EM菌液處理富營養(yǎng)化水體的條件研究

陳里晉 ，丁學(xué)鋒 ，林可聰 ，楊肖娥

（1.寧波酬勤水利項目管理有限公司，浙江 寧波 315100；2.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院污染環(huán)境修復(fù)與生態(tài)健康教育部重點實驗室，浙江 杭州 310058；3.浙江省環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州 310007；4.杭州綠生生態(tài)環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州 310007）

EM菌（Effective Microorganisms）是指由如芽孢菌、酵母菌、乳酸菌等多種益菌類微生物組成的混合菌株，它最早由日本科學(xué)家比嘉照夫教授發(fā)明。由于EM菌包含大量的有益微生物群落，且具有性能穩(wěn)定、功能齊全等特征，故引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注和研究，我國引進(jìn)EM菌后，已被廣泛應(yīng)用于種植、水產(chǎn)、環(huán)保等領(lǐng)域。利用EM菌液修復(fù)富營養(yǎng)化水體，近些年已取得了較好的成效[1]，這主要是因為EM菌微生物能夠調(diào)節(jié)水體中的生態(tài)平衡，增加水中的溶氧量，降低水體中NP含量，促進(jìn)有機(jī)污染物的分解，降低BOD、COD[2-3]，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。目前對EM菌修復(fù)富營養(yǎng)化水體機(jī)理方面的研究較多，但對EM菌液凈化富營養(yǎng)化水體的條件研究得還不夠[4-5]。筆者擬采用不同的研究條件，探討EM菌接種量、pH值、曝氣時間和溫度對富營養(yǎng)化水體凈化效果的影響，以期總結(jié)一套完整的EM菌凈化污水的理論依據(jù)，為今后研究提供方向。

1 材料與方法

1.1 材料

EM菌液：購自江西天意生物技術(shù)開發(fā)有限公司，原液各項指標(biāo)見表1。

富營養(yǎng)化水：取自浙江大學(xué)華家池池塘，另外添加葡萄糖和谷氨酸（參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）BOD5標(biāo)準(zhǔn)液的配制）、NH4Cl和KH2PO4以增加水中的有機(jī)物和氮磷含量（CODMn∶N∶P≈100∶5∶1），原水樣各項指標(biāo)見表 2。

表1 EM菌液各項指標(biāo)

表2 原污水各項指標(biāo) （mg/L）

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗在浙江大學(xué)華家池校區(qū)可調(diào)節(jié)溫度（T）的人工氣候室內(nèi)進(jìn)行，營養(yǎng)液取自華家池富營養(yǎng)化水體，裝入2.5 L小黑桶，濕度（RH）恒定為75%，光照強(qiáng)度恒定為4 000 lx，試驗時間從2005年12月8日到2005年12月22日，曝氣裝置采用電磁式空氣泵ACO-008B。

試驗分別研究了4種不同條件對富營養(yǎng)化水體凈化效果的影響：（1）不同EM菌濃度：溫度為25℃，pH為7.38±0.12，曝氣強(qiáng)度采用間歇曝氣即白天曝氣、晚上停曝，EM菌濃度分別為：0、1/10 000、5/10 000、1/1 000、8/1 000，重復(fù) 3 次。（2）不同 pH值：溫度為25℃，EM接種量為1/1 000，曝氣強(qiáng)度采用間歇曝氣即白天曝氣、晚上停曝，pH值分別為：4.0±0.05、7.0±0.38、10.0±0.08，重復(fù) 3 次。（3）不同曝氣方式：溫度為25℃，EM接種量為1/1 000，pH為7.38±0.12，作 4 個處理：連續(xù)曝氣（曝氣 24 h）、間歇曝氣（白天曝氣、晚上停曝）、不曝氣、厭氧，重復(fù)3次。其中厭氧控制方法為以高純N2（含量99.999%）作為充入氣體，充氣30 min，后用保鮮膜密封。（4）不同溫度：EM接種量為1/1 000，pH為7.38±0.12，曝氣強(qiáng)度采用間歇曝氣即白天曝氣、晚上停曝，溫度分別為 10、25、35℃，重復(fù) 3 次。

1.2.2 測定項目及數(shù)據(jù)分析 pH值測定采用Orion 250A+pH計；DO測定采用JPBJ-608便攜式溶解氧分析儀；CODMn測定采用酸性高錳酸鉀法；各項氮磷指標(biāo)測定采用氮磷自動分析儀AQ2+，其中總氮總磷先用過硫酸鉀消煮；采用SPSS13.0和origin 8.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種量對EM菌處理污水的效果影響

