復(fù)合微生物菌劑及其附著載體對(duì)黑臭水體試驗(yàn)的研究

嚴(yán)希海，郭芳濤，萬(wàn)麗萍，莊笳盛

(1.濰坊學(xué)院，山東 濰坊 261061；2.濰坊市市政公用事業(yè)服務(wù)中心，山東 濰坊 261061；3.山東尚科環(huán)境工程有限公司，山東 濰坊 261061)

0 引言

黑臭水體是水體污染的一種，其是指在缺氧水體中，厭氧微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生大量有臭氣體，如CH4、H2S 等，逸出水面進(jìn)入大氣，使水體發(fā)臭；同時(shí)，缺氧水體還會(huì)導(dǎo)致水體中Fe、Mn 等重金屬還原，與水中的S2-形成FeS 和MnS 等黑色物質(zhì)，致使水體發(fā)黑[1]。對(duì)于黑臭水體的處理，目前常用的方法有物理法、化學(xué)法和生物法[2-4]。物理法和化學(xué)法不能夠從根本上解決水體黑臭的問(wèn)題。因此隨著環(huán)保要求的提高和生物技術(shù)的不斷發(fā)展，生物法作為一種低投資、高效益、運(yùn)行操作方便的水體污染治理技術(shù)，逐漸地被人們所接受并加以利用[5]。

本試驗(yàn)提出了一種復(fù)合微生物菌劑附著在附著載體下對(duì)黑臭水體進(jìn)行處理的一種方法，通過(guò)該附著載體對(duì)復(fù)合微生物菌劑的良好附著，使微生物具有更好的活性。在微生物菌劑配比合理的條件下，通過(guò)各種微生物之間的協(xié)同作用，對(duì)污水中的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物進(jìn)行消化吸收或轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到污水處理的目的。

1 試驗(yàn)部分

1.1 復(fù)合微生物菌劑

本次試驗(yàn)所用的復(fù)合微生物菌劑由某水環(huán)境公司提供，且經(jīng)過(guò)臨床毒性檢驗(yàn)，無(wú)毒物副作用存在。復(fù)合微生物菌劑的菌種組成主要包括丙酮丁醇梭菌、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、嗜酸乳桿菌、甲烷八疊球菌、鬢毛甲烷菌、沼澤紅假單胞菌、產(chǎn)黃纖維單胞菌、嗜熱鏈球菌、糞產(chǎn)堿桿菌、解淀粉芽孢桿菌、亞硝化單胞菌、東方伊薩酵母、公牛鏈霉菌等，經(jīng)過(guò)初步試驗(yàn)工藝處理，將準(zhǔn)備好的菌劑均勻的撒到帶狀的附著載體中。

1.2 附著載體的制備

將珍珠進(jìn)行物理處理后獲得粗珍珠粉，然后將粗珍珠粉與水按重量1∶50 的比例混合，經(jīng)過(guò)高壓粉碎，得到粒徑為50～100 nm 的珍珠粉的水分散液，加入為珍珠粉重量1%～5%的可得然膠，和為珍珠粉重量1%～10% 的乳化劑(蔗糖脂肪酸酯或大豆磷脂)，干燥處理后，得到納米珍珠粉復(fù)合物；將得到的納米珍珠粉復(fù)合物與丙烯酸接枝聚丙烯按重量1∶1 的比例在常溫下混合均勻后，再加入上述混合物0.5 倍重量份的對(duì)位聚苯酚粉末及加工助劑(潤(rùn)滑劑和/或抗氧劑；潤(rùn)滑劑為硬脂酸鈣、乙撐雙硬脂酰胺(EBS)、油酸酰胺；抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1076 或抗氧劑168)，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)在溫度為240～280 ℃下造粒，得到母粒；得到的母粒進(jìn)行高速?gòu)?fù)合紡絲，紡絲的熔體溫度控制在520～550 ℃之間，卷繞速度控制在500～3 500 m/min，熱定型溫度為110～140 ℃，牽引倍數(shù)控制在3～6 倍之間；將紡絲紡織成表面積為1.5 m2/m的條帶，得到附著載體。

