用微生物和酶制劑處理城市黑臭河道的研究

劉溪

（寧海縣環(huán)保局，浙江 寧波 315600）

用微生物和酶制劑處理城市黑臭河道的研究

劉溪

（寧海縣環(huán)保局，浙江 寧波 315600）

為應(yīng)對(duì)城市河道黑臭污染嚴(yán)重現(xiàn)狀，對(duì)比研究典型的生物技術(shù)—微生物菌劑和酶制劑對(duì)實(shí)際城市黑臭河道的處理效果。實(shí)驗(yàn)證明，在投加微生物菌劑和酶制劑反應(yīng)15d后，微生物菌劑處理的水體COD、NH3-N依舊為劣V類(lèi)水，但經(jīng)過(guò)酶制劑處理后的水體提高至Ⅳ類(lèi)水，COD、NH3-N去除率分別為90%、77%，嗅味、色度有效消除。經(jīng)過(guò)45d的處理后，微生物菌劑處理后的水體河道水質(zhì)可由劣V提高至類(lèi)V水，SCOD、NH3-N去除率分別為58%、70%，異味消除，但色度不降。結(jié)果顯示，使用酶制劑對(duì)黑臭河道去除效果較好。

城市黑臭河道；酶制劑；微生物菌劑

河流是文明產(chǎn)生的起源，為城市居民生活、出行提供了便利，但隨著工業(yè)化、城市化的發(fā)展加快，城市規(guī)模擴(kuò)大、人口增加，環(huán)境負(fù)荷逐漸增大，人們隨意排放污水，影響了河流生態(tài)健康[1]。據(jù)環(huán)保部2013年發(fā)布的全國(guó)環(huán)境質(zhì)量狀況可知，河流污染仍較嚴(yán)重[2]。

微生物菌劑（簡(jiǎn)稱(chēng)菌制劑）及酶制劑在河道治理表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。研究表明，菌制劑可有效改善含酚廢水[3]、河流[4]和人工湖[5]等污染水體水質(zhì)，不僅強(qiáng)化了河道生態(tài)系統(tǒng)[6]，且能促進(jìn)水體自?xún)簦黔h(huán)境污染治理中不可缺少的方法[7]。酶制劑作為易生物降解的環(huán)境友好型物質(zhì)[8]，可有效預(yù)處理乳制品廢水[9]、修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)[10]等。本文主要研究了兩種典型生物技術(shù)對(duì)實(shí)際黑臭河道污染物的去除和水質(zhì)改善效果。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)裝置為間歇式反應(yīng)器（如圖1），反應(yīng)器為玻璃材料，半徑為10cm、高為20cm的圓柱形反應(yīng)器。反應(yīng)器的總體積約為6L，實(shí)驗(yàn)取用5L體積的實(shí)驗(yàn)水體。實(shí)驗(yàn)中的曝氣均為飽和曝氣。

圖1 間歇式反應(yīng)器

實(shí)驗(yàn)采用的菌制劑由多種微生物菌劑構(gòu)成。菌制劑在投放前需培養(yǎng)一段時(shí)間，首先在水箱中加入一定比例的水、微生物菌劑、糖漿，培養(yǎng)3天后得到的微生物菌劑可投入污染水體進(jìn)行降解凈化。酶制劑是由蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等多種酶復(fù)合而成的液體制劑，可直接投放至污染水體。

對(duì)比兩種藥劑對(duì)黑臭河道的處理效果并篩選合適濃度的藥劑。不同菌制劑、酶制劑分別選取兩種不同濃度對(duì)比，分別投加2g/L、4g/L菌制劑，4mg/L、8mg/L酶制劑，隨時(shí)間取樣，直至水體水質(zhì)指標(biāo)變化穩(wěn)定不變時(shí)，觀察水體化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，CODCr）、溶解性化學(xué)需氧量（Solluted Chemical Oxigen Demand，SCOD）、氨氮（Ammonia Nitrogen，NH3-N）、pH變化，對(duì)比不同濃度菌制劑、酶制劑對(duì)水體處理效果及曝氣的影響。