2.1.1 對污水中CODMn的影響 如圖1所示，在同樣條件即同為25℃、pH為中性、間歇曝氣下，EM菌不同接種量對污水CODMn的去除差異極顯著（P＜0.01）。在好氧條件下，由于添加的有機(jī)物（葡萄糖和谷氨酸）可以被氧化，所以對照組的CODMn從（815.37±33.26）mg/L 降低到了 （609.61±17.06）mg/L，去除率為25.24%。同對照組相比，隨著EM菌接種量的增加，污水中的CODMn逐漸降低，尤其是處理 5/10 000和 1/1 000的 CODMn從（815.37±33.26）mg/L 分 別 降 低 到 了 （272.54±42.23）mg/L 和（208.62±18.65）mg/L，比對照組的去除率 25.24%提高了41.34%和49.18%，充分說明EM菌能夠促進(jìn)污水中有機(jī)物的降解。

圖1 不同接種量對污水中CODMn的影響

但是，當(dāng)EM接種量為8/1 000時，對CODMn的去除率比對照組還低，只有16.49%，說明當(dāng)EM接種量過高時，EM對有機(jī)物的去除非但沒有促進(jìn)作用，反而會惡化水質(zhì)。這可能是因為EM菌的CODMn本底值非常高（達(dá)48510.37±103.26 mg/L），當(dāng)EM加入量較大時，必然會顯著提高原水的CODMn，而且CODMn提高比例大于微生物數(shù)量增加的比例，導(dǎo)致處理后污水CODMn濃度處于較高水平和EM的表觀無效性[6]。另外邵青[7]還提出可能EM是液體，在污水處理過程中生物體本身并沒有以污泥的形式從水中被去除，當(dāng)光合細(xì)菌以二氧化碳為碳源大量繁殖，且其速度超過污水中有機(jī)物的降解速度時，在表觀上就會表現(xiàn)為EM的無效性。

2.1.2 對污水中氮素的影響 從圖2可以看出：在同樣條件下，不同EM接種量對總氮的去除差異呈極顯著水平（P＜0.01）。同對照組相比，隨著EM接種量的不斷增加，對污水TN的去除率也不斷增加，尤其當(dāng) V（EM）∶V（污水）≥5/10 000時，5/10 000、1/1 000、8/1 000的處理效果與對照相比都呈極顯著水平，比對照的去除率（16.29%）分別提高了 20.31%、31.13%、46.94%。而且 8/1 000與5/10 000、1/1 000的處理效果相比都達(dá)到了極顯著水平，這說明接種量越大，EM菌對污水的處理效果越好，8/1 000的效果最好。但EM菌去除TN的效果是否是接種量越大越好，這還有待進(jìn)一步研究，尤其是在 V（EM）∶V（污水）＞8/1 000的情況下。

圖2 不同接種量對污水中N的影響

據(jù)對生活污水的測定，無機(jī)態(tài)氮占總氮的60%，而銨氮占總氮的44.77%。因此，銨氮是評價污水一個非常重要的指標(biāo)，銨氮的濃度變化基本可以反應(yīng)EM菌對污水中氮的處理效果。從不同EM接種量對污水中銨氮的處理結(jié)果可以看出，各處理間差異呈極顯著水平（P＜0.01）。在間歇曝氣下，水環(huán)境為好氧，從而為硝化作用提供了條件，因此對照組的NH4+-N去除率達(dá)到了較高水平，為61.32%，但當(dāng)接種了EM菌后，其對NH4+-N的去除率仍然比對照提高了許多，尤其當(dāng)V（EM）∶V（污水）≥5/10 000時，對NH4+-N的處理效果同對照相比都呈極顯著水平。對NH4+-N的凈化效果，處理8/1 000與5/10 000相比呈極顯著水平（P=0.000 9），但與處理1/1 000相比呈顯著水平（P=0.021 6）。這說明EM菌能夠促使污水中更多的銨氮發(fā)生硝化反應(yīng)，而且接種量易大，但考慮適用性，V（EM）∶V（污水）=1/1 000更理想。

