農村黑臭河道水體治理的生物修復技術研究

文章編號：1674-6139（2025）05-0092-05

中圖分類號：X52文獻標志碼：B

Study on Bioremediation Technology for Rural Black Odor River Water Treatment

Zhou Min

（InstuteofNaturalResourcesMonitoringandComprehensiveLandImprovementofHenanProvince，Zhengzhou4Oo16，China）

Abstract：ThisarticleproposesabioremediationtechnologyforruraldomesticsewageandaquaculturewastewaterpolutionNitrogen fixingbacteriaandphotosyntheticbacteriawereselectedasthemainrawmaterialsforbioremediation，andPDA + yeast extract was used astheculturemedum.Tetwostrainswereconentratedandpurifiedtoanalyzethefectsofiologicalagents，thdosageofiogical agents，andteombinatioofratioadicrobialagentsonteectivenssofwateremediationTeexperimentalesultsowed that when the addition amount of A bacterial agent was 10g/L ，the TN removal rate was the highest at 43.26% .In addition，the combinationof water exposure and bacterial agent showed varying degrees of increase in TP content in theearly stageof the experiment（before the4thday），andsowedsignificantdowwardtrendintelaterstagofteexperimentDuetothincreaseindisoedoygco tent in the water，it is conducive to the reduction reactionand better sedimentation adsorption effect.

Keywords：ruralareas；blackandodorousriverchannels；water management；watergeneral exposure；aerationcombination

前言

隨著農村城市化加速，生活、工業(yè)及農業(yè)污水排放激增，且因為農村區(qū)域經濟發(fā)展相對滯后，河道管理缺乏科學合理的規(guī)劃，對河道內污染物排放缺乏有效控制，導致農村河道污染嚴重，破壞了水生態(tài)環(huán)境，黑臭河道污染面積廣，進而影響了城市居民的生活質量[1]。在目前環(huán)境污染日益嚴重的背景下，開展河道治理工作是解決水環(huán)境污染問題的關鍵。國家對農村區(qū)域的水環(huán)境治理力度不斷加大，黑臭水體的治理工作取得了一定的成效。但是在治理過程中，因為農村區(qū)域河道沒有實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃，缺乏對河道水質科學合理的管理，資金短缺等問題，導致河道中污染物過多，使水體發(fā)黑發(fā)臭[2]。目前國內對黑臭河道水體治理主要采用清淤、控源截污等技術措施，但這些措施無法從根本上解決水體污染問題。針對上述問題，文章提出了生物修復技術在農村區(qū)域黑臭河道水體治理中的應用方法。該方法利用微生物分解水中的有機物，加速水體中的有機物氧化分解為無機物，改善水生態(tài)環(huán)境。在黑臭水體治理研究工作中，生物修復技術以微生物為主體，通過微生物對有機污染物、重金屬、抗生素等污染物質進行降解與轉化來改善水質。該技術具有操作簡單、成本較低等特點，且對水質改善效果明顯。

1農村區(qū)域黑臭河道水體概況

據不完全統(tǒng)計，全國黑臭河道面積約333萬公頃，農村區(qū)域占比高，水質富營養(yǎng)化嚴重。當前治理措施效果有限，農村黑臭河道污染問題短期難以解決[3]。由此可見，為實現(xiàn)農村區(qū)域黑臭河道水體的有效治理，必須從根本上解決河流污染問題，引入生物修復技術提升水質[4]。中國很多農村區(qū)域經濟發(fā)展滯后，居民的生活水平較低，生活垃圾、污水隨意排放是農村區(qū)域普遍存在的現(xiàn)象。由于農村區(qū)域基礎設施建設落后、村民環(huán)保意識淡薄等因素，導致大量污水排入河道中，從而引起水體黑臭[5]

文章研究區(qū)選擇的是一條農村區(qū)域黑臭河道。該河道呈南北走向，全長約為 1000m ，河道寬度在20m～30m 之間。在河道內分布著多條支溝與支槽，之間用水泥砌筑而成。由于村莊周邊經濟水平較低，缺乏專業(yè)的污水處理設備與管理人員，村民隨意將生活污水排放到河道中，河道見圖1。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

實驗所選用的微生物主要包括兩種，分別為固氮菌和光合細菌，其中固氮菌主要選用了源自北方農田土壤但后經城市污水處理廠適應性篩選的菌株，其種屬為圓褐固氮菌或其相近種屬，這類微生物以其強大的固氮能力著稱，對提升水體及土壤氮素循環(huán)具有顯著作用；而光合細菌則是直接從南方地區(qū)污水處理廠中分離純化所得，其種屬為紫硫細菌或紫色非硫細菌，它們能夠在光照條件下進行光合作用，同時適應污水環(huán)境中的復雜條件，展現(xiàn)出獨特的生態(tài)功能[6]。實驗所用到的固氮菌和光合細菌都具有較高的抗逆性。兩種微生物的培養(yǎng)基均采用了PDA培養(yǎng)基，其中固氮菌的最佳培養(yǎng)基為PDA + 酵母提取物，而光合細菌的最佳培養(yǎng)基則是PDA + 酵母提取物。所用到的菌液都經過了濃縮和純化處理[7]

