NH3-N質量濃度基本相同。

圖7 不同曝氣量下養殖廢水中NH3-N隨時間變化曲線

綜合分析不同曝氣量對氮素質量濃度的影響,若以TN質量濃度為主要削減目標,則曝氣量為0.5 L/min時,對TN的去除能力最強。

2.2.3TP

由圖8可見,曝氣較之未曝氣,對TP的去除有著更為明顯的效果。而隨著曝氣量的增加,對磷的去除效果沒有明顯變化。出現這一現象的原因,在磷的去除主要是來自細胞合成所需利用的營養元素,加之原水中TP的濃度偏低,在一定程度上掩蓋了TP去除率之間的差異。

圖8 不同曝氣量下養殖廢水中TP變化曲線

3 結 語

此次試驗研究了EM不同投加量與不同曝氣量對 COD、TN、NH3-N、TP的去除作用,結果表明,模擬的水產養殖廢水中的EM最優投加量為0.5×10-5,這時COD和TN、TP的去除率較高,不同EM投加量下COD達到最大去除率的時間為第6—7天。分析了曝氣量對上述各水質指標的影響,結果表明曝氣量對廢水中COD、TN、NH3-N、TP的去除作用有較大的影響,去除TN效果最佳的曝氣量為0.5 L/min。試驗結果對水產養殖廢水的凈化處理具有重要的實際指導作用。

需要指出的是，該試驗是在反應器中進行的,環境因素可控,EM菌液可以完全與廢水混合反應,若實際應用于養殖廢水處理時,則必須考慮到水力停留時間等因素的影響。為保證EM菌液可以與養殖廢水中污染物有足夠的接觸反應時間,可以在水中放置生物填料,為微生物附著生長提供場所,增加微生物在水中的停留時間,以提高污染物去除率[8]。

[1] 邵孝侯,劉德有,朱亮,等.有機污水回用于農業灌溉的EM處理技術展望[J].水利水電科技進展,2001,21(1):16-17.(SHAO Xiaohou,LIU Deyou,ZHU Liang,et al.Prospcet of EM treatment techniques of organic waste water for agricultural irrigation[J].Advances in Science and Technology of Water Resources,2001,21(1):16-17.(in Chinese))

[2] 喬俊婧.EM技術在污水處理中的應用[J].資源開發與市場,2008,24(11):968-970.(QIAO Junjing.Application of effective micro-organisms technology in wastewater treatment[J].Resource Development & Market,2008,24(11):968-970.(in Chinese))

[3] 邵青.EM除磷效果初探[J].工業水處理,2001,21(2):16-18.(SHAO Qing.Study on removing phosphorus of domestic wastes with EM[J]. Industrial Water Treatment,2001,21(2):16-18.(in Chinese))

[4] 朱亮,汪翙,朱雪誕,等.EM菌富集培養及降解污水試驗研究[J].河海大學學報:自然科學版,2002,30(2):6-8.(ZHU Liang,WANG Hui,ZHU Xuedan,et al.Experimental study on EM enrichment cultivation and wastewater degradation[J].Journal of Hohai University:Natural Sciences,2002,30(2):6-8.(in Chinese))

[5] 王平,吳曉芙,李科林,等.應用有效微生物群(EM)處理富營養化原水試驗研究[J].環境科學研究,2004,17(3):39-43.(WANG Ping,WU Xiaofu,LI Kelin,et al.Study of preliminary test with utilization of effective microorganisms (EM) in algae-type eutrophical water treatment[J].Research of Environmental Sciences,2004,17(3):39-43.(in Chinese))

[6] 邵青,莊艷峰,王洪濤,等.EM脫除氨氮效果試驗研究[J].武漢大學學報：工學版,2001,34(2):77-80.(SHAO Qing,ZHUANG Yanfeng,WANG Hongtao et al.Experimental research on effect of effective microorganisms on removal of ammonia and nitrogen[J].Engineering Journal of Wuhan University,2001,34(2):77-80.(in Chinese))

[7] 程曉如,陳永祥,孫迎霞.EM菌強化SBR脫氮除磷的試驗研究[J].重慶環境科學,2002,24(5):55-57.(CHENG Xiaoru,CHEN Yongxiang,SUN Yingxia.Experimental research on effect of effective microorganisms enhancing the removal of TP and N in SBR process[J].Chongqing Environmental Science,2002,24(5):55-57.(in Chinese))

[8] 馬占青,顧宏余,溫淑瑤.有效微生物廢水處理動態實驗研究[J].環境污染與防治,2001,23(4):195-196.(MA Zhanqing,GU Hongyu,WEN Shuyao.Dynamic experiment study on wastewater treatment by application of effective microorganisms[J].Environmental Pollution & Control,2001,23(4):195-196.(in Chinese))