另外，由于硝化作用的產(chǎn)物是亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，統(tǒng)稱為NOx--N，如果沒有厭氧環(huán)境，隨著硝化作用的進(jìn)行，NOx-N必然會有所增加。試驗結(jié)果顯示，對照組的NOx-N從原來的3.05 mg/L增加到（18.10±1.61）mg/L，而接種了EM菌的處理NOx-N濃度比對照低，特別是 V（EM）∶V（污水）=8/1 000時，NOx-N=（9.32±3.26）mg/L，比對照降低了近 8.78 mg/L。這說明EM菌中不僅有硝化菌，還有一定數(shù)量的反硝化菌，這對TN的去除有著極大的貢獻(xiàn)。

2.1.3 對污水中磷的影響 從圖3可以看出，EM菌對污水中TP的去除各處理間呈極顯著水平（P=0.005 6＜0.01）。當(dāng) V（EM）∶V（污水）＜1/1 000 時，EM對TP的去除效果與對照相比不顯著，只有當(dāng)V（EM）∶V（污水）≥1/1 000時，與對照相比才達(dá)到顯著水平。處理8/1 000的TP去除率為59.66%，比對照（31.21%）提高了28.45%。這說明只有當(dāng)EM加入量達(dá)到一定水平時，聚磷菌的吸磷能力才會有較大程度提高。

圖3 不同接種量對污水中TP的影響

2.2 pH值對EM菌處理污水的效果影響

2.2.1 對污水pH值的影響 各處理的pH值初始值不同，當(dāng)接種了1/1 000的EM菌后，污水的pH值隨著時間的推移會接近中性。這可能是由于EM菌中不同微生物對環(huán)境適應(yīng)及改變所造成的。

2.2.2 對污水中CODMn的影響 從圖4中可以看出，EM菌對污水中CODMn的處理效果，不同pH值間差異性不顯著（P=0.098 6＞0.05）。這說明pH值不會影響EM菌去除CODMn的結(jié)果，這為一些工業(yè)廢水特別是酸堿廢水的治理提供了基礎(chǔ)。但可以看出，當(dāng)污水pH值在10.0左右時，其處理效果低于酸性和中性環(huán)境，這表明EM菌對CODMn的最佳凈化為中性偏堿環(huán)境。

圖4 pH值對EM菌處理污水中CODMn的影響

2.2.3 對污水中氮素的影響 從圖5可以看出，不同pH環(huán)境對EM菌去除TN的效果差異性極顯著（P=0.009 5＜0.01）。在堿性環(huán)境（pH=10.0）下，對TN的去除效果與酸性環(huán)境（去除率只有19.36%）相比呈極顯著水平，同中性環(huán)境相比也達(dá)到了顯著水平（P=0.044 3＜0.05）。這說明EM菌凈化TN的效果在堿性環(huán)境下最佳，酸性環(huán)境不利于TN的的去除。

圖5 pH值對EM菌處理污水中N的影響

從圖中銨氮的變化可以看出，各處理間呈極顯著水平（P=0.003 8＜0.01）。在酸性條件下，EM對NH4+-N的去除率為46.03%，低于中性環(huán)境不加EM菌的61.32%，表明在酸性環(huán)境下，EM不但不能促進(jìn)NH4+-N的去除，反而會抑制其凈化效果。這是因為硝化菌對pH值的變化非常敏感，在中性偏堿性條件下，硝化菌的增殖速度和硝化速度都可以達(dá)到最大。從硝化反應(yīng)式NH4++2O2→NO3-+2H2O+2H+也可以看出，堿性環(huán)境能促進(jìn)硝化反應(yīng)的進(jìn)行，強(qiáng)酸性條件則不利于銨氮的去除。在堿性環(huán)境下，EM對NH4+-N的去除率為91.34%，比酸性環(huán)境下的去除率提高了45.32%。

2.2.4 對污水中磷的影響 如圖6所示，pH值對污水中TP去除效果的影響極顯著（P=0.005 3＜0.01）。當(dāng) pH=4.0時，去除率很低（為 19.14%），說明酸性條件不利于TP的去除。而在堿性條件下，TP的去除效果較好（56.01%），因為嗜磷菌適于在堿性環(huán)境中生長。當(dāng)pH值＞7時，嗜磷菌大量繁殖，成為優(yōu)勢種群，吸收原水中的磷，使水中TP的濃度降低。

