微生物凈化技術在城市河道黑臭水治理中的效能運用

連 燕

(四會市宏禹水利水電勘測設計有限公司，廣東 四會 526200)

1 概 述

由于工業的快速發展和城鎮居民生活水平的不斷提高，我國城市工業化水平迅速發展，城市水資源的消耗和污染也比較嚴重[1-3]。城市河道黑臭水問題，不僅嚴重影響居民生活環境質量、降低城市市容評價，還會影響居民用水安全、危害水生態環境安全[4-9]。因此，如何高效、環保治理城市河道黑臭水問題，對于我國城市發展和環境保護都具有重要意義。

針對我國城市河道黑臭水治理問題，學者展開了大量的相關研究。肖合順等[10]基于大量文獻調研和現場試驗，指出水動力提升技術在黑臭水體治理領域中的應用現狀及應用前景。林佩斌等[11]依托于深圳沙灣河黑臭水體治理工程，通過采用RPIR污水處理技術，實現了區域黑臭河問題的快速治理，并指出該工藝具有成本低、見效快、效果好等突出優勢。司曉光等[12]基于室內試驗深入研究了藻基EM菌劑在城市黑臭水體治理中的應用效果，發現該技術能夠有效去除黑臭水污染物，處理后COD去除率為62.4%, TP去除率為53.8%。

綜上所述，現有關于城市黑臭水治理的研究多是從換水或化學試劑治理技術角度開展，不僅成本高，且對環境影響大。本文室內培育了光合菌和硝化菌群，并利用不同配比的光合菌/硝化菌復合生物劑對黑臭水試樣開展了污染物去除試驗，以期能有效解決城市黑臭水問題，同時有效保護水生態環境。

2 試驗設計

2.1 材料制備

本次試驗研究所取黑臭水試樣來自我國南方某發達城市市政河道，受工業生產及居民生活影響，河道內河水出現富營養化問題，河道水污染情況嚴重。在河道某處取黑臭水樣，取樣深度為水面下20 cm處，共取樣50組。經室內試驗測得，污水試樣呈弱酸性，平均pH值為6.7。本次研究制備了一種光合菌/硝化菌復合生物劑，首先室內培養光合菌和硝化菌群，然后制備不同濃度配比的光合菌/硝化菌復合生物劑，其配比為4種不同濃度(1、2、3和4 ml/100 ml)的光合菌和4種不同濃度(1、2、3和4 ml/100 ml)的硝化菌相互正交，得到16種不同配比的光合菌/硝化菌復合生物劑。

2.2 試驗設計與試驗方法

室內展開光合菌/硝化菌復合生物劑處理城市河道黑臭水性能試驗，主要包括化學需氧量(COD)值測定試驗、氮元素去除(NH3-N)測定實驗以及污水pH值影響分析試驗。先測定黑臭水中COD和NH3-N的濃度，再將不同濃度配比光合菌/硝化菌復合生物劑投入黑臭水中，經過持續7 d的試驗后，再次測定黑臭水中污染物COD和NH3-N的濃度。

3 試驗結果分析

3.1 NH3-N濃度變化分析

圖1為不同菌劑濃度條件下，城市河道黑臭水體中NH3-N的變化關系。由圖1可知，光合菌和硝化菌的濃度對黑臭水體中NH3-N的去除效率均具有明顯的影響。可以觀察到，在不同硝化菌濃度條件下，隨著光合菌濃度的逐漸增大，黑臭水體試樣中NH3-N的去除效率均呈現出逐漸增大的變化趨勢。可以明顯看出，當硝化菌濃度較低時(濃度為1或2 ml/100 ml)，NH3-N的去除效率隨光合菌濃度增長而呈現出大幅度的增長。當光合菌濃度為1 ml/100 ml，光合菌/硝化菌復合生物劑黑臭水中NH3-N的去除效率僅達到25.14%；而當光合菌濃度達到4 ml/100 ml時，黑臭水中NH3-N的去除效率僅達到49.25%，污染物去除效能增長率達到95.90%，增長效果明顯。此外，當光合菌/硝化菌復合生物劑中光合菌和硝化菌濃度分別為4 ml/100 ml和2 ml/100 ml時，光合菌/硝化菌復合生物劑對黑臭水中NH3-N的去除效果最佳，該復合生物劑的最大NH3-N去除率為54.32%，具有十分優越的黑臭水NH3-N污染物去除能力。

