水體中氮素降解實驗以及小型污水處理器的模擬構(gòu)建

李艷

人們在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中會排放出大量的污水，污水中含有許多對環(huán)境有害的物質(zhì)，尤其是污水中的氮素會對人體和動植物產(chǎn)生將強烈的副作用，而且污水中的氮素還是水體富營養(yǎng)化的罪魁禍?zhǔn)?，所以去除污水中的氮素對于人類生命健康以及環(huán)境保護是一項重要的任務(wù)。目前污水處理廠主要采用微生物法去除水中的氮素，除氮的微生物主要分為兩種，一種是硝化細(xì)菌，另一種是反硝化細(xì)菌，硝化細(xì)菌可以將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，反硝化細(xì)菌能夠?qū)⑾鯌B(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣排出水體，從而實現(xiàn)污水中氮素的去除。

一、創(chuàng)新實驗?zāi)康?/p>

本實驗選用污水處理廠的脫氮菌種進行除氮，同時在三角瓶中模擬污水處理廠處理氮素的流程，讓學(xué)生通過本實驗了解氮素的生物轉(zhuǎn)化途徑，并大概了解污水處理反應(yīng)器的運行原理，提高學(xué)生對水體中污染物質(zhì)的認(rèn)知程度，強化學(xué)生的環(huán)保意識。

二、實驗儀器及用品

活性污泥，1000mL燒杯，曝氣頭，氣泵，納氏試劑，二苯胺試劑，刷鍋水。

三、實驗裝置圖及說明

實驗裝置如下圖：

四、實驗操作

1.首先在1000mL燒杯中裝入100mL的活性污泥（取自污水處理廠）和800mL刷鍋水。刷鍋水中含有大量的氮素，可以認(rèn)為是含氮廢水。在燒杯中加入一管納氏試劑，這時污水會顯示出棕黃色，這是污水中的氨氮與納氏試劑反應(yīng)的結(jié)果。

2.將曝氣頭連上氣泵，然后放入燒杯中，讓其沉入污水底部。打開氣泵開始曝氣。隨著反應(yīng)的進行，會發(fā)現(xiàn)污水中的黃色變得越來越淡，直到最后消失。這時因為活性污泥中的硝化細(xì)菌利用氮素作為自己生命活動的能源，同時將氨氮轉(zhuǎn)化為了硝態(tài)氮。換言之就是微生物將污水中的氮素吃掉后，排放出另一種氮素進入水體。

3.當(dāng)污水中的黃色完全消退后，將曝氣頭從水中拿出。這時污水進入缺氧狀態(tài)。將二苯胺試劑投入水體中，污水變?yōu)樗{色。這是因為污水中的硝態(tài)氮與二苯胺試劑發(fā)生了反應(yīng)。將污水靜置。

4.隨著時間的推移，會發(fā)現(xiàn)水中藍色變得越來越淺。這是因為水中的反硝化細(xì)菌在缺氧的條件下發(fā)揮了作用，它們將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為了氮氣排出了水體。換言之就是微生物將氮素吃掉后，排出氣體脫離水體并進入空氣中。最后水體中的藍色徹底消失，說明水中的氮素已經(jīng)全部被微生物轉(zhuǎn)化完畢，污水中的氮素在微生物的作用下完成了降解，污水得到了處理。

五、實驗創(chuàng)新點及其意義

本實驗完全模仿了污水處理廠中的序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR）處理污水的整個過程，可以說是一個小型的污水生物處理器。通過本實驗可以讓學(xué)生明白污水中氮素的生物處理方法，對微生物給人類社會作出的貢獻有一個全新的認(rèn)識，是對學(xué)生對微生物知識的初步了解。

我國的環(huán)境破壞日益嚴(yán)重，水體中富營養(yǎng)化的報道越來越多，水體被污染的現(xiàn)象越來越普遍。這必須要求學(xué)生從小就樹立起較強的環(huán)保意識，這樣我國的可持續(xù)發(fā)展才有可能繼續(xù)下去。通過本實驗不僅可以加強學(xué)生的環(huán)保意識，還能讓學(xué)生們初步了解治理水中污染物的方法。通過生物對水體中氮素的去除實驗，讓學(xué)生在實際操作過程中激發(fā)其對環(huán)境保護的興趣，增強學(xué)生的主人翁責(zé)任感。