1.3 試驗(yàn)水質(zhì)

試驗(yàn)水樣取自山東省濰坊市某上游有生活區(qū)和化工廠區(qū)的污水排放河道，水體發(fā)黑，有臭味，測(cè)定水質(zhì)的主要參數(shù)如表1 所示。

1.4 水質(zhì)測(cè)定方法

主要分析項(xiàng)目及分析方法下：pH，PHSJ-5T 型pH計(jì)；溶解氧(DO，mg/L)，JPSJ-606T 型溶解氧測(cè)定儀；COD 采用重鉻酸鹽法測(cè)定，并標(biāo)記為CODCr；TN，mg/L，堿性過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法；NH4-N，ml/L，納氏試劑分光光度法；TP，mg/L，過(guò)硫酸鉀氧化-鉬銻抗分光光度法。

1.5 試驗(yàn)方法

常溫條件下，將以下重量份的各組分菌粉充分混合，每份分別投入不同微生物菌劑并依附在附著載體上，分別編號(hào)為 1#、2#、3#。1#中將以下重量份的各組分菌粉充分混合，丙酮丁醇梭菌8 份、地衣芽孢桿菌16 份、枯草芽孢桿菌16 份、嗜酸乳桿菌7 份、甲烷八疊球菌5 份、鬃毛甲烷菌5 份、沼澤紅假單胞菌6 份、產(chǎn)黃纖維單胞菌4 份、嗜熱鏈球菌10 份、糞產(chǎn)堿桿菌8 份、解淀粉芽孢桿菌5 份、亞硝化單胞菌2 份、東方伊薩酵母1 份和公牛鏈霉菌3 份；2#中將以下重量份的各組分菌粉充分混合，丙酮丁醇梭菌10 份、地衣芽孢桿菌12 份、枯草芽孢桿菌20 份、嗜酸乳桿菌5 份、甲烷八疊球菌7 份、鬃毛甲烷菌3 份、沼澤紅假單胞菌8 份、產(chǎn)黃纖維單胞菌6 份、嗜熱鏈球菌8 份、糞產(chǎn)堿桿菌10 份、解淀粉芽孢桿菌3 份、亞硝化單胞菌4 份、東方伊薩酵母3 份和公牛鏈霉菌5 份；3# 中將以下重量份的各組分菌粉充分混合，丙酮丁醇梭菌9份、地衣芽孢桿菌14 份、枯草芽孢桿菌18 份、嗜酸乳桿菌6 份、甲烷八疊球菌6 份、鬃毛甲烷菌4 份、沼澤紅假單胞菌7 份、產(chǎn)黃纖維單胞菌5 份、嗜熱鏈球菌9 份、糞產(chǎn)堿桿菌9 份、解淀粉芽孢桿菌4 份、亞硝化單胞菌3 份、東方伊薩酵母2 份和公牛鏈霉菌4 份，菌劑中每克含活性菌均超過(guò)5 千萬(wàn)以上。每隔10 d取樣一次，連續(xù)監(jiān)測(cè)60 d 分別測(cè)定水質(zhì)指標(biāo)。

1.6 治理工藝介紹

選擇上游有生活區(qū)和化工廠區(qū)的三處污水排放河道，在河道上游先設(shè)置濾網(wǎng)對(duì)污水進(jìn)行過(guò)濾，然后在濾網(wǎng)后的河道中每隔100 m 設(shè)置一個(gè)處理點(diǎn)，共設(shè)置10 個(gè)處理點(diǎn)，每個(gè)處理點(diǎn)設(shè)置有橫貫整個(gè)河道的網(wǎng)，網(wǎng)寬10 m，在三處污水排放河道分別填充編號(hào)1#、2#、3# 的復(fù)合微生物菌劑及附著載體，附著載體填充的相對(duì)密實(shí)(每立方米有效容積中有8～15 m 附著載體)，復(fù)合微生物菌劑的使用量根據(jù)污水的污染程度酌情增減。