圖1 不同菌劑濃度下黑臭水體NH3-N去除效率

進一步分析光合菌/硝化菌復合生物劑中，硝化菌濃度對黑臭水體中NH3-N去除率的影響。由圖1可知，當光合菌濃度保持不變時，黑臭水體中NH3-N的去除率與硝化菌濃度不是簡單的遞增關系或遞減關系。對數據展開深入分析可以發現，當光合菌濃度較低時(濃度為1或2 ml/100 ml)，隨著硝化菌濃度的增加，黑臭水中NH3-N的去除率也逐漸增大；但當光合菌濃度較高時(濃度為3或4 ml/100 ml)，隨著硝化菌濃度的增加，黑臭水中NH3-N的去除率呈現先增大后減小的變化趨勢，且當硝化菌濃度為2 ml/100 ml時,復合生物劑對黑臭水體中的NH3-N的去除效果相對較好。綜上可知，光合菌/硝化菌復合生物劑對黑臭水體中NH3-N去除效果的影響比較復雜，且當光合菌和硝化菌濃度分別為4 ml/100 ml和2 ml/100 ml時，光合菌/硝化菌復合生物劑對黑臭水中NH3-N的去除效果最佳。

3.2 COD濃度變化分析

表1為不同菌劑濃度條件下，城市河道黑臭水體中COD去除率隨光合菌、硝化菌濃度的變化關系。由表1可知，光合菌和硝化菌的濃度對黑臭水體中COD去除效率的影響顯著。可以看到，當硝化菌的濃度較低時(濃度為1或2 ml/100 ml)，隨著光合菌濃度的逐漸增大，黑臭水體試樣中COD的去除效率呈現出逐漸增大的變化趨勢；而當硝化菌的濃度較高時(濃度為3或4 ml/100 ml)，隨著光合菌濃度的逐漸增大，黑臭水體試樣中COD的去除效率呈現出先增大后減小的變化趨勢。同樣，當光合菌的濃度較低時(濃度為1、2或3 ml/100 ml)，隨著硝化菌濃度的逐漸增大，黑臭水體試樣中COD的去除效率呈現出逐漸增大的變化趨勢；而當光合菌的濃度較高時(濃度為4 ml/100 ml)，隨著硝化菌濃度的逐漸增大，黑臭水體試樣中COD的去除效率呈現出先增大后減小的變化趨勢。當光合菌/硝化菌復合生物劑中光合菌和硝化菌濃度分別均為3 ml/100 ml時，光合菌/硝化菌復合生物劑對黑臭水中NH3-N的去除效果最佳，該復合生物劑的最大NH3-N去除率為83.45%，對黑臭水COD污染物去除效果非常明顯。

表1 不同菌劑濃度下黑臭水體COD去除效率 /%

綜上所述，光合菌/硝化菌復合生物劑對黑臭水中NH3-N和COD污染物的去除效果非常明顯。由于復合生物劑對水環境的污染影響很小，因此，光合菌/硝化菌復合生物劑在城市黑臭水治理中具有非常良好的應用前景。此外，光合菌/硝化菌復合生物劑中光合菌和硝化菌的濃度對其污染物去除效率也具有非常明顯的影響。結合上述試驗結果進行對比分析發現，當光合菌/硝化菌復合生物劑中光合菌和硝化菌濃度分別為4 ml/100 ml和2 ml/100 ml時，復合生物劑對黑臭水中污染物的綜合去除效果最佳，此時黑臭水中NH3-N污染物的去除效率達到54.32%，COD污染物的去除效率達到79.55%。

3.3 pH值影響分析

圖2為不同pH值下黑臭水體污染物去除效率。此時，所使用的光合菌/硝化菌復合生物劑的濃度為4 ml/100 ml的光合菌和2 ml/100 ml的硝化菌。由圖2可知，在原水樣中(pH=6.7)，使用濃度為4 ml/100 ml光合菌和2 ml/100 ml硝化菌的光合菌/硝化菌復合生物劑，最終黑臭水中NH3-N污染物的去除效率為54.32%，COD污染物的去除效率為79.55%。而當通過室內采用一定試驗手段將黑臭水pH值調節到7.5，此時即加入同樣濃度的光合菌/硝化菌復合生物劑，則黑臭水NH3-N和COD污染物的去除效率產生了一定幅度的提高。當黑臭水pH值為7.5時，NH3-N污染物的去除效率為60.11%，COD污染物的去除效率為85.34%，相對原水樣分別提高10.66%和7.28%。這表明，在維持水環境弱堿條件下，光合菌/硝化菌復合生物劑的污染物去除能力要較弱酸性環境下強。

圖2 不同pH值下黑臭水體污染物去除效率

4 結 論

1) 當光合菌/硝化菌復合生物劑中光合菌和硝化菌濃度分別為4 ml/100 ml和2 ml/100 ml時，復合生物劑對黑臭水中污染物的綜合去除效果最佳。此時，黑臭水中NH3-N污染物的去除效率達到54.32%，COD污染物的去除效率達到79.55%。

2) 在維持水環境弱堿條件下，光合菌/硝化菌復合生物劑的污染物去除能力要較弱酸性環境下強。當黑臭水pH值為7.5時，NH3-N污染物的去除效率為60.11%，COD污染物的去除效率為85.34%，相對原水樣(pH=6.7)分別提高10.66%和7.28%。

3) 受限于試驗手段條件，本次研究僅從試驗結果角度展開分析，未能從微觀角度展開解釋，下一步應當基于微觀試驗展開深入研究。