篩選合適的反應(yīng)條件，對(duì)比投加4g/L菌制劑、投加4g/L菌制劑+曝氣，投加4mg/L酶制劑、投加4mg/L酶制劑+曝氣，以不添加任何制劑+曝氣作為空白對(duì)照，觀察對(duì)比曝氣對(duì)藥劑反應(yīng)的處理效果的影響。

水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）。考慮到黑臭河道中的色度、嗅味對(duì)河道影響較為明顯，評(píng)價(jià)處理技術(shù)效果時(shí)，可參照《景觀水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB12941-91）。

2 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)原水水質(zhì)情況及綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表1、表2所示，各水質(zhì)指標(biāo)情況與地表水V類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)相比，除TP外，其他指標(biāo)均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值。三種水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，兩種原水污染情況相似，均為劣V類(lèi)水體并且黑臭。

表1 原水水質(zhì)情況 （單位：mg/L）

表2 原水水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

經(jīng)過(guò)菌制劑處理后的水體水質(zhì)變化情況如圖2所示。水體中COD隨著時(shí)間的變化如圖2a所示，原水曝氣降解速度最快，COD降解為33mg/L，去除效率達(dá)89%，符合Ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。投加2g/L菌制劑+曝氣處理，在反應(yīng)30d后COD開(kāi)始降解，從328mg/L降解為143mg/L，去除效率56%，但還沒(méi)有達(dá)到地表水標(biāo)準(zhǔn)，屬于劣V類(lèi)水，繼續(xù)反應(yīng)COD可降解，如圖2b所示SCOD減小趨勢(shì)。但投加4g/L菌制劑+曝氣降解速度較慢，反應(yīng)30d后，水體COD為299mg/L，大于投加2g/L菌制劑+曝氣處理后COD的濃度。投加4g/L菌制劑但不曝氣，COD持續(xù)升高到520～544mg/L，長(zhǎng)時(shí)間升高而不下降，促進(jìn)水體COD增大。

SCOD隨時(shí)間的變化如圖2b所示。原水曝氣反應(yīng)2～5d后，SCOD由106mg/L降解到35～50mg/L，平均去除率為60%，符合V類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。其次是投加2g/L菌制劑+曝氣，反應(yīng)30d后，SCOD開(kāi)始降解，持續(xù)反應(yīng)45d后SCOD降解到43mg/L，符合V類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。投加4g/L菌制劑+曝氣，反應(yīng)30d后，SCOD依舊升高為203mg/L，SCOD降解速度慢。

水體NH3-N變化如圖2c所示。原水曝氣反應(yīng)5d后，原水NH3-N由2.56mg/L降解為0.70mg/L，去除率達(dá)72%，快速達(dá)到Ⅲ類(lèi)地表水標(biāo)準(zhǔn)。另外兩種投加菌制劑曝氣反應(yīng)中，水體NH3-N先持續(xù)升高然后再降解，但可觀察到投加2g/L菌制劑+曝氣反應(yīng)過(guò)程中，NH3-N的去除率相對(duì)投加4g/L菌制劑+曝氣的去除率高。結(jié)合COD降低情況，結(jié)果顯示，投加2g/L菌制劑相對(duì)降解速度快，為最佳投加量。投加2g/L菌制劑曝氣反應(yīng)35d后，NH3-N可降解到1.29mg/L，繼續(xù)反應(yīng)45d后，NH3-N濃度持續(xù)在0.94～0.77mg/L，平均去除率達(dá)70%，符合Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。