在微生物修復技術中需要根據水質情況來確定微生物接種量[8]。實驗主要分為三個步驟：（1）將已經確定好的微生物菌種按照一定比例混合均勻；（2）在一定溫度下對混合均勻的菌種進行培養(yǎng)；（3）觀察培養(yǎng)基對水質改善情況的影響。其中接種量為菌液體積總量的 5% ，培養(yǎng)時間為 24h 。

由于實驗主要是通過微生物來對水體進行凈化處理，因此在進行生物修復技術實驗時，要特別注意微生物菌種和所用培養(yǎng)基之間比例關系；注意培養(yǎng)基對水質改善情況以及微生物生長狀況的影響；注意控制溫度；注意控制時間;注意觀察細菌數(shù)量變化情況。在生物修復過程中還需要注意不要使用已經死亡或變質的微生物;在進行實驗時應對菌種進行保存，防止菌種失活；要保持環(huán)境溫度適宜且恒定;控制好培養(yǎng)時間。

2.2 實驗方法

（1）試驗水體的準備：實驗所需設備包括水質采樣器、水質分析儀器、溫度計、pH.5計、微生物檢測儀等。

（2）微生物培養(yǎng)：取適量水樣加入 500mL 三角瓶，加入菌種培養(yǎng)基，密封后用皮管引入到滅菌瓶中。在 30^°C～35^°C 下培養(yǎng)72小時，隨后移入恒溫培養(yǎng)箱繼續(xù)培養(yǎng)。為了全面評估水體修復效果，采用便攜水溫計進行測量;pH.5值則利用便攜pH.5計進行精確測定。對于關鍵營養(yǎng)鹽指標，分別采用了鉬酸銨分光光度法、堿性過硫酸鉀消解分光光度法及納氏試劑分光光度法進行檢測。溶解氧（DO）含量通過便攜溶解儀快速測定，而化學需氧量（COD）則利用連華COD測定儀進行準確分析。此外，有機質含量通過SX2-5-12馬弗爐灼燒后計算。

（3）研究方法：針對前文兩種不同的生物菌劑，共設置9組試驗，分成三類包含1組空白試驗；2-5組添加A類生物菌劑，添加量分別為 5g，10g，15g 和 組添加B類生物菌劑，添加量分別為⁵g，10g，15g 和 20g 。試驗整體測試運行周期為30天，此間進行定期取樣分析。

3 結果分析

3.1生物菌劑種類和投加量對水體修復效果的影響

生物菌劑的種類眾多，不同種類的生物菌劑對水體修復效果不同，是由于不同的生物菌劑對水體中的微生物新陳代謝產生一定的影響，改變pH.5值，隨著時間改變呈現(xiàn)一定的波動，通過實驗得出，添加菌劑B的分組波動較小相對第6天達到峰值7.98；添加了菌劑A的水體整體較添加菌劑B的pH.5值高，產生原因為菌劑A自身攜帶了大量的堿性物質，且繁殖速度快，適應能力強，與水體作用效果相對更強。

另外，不同投加量生物菌劑顯著影響水體中總氮、氨氮、總磷及化學需氧量（COD）的去除率，其中投加 5.0g/L 時，總氮和COD去除率超 70% 。在實際應用中應根據實際水體情況調整投量，文章選擇的兩種菌劑由于其中均含有硝化菌和反硝化細菌，可以促進水體中的氮循環(huán)反應。對比兩種菌劑不同投加量對TN的去除效果，實驗結果如下：

如圖2所示，不同菌劑顯著影響水體TN含量，在試驗的初期，水體內初始的TN處于較高水平，判斷此時數(shù)值升高產生原因為裝配實驗裝置時對底泥的攪動，導致水體中氮含量的釋放。

觀察試驗中空白對照試驗的數(shù)據，水體中的TN含量變化較小，在水體原有的微生物作用下進行降解，在試驗取樣結束時TN含量為 21.53mg/L ，此時去除率為 19.82% 。

添加A類菌劑的水體在前階段TN上升幅度較大，產生原因為自身攜帶的氮類有機物，增加了水體的負擔污染情況加劇，在此之后隨著微生物的繁殖及之間的相互作用，TN呈現(xiàn)快速下降的趨勢。當菌劑的添加量為 10g/L 時去除率最高為 43.26% ，其他含量由于添加計量較小，去除效果相對較低。