圖6 pH值對EM菌處理污水中TP的影響

2.3 曝氣時間對EM菌處理污水的效果影響

2.3.1 對污水中CODMn的影響 從圖7可以看出，曝氣時間對CODMn的處理影響極顯著，隨著曝氣時間的逐步增加，EM菌對CODMn的去除率也隨之提高，特別是在連續(xù)曝氣的情況下，其去除率為84.99%，同間歇曝氣相比呈顯著水平（P=0.011 5＜0.05），同其他兩個處理相比極顯著。這說明曝氣能促進(jìn)CODMn的降解，因為曝氣為水環(huán)境提供了充足的氧氣，促進(jìn)了好氧微生物氧化分解有機(jī)物，從而提高了CODMn的去除率。在不曝氣的情況下，EM菌對CODMn的去除率為49.56%，說明EM菌中的微生物在正常情況下也能氧化分解某些有機(jī)物。而在厭氧條件下，CODMn的去除率僅為18.73%，比不加EM菌處理的去除率還要低，說明在厭氧環(huán)境下，EM菌不能促進(jìn)污水中有機(jī)物的降解，相反還會惡化污水水質(zhì)。

圖7 曝氣時間對EM菌處理污水中CODMn的影響

2.3.2 對污水中氮素的影響 曝氣時間對TN的去除影響極顯著（P=0.000 1）。從TN的變化可以看出，連續(xù)曝氣與間歇曝氣比不曝氣的TN去除率（35.42%）分別提高了27.53%、12.00%，這說明曝氣能促進(jìn)EM菌去除TN。而在厭氧條件下，EM菌對TN的去除率僅為4.58%，這說明厭氧條件對TN的去除尤其是以NH4+-N為主的生活污水的處理效果不理想。

從圖8可以看出，銨氮的去除率與TN去除率的變化趨勢一致，這說明曝氣能促進(jìn)NH4+-N的去除；而在厭氧條件下，NH4+-N反而從初始的（40.77±0.18）mg/L 降低到了（37.09±7.17）mg/L，與之相對應(yīng)的是NOx-N濃度的降低，表明在厭氧環(huán)境下，反硝化菌的反硝化作用可以使NOx-N轉(zhuǎn)化為NH4+-N。

圖8 曝氣時間對EM菌處理污水中N的影響

連續(xù)曝氣與間歇曝氣對NH4+-N的去除差異不顯著（P=0.071 0＞0.05）。這說明曝氣雖然能促進(jìn)NH4+-N的去除，但間歇曝氣已足夠提供EM菌硝化作用所需要的氧氣量。

2.3.3 對污水中磷的影響 從圖9可以看出，曝氣對EM去除TP的作用有促進(jìn)效果，且各處理間差異極顯著。因為EM去除TP是通過聚磷菌的釋磷與吸磷兩個相反的過程完成的。其機(jī)理為：在厭氧狀態(tài)下，聚磷菌吸收污水中的乙酸、甲酸、丙酸和乙醇等極易生物降解的有機(jī)物質(zhì)，儲存在體內(nèi)作為營養(yǎng)物，同時將體內(nèi)存儲的聚磷酸鹽以PO43--P形式釋放出來，以便獲得能量。在好氧狀態(tài)下，聚磷菌則將體內(nèi)存儲的有機(jī)物氧化分解產(chǎn)生能量，同時將污水中的PO43--P脫除。由于聚磷菌在厭氧狀態(tài)下是釋磷過程，因此表現(xiàn)為對TP的去除無效性，圖中厭氧環(huán)境TP去除率僅為2.77%就很好的說明了這個過程。

圖9 曝氣時間對EM菌處理污水中TP的影響

2.4 溫度對EM菌處理污水的效果影響

2.4.1 對污水中CODMn的影響 如圖10所示，溫度對EM菌去除污水CODMn的差異極顯著（P=0.005 8），而處理 25℃與 35℃差異（P=0.106 7＞0.05）不顯著。這說明隨著溫度的升高，EM菌對污水的去除率不斷增加，其中25℃與35℃下的去除率比 10℃下的去除率（39.23%）分別提高了35.18%、26.37%。這是由于隨著溫度的升高，微生物的繁殖速度加快、活性增強(qiáng)，從而提高了有機(jī)物分解能力。

圖10 溫度對EM菌處理污水中CODMn的影響

2.4.2 對污水中氮素的影響 從圖11可以看出，溫度不會影響TN的去除（P=0.050 8），但隨著溫度的升高TN的去除率還是有所增加，影響不明顯。但對銨氮的去除，溫度的影響很大（P=0.011 0＜0.05），呈顯著水平，特別是在10℃時，去除率只有56.18%，甚至低于不加EM菌的對照（61.32%），這說明硝化菌對低溫敏感[8]，在冬季，硝化菌對NH4+-N的凈化效果不是很明顯。