投加菌制劑處理后水體pH變化如圖2d所示。反應(yīng)過(guò)程中，測(cè)得三種處理方式的pH均在7.52～8.55之間浮動(dòng)，符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明投加菌制劑對(duì)水體pH無(wú)影響。實(shí)際運(yùn)用中，水質(zhì)、菌制劑等在不同的反應(yīng)時(shí)間、去除效果各不相同。有研究投加菌制劑治理富營(yíng)養(yǎng)化的澤湖水體[11]，當(dāng)反應(yīng)3個(gè)月后，水中NH3-N、COD的去除率分別達(dá)到94.2%、60.0%。研究證明菌制劑可有效去除黑臭河道的COD、NH3-N等物質(zhì)，凈化污染水體。

投加2g/L菌制劑但不曝氣處理后的水體污染更嚴(yán)重，色度由原水45增加到50，嗅味明顯。研究顯示微生物缺氧條件下厭氧消化[12]促進(jìn)黑臭河道惡化，但投加菌制劑并曝氣處理后，水體色度分別減少為30、40，好氧微生物降解可減少水體的黑臭現(xiàn)象。

投加酶制劑后水體水質(zhì)變化情況如圖3所示。 酶制劑處理后的水體COD的變化，如圖3e所示，投加4mg/L曝氣和原水曝氣去除效果相似，在反應(yīng)6d后COD降解49～43mg/L，符合V類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明曝氣降解即有較好的處理效果，添加酶制劑對(duì)曝氣處理影響較小，投加4mg/L酶制劑曝氣與直接曝氣處理效果差異不大。投加8mg/L酶制劑反應(yīng)10d后，COD降解為38mg/L，符合V類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，去除效率小于有曝氣參與的反應(yīng)，繼續(xù)反應(yīng)20d后，COD進(jìn)一步降解達(dá)到25mg/L，去除率達(dá)91%，符合Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。

水體NH3-N變化如圖3g所示。原水的NH3-N為3.50mg/L，原水曝氣、4mg/L酶制劑+曝氣兩種處理方式反應(yīng)15d后，水體NH3-N快速降解并持續(xù)穩(wěn)定在0.75～1mg/L，去除效率達(dá)79%，符合Ⅱ～Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。投加8mg/L酶制劑反應(yīng)20d后，NH3-N降解為0.79mg/L，符合Ⅱ～Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，僅次于直接曝氣去除效率。投加4mg/L酶制劑反應(yīng)20d后才開(kāi)始降解，去除效率相對(duì)較慢。

水體pH如圖3h所示，投加酶制劑后水體pH無(wú)明顯變化，直接曝氣、酶制劑和曝氣兩種方式的pH有較小幅度的升高但均在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，說(shuō)明投加酶制劑對(duì)水體pH無(wú)明顯的影響。

經(jīng)過(guò)曝氣處理的水體色度在反應(yīng)2～4d后快速降低，異味也快速消除，僅投加酶制劑的反應(yīng)方式，色度減小較慢，反應(yīng)5～10d后，投加4mg/L酶制劑不曝氣反應(yīng)的水體色度由40減小到5，異味消除。

研究表明，復(fù)合酶污水凈化劑對(duì)微生物活性具有激活作用[13]，當(dāng)累積耗氧量明顯增加酶激活率達(dá)到14%～136%時(shí)，可有效增強(qiáng)水體自?xún)裟芰Γ苯拥拿钢苿?duì)水體進(jìn)行催化降解和激活作用，對(duì)COD、NH3-N有較好的去除作用，從而凈化水體。

菌制劑對(duì)NH3-N、COD均有降解作用，但降級(jí)速度不及酶制劑不曝氣處理方式。通過(guò)兩組實(shí)驗(yàn)對(duì)比，酶制劑反應(yīng)時(shí)間短、去除效率高，且無(wú)需曝氣即可高效降解河道的黑臭污染。