添加B類菌劑的水體在不同添加量下對應的去除率分別為：12. 59% 、 11.08% 、14. 23% ！13.56% ；整體去除率處于較低水平。

因此可以看出生物菌劑的投加量越多，對水體中總氮的去除率越高。然而在實際應用中，應根據不同水體的具體情況確定投加量的多少，以保證水體中的營養(yǎng)物質得到有效去除，同時也能保證水體中COD和總磷等營養(yǎng)物質得到有效去除。

3.2曝氣聯(lián)合微生物菌劑對水體修復效果的影響

在農村區(qū)域治理黑臭水體過程中，需充分考慮微生物菌群的組成及作用。其中微生物菌劑是由微生物菌劑和其他輔料組成的復合制劑，具有較強的環(huán)境適應性，對水質改善效果明顯。此外，在黑臭河道治理過程中，曝氣也是改善水體環(huán)境、凈化水質的關鍵。曝氣可以向水體中釋放氧氣，加速水中有機物的氧化分解速度。因此在前文實驗的基礎上，微生物菌劑的添加方式選擇混合投入法，添加量設定為 35g ，此次試驗運行30天，定期對各項指標進行測定，試驗分5組：第一組為對照組，無曝氣情況和菌劑添加情況；第二組為泥普曝，不添加菌劑;第三組為泥普曝，添加菌劑；第四組為水普曝，不添加菌劑；第五組為水普曝，添加菌劑，此次試驗考量分析指標包含水體DO值和TP的動態(tài)變化，試驗結果如下：

如圖3所示空白對照試驗呈現(xiàn)了河道在自然狀態(tài)下演變成黑臭河的過程，在此期間河道中氧氣在有機物質與微生物相互作用下不斷消耗，由于試驗裝置一直處于靜止狀態(tài)未發(fā)生攪動，環(huán)境中的氧氣很難進入到水體中，在試驗結束時已經處于極度缺氧狀態(tài)，測定其中的溶解氧含量不足 0.38mg/L.

對比底泥普爆組的兩種曲線，在試驗初期兩種曲線增長速率相對緩慢，產生原因為此時底泥消耗氧的速率遠超于水體，在底泥曝氣的情況下溶解氧大部分被消耗掉；添加了生物菌劑的試驗組溶解氧低于未添加組，是由于生物菌促進了底泥中微生物的繁殖，加大了氧的消耗。而水體在進行曝氣之后其中溶解氧的含量快速增長，在試驗進行到第7日左右時達到峰值，添加了生物菌劑小組促進底泥反應耗氧量較大。

在試驗過程中雖然曝氣位置對水體中的溶解氧濃度產生一定的影響，但是溶解氧的含量整體維持在較高的水平，尤其是在添加了生物菌劑的情況下，因此文章設計的生物修復技術具有較好的河道修復效果。

如圖4所示不同狀態(tài)水體TP變化，在試驗的前期（4日之前）TP的含量均上升，是受裝置與曝氣影響。其中進行底泥曝氣的兩種數(shù)據顯示，添加了生物菌劑的試驗組由于自身部分凝聚基質伴隨曝氣進入水體，沉降了部分游離態(tài)的磷，因此在試驗初期上升速率低于未添加小組;在試驗后期呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，由于水體中溶解氧含量的增加，有利于還原反應的進行。曝氣聯(lián)合生物菌劑的添加使得沉降吸附效果更好，TP的去除效果更理想。

上覆水體進行曝氣處理時，未對底泥產生攪動影響，水體中的溶解氧含量增加，對底泥中磷源的釋放起到了抑制作用；伴隨著濃度的逐漸增加，微生物繁殖加快，其中的聚磷菌作用增強，使得其中的TP去除更容易。兩種不同的曝氣位置對TP的去除均具有較好的效果，對底泥進行曝氣效果更佳。

4結束語

農村黑臭河道污染加劇，影響居民生活與水生態(tài)環(huán)境。研究對農村區(qū)域黑臭河道水體進行采樣，利用生物修復技術實現(xiàn)對樣本水質的改善，能夠有效緩解水體污染，減少農村區(qū)域黑臭水體的出現(xiàn)。生物修復技術具有操作簡單、成本較低等特點，在農村區(qū)域黑臭河道水體治理中具有良好的應用前景。通過對生物修復技術在農村區(qū)域黑臭河道水體治理中的應用方法分析可知，利用生物修復技術治理黑臭河道水體，可以提升水質改善效果，為居民提供更加舒適的生活環(huán)境。此外，利用生物修復技術治理農村區(qū)域黑臭河道水體能夠降低污水處理費用，提高污水處理效率，減少二次污染問題的產生，為促進農村區(qū)域經濟發(fā)展、維護農村居民身體健康提供有利保障。

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