2.4.3 對污水中磷的影響 如圖12所示，從TP在不同溫度下去除率的比較可知，其差異達(dá)顯著水平（P=0.035 5＜0.05）。隨著溫度的升高，EM對TP的去除率不斷增加，從25℃的不顯著（P=0.070 4）降低到了35℃的顯著（P=0.015 6）。這說明聚磷菌＞25℃時的活性最強(qiáng)，也就是說EM去除TP的最佳溫度為＞25℃。

圖11 溫度對EM菌處理污水中N的影響

圖12 溫度對EM菌處理污水中TP的影響

3 討論與結(jié)論

EM雖然能顯著提高污水CODMn和氮、磷的去除率，但目標(biāo)污染物不同，EM的最適加入量也不同。在處理污水時，應(yīng)根據(jù)處理要求，選擇適宜的EM接種量。去除CODMn和脫氮除磷所需要的接種量有很大差別。去除CODMn所需要的接種量較?。ā?/1 000），而脫氮除磷所需要的接種量較大（≥8/1 000）。

由于EM菌是混合菌群，其中既有適于酸性環(huán)境生長的酵母菌等真菌，也有適于堿性條件生長的放線菌等，因此pH值必然會對EM菌的污水處理效果產(chǎn)生影響。試驗結(jié)果表明，目標(biāo)污染物不同，適合EM菌處理的污水pH值也不一樣，尤其是脫氮除磷對酸堿環(huán)境有很大要求，酸性環(huán)境能抑制其處理效果，以中性偏堿條件最佳，而對于CODMn的去除，EM菌的選擇范圍較廣。

曝氣時間的長短表現(xiàn)為水環(huán)境中溶解氧（DO）是否充足。EM菌中既有好氧性細(xì)菌，又有厭氧性細(xì)菌，因此DO必然會影響污水中有機(jī)物和氮磷的去除。有機(jī)物的降解和硝化作用需要好氧環(huán)境，因此在去除CODMn和NH4+-N時有必要曝氣以提供足夠的DO，但反硝化作用需要在厭氧環(huán)境下進(jìn)行。因此，要使污水的凈化效果提高，就必需提供一個好氧-厭氧的水環(huán)境，而高等水生植物可以提供這樣一個好氧-厭氧的微環(huán)境。植物是否可以促進(jìn)EM菌的脫氮除磷，還有待后續(xù)試驗進(jìn)一步研究。

溫度對微生物的活性起著十分重要的作用[9-11]。根據(jù)微生物的最適溫度不同，微生物可以分為中溫菌、高溫菌和低溫菌，而自然界的大多數(shù)微生物都為中溫菌，EM菌中的微生物也如此。而且本階段試驗也表明：EM在≥25℃下對COD和氮磷的凈化效果最好。

[1]曹國良.利用EM技術(shù)處理味精廢水 [J].江西化工，2005，（1）：117-119.

[2]熊小京，李 博，林光輝，等.包埋固定化EM菌的氨氮去除特性研究[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2011，19（2）：39-44.

[3]劉英霞，常顯波，楊啟霞.EM菌對養(yǎng)蝦池水質(zhì)的作用效果[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，（13）：6891-6892.

[4]顧夏聲，李獻(xiàn)文，俞毓馨.水處理微生物學(xué)（第四版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[5]唐德仁，付杰榮，鄒水洋，等.EM技術(shù)在糖廠廢水處理中的應(yīng)用及評估[J].甘蔗糖業(yè)，2001，（2）：42-46.

[6]Abdul K，Abbasia M.K，Tahir H.Effects of integrated use of organic and inorganic nutrient sources with effective microorganisms（EM）on seed cotton yield in Pakistan[J].Bioresource Technology，2006，97（8）：967-972.

[7]邵 青.EM時生活污水中常見污染物的去除效果 [J].中國給水排水，2001，17（3）：74-76.

[8]王家玲.環(huán)境微生物學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2003.

[9]王燕飛.水污染控制技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[10]Ellen V D，Wouter J V D B.Impact of submerged macrophytes including charophytes on phyto-and zooplankton communities：allelopathy versus othermechanisms [J].Aquatic Botany，2002，72（3-4）：261-274.

[11]吳婉娥，葛紅光，張克峰，等.廢水生物處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.