圖2 菌制劑實(shí)驗(yàn)后的水質(zhì)指標(biāo)變化情況

圖3 酶制劑實(shí)驗(yàn)后的水質(zhì)指標(biāo)變化情況

3 結(jié)論

（1）兩種藥劑及曝氣對(duì)河道黑臭的去除效果，在異味消除方面，曝氣＞酶制劑＞微生物菌劑。曝氣通過(guò)吹脫及土著生物的作用去除水中異味物質(zhì)，在反應(yīng)2～4d后，河道水樣異味消除。酶制劑通過(guò)酶蛋白分解異味物質(zhì)消除異味較曝氣慢，反應(yīng)5～7d后，河道水體異味消除。微生物菌劑雖然有曝氣作用，但投加微生物菌劑后對(duì)水體影響較大，反應(yīng)5d后水體異味消除。

（2）微生物菌劑經(jīng)過(guò)45d左右的處理后COD去除率達(dá)58%，符合V類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。酶制劑4mg/L反應(yīng)10d后去除率達(dá)85%。曝氣、酶制劑方法可高效去除水中COD。當(dāng)COD負(fù)荷較大時(shí)，微生物可長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)最終降解COD達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

（3）微生物NH3-N經(jīng)過(guò)30d反應(yīng)降解到0.77mg/L，去除率達(dá)70%。投加4mg/L酶制劑，原水NH3-N在反應(yīng)20d后，平均去除率可達(dá)80%以上，符合V類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。直接曝氣反應(yīng)10d，NH3-N降解為0.74mg/L，去除率達(dá)71%，符合V類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。去除NH3-N的反應(yīng)時(shí)間，曝氣＜酶制劑＜微生物菌劑。聯(lián)合反應(yīng)時(shí)間和去除效率兩種藥劑及曝氣對(duì)NH3-N去除效果為曝氣＞酶制劑＞微生物菌劑。

（4）各類(lèi)技術(shù)各有局限，酶制劑相對(duì)城市黑臭河道治理效果最好，以直接投加的原位處理方式，投加4～8mg/L酶制劑，反應(yīng)10～15d，可消除黑臭現(xiàn)象。微生物菌劑曝氣技術(shù)適用于流域面積大且生物多樣性小的水體，微生物菌劑最佳投加量為2g/L，需實(shí)時(shí)曝氣保持充足溶解氧。

4 展望

城市河道污染治理方法有很多種，一種方法對(duì)應(yīng)一種處理效果，每種方法都有相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)研究幾種方法的組合處理技術(shù)，可更高效治理受有機(jī)物污染的水體。通過(guò)典型的生物處理技術(shù)對(duì)河道污染治理效果，可進(jìn)一步研究多種方式的組合處理技術(shù)，提高河道的污染治理效率及修復(fù)能力。

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Study on Urban Malodorous Watercourse Treated by Microbe and Enzyme Pharmaceutics

LIU Xi
(Ningbo Environment Protection Bureau, Ningbo Zhejiang 315600, China)

In order to face the serious pollution status of urban malodorous watercourse, the paper compares and studies the treatment effect of typical biotechnology--microbial bacterial agents and enzyme preparation on urban malodorous watercourse. The experiment showed that the microbial bacterial agents and enzyme preparation were put into the malodorous watercourse and after reaction of the microbial bacterial agents and enzyme preparation for 15 days, COD and NH3-N in the water body treated by microbial bacterial agents became the inferior water of V species. Yet after treatment of enzyme preparation,the water body upgraded to the water of IV species, the removal ef fi ciency of COD and NH3-N was respectively at 90% and 77%, the smell and chroma eliminated effectively. After treatment of microbial bacterial agents for 45 days, the water quality of the river watercourse upgraded to the water of V species from the inferior water of V and the removal ef fi ciency of SCOD and NH3-N was respectively at 58% and 70%, the smell was eliminated, but the chroma was not reduced. The result shows that the removal effect is much better by using enzyme preparation to treat the malodorous watercourse.

urban malodorous watercourse; enzyme preparation; microbial bacterial agents

X703

A

1006-5377（2017）11-0037-04