2 結(jié)果和討論

2.1 COD 去除效果分析

試驗(yàn)初期，可能是由于投加微生物菌劑相當(dāng)于向水體中投加有機(jī)物，導(dǎo)致各組別的COD 的變化不明顯。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，COD 濃度開(kāi)始明顯下降，說(shuō)明此時(shí)微生物對(duì)有機(jī)物的降解速率大于自身有機(jī)物的合成速率。在30 d 后各試驗(yàn)組的COD 濃度呈明顯下降趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)60 d 的治理后，1#～3#不同添加量的復(fù)合微生物菌劑對(duì)COD 的最高去除率分別為61.3%、63.5%和68.1%。其中3#中微生物菌劑對(duì)COD 的去除能力最強(qiáng)，可使COD 濃度由1 992 mg/L 降至637 mg/L。說(shuō)明通過(guò)對(duì)復(fù)合微生物菌劑的合理配比，可能會(huì)增強(qiáng)其對(duì)黑臭水體去除COD 的能力。

2.2 氨氮去除效果分析

0～60 d 內(nèi)各試驗(yàn)組的氨氮濃度曲線均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明各組復(fù)合微生物菌劑對(duì)氨氮均具備良好的去除作用。其中1#對(duì)氨氮的去除率最高，達(dá)到82.4%，氨氮濃度由215 mg/L 降至38 mg/L。而3#氨氮的去除率僅低于1#，去除率同樣能夠達(dá)到82.0%。2#氨氮的去除率最低，但也能夠達(dá)到79.1%。說(shuō)明復(fù)合微生物菌劑及其附著載體對(duì)黑臭水體氨氮的去除起著良好的作用。值得注意的是，通過(guò)合理的對(duì)微生物菌劑進(jìn)行配比，其對(duì)氨氮的去除效果會(huì)更好。

2.3 TP 去除效果分析

三種不同配比的復(fù)合微生物菌劑及其附著載體對(duì)TP 去除效果如圖1 所示，0～40 d 時(shí)，各試驗(yàn)組的TP 濃度呈明顯的下降趨勢(shì)。在40 d 后，各試驗(yàn)組的TP 濃度下降趨減弱，經(jīng)過(guò)60 d 后各組TP 的去除率由高到低排序依次為2#>3#>1#，去除率分別為67.7%、66.7%、64.2%。2# 菌劑的TP 去除率高于其他兩組，TP 濃度由6.5 mg/L 降至2.1 mg/L?？偟膩?lái)看，由于復(fù)合微生物菌劑的不同配比，對(duì)黑臭水體中TP 的去除效率會(huì)有所不同，但TP 的最終去除效果相差不大，表明當(dāng)TP 濃度降至一定程度，生物法對(duì)其影響可能減弱，這也說(shuō)明，在污水凈化過(guò)程中，微生物菌劑可能受多方面參數(shù)的限制并且隨著條件的變化而變化。

圖1 各排放河道NH3-N 濃度變化

2.4 溶解氧濃度分析

水體中消耗DO 的方式主要是物理消耗、化學(xué)消耗及生物消耗，正常情況下在物理消耗時(shí)的速度很慢，因而水體中的DO 中主要是受有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的化學(xué)消耗與水體中生物為維持生命活動(dòng)的生物消耗。如圖2 所示，試驗(yàn)初期，該黑臭水體中幾乎不含DO,其原因可能是由于水體中含有較多的有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物能夠與水中的DO 發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致水體中DO 的含量較少。隨著復(fù)合微生物菌劑的添加，水中的DO 逐漸呈上升趨勢(shì)并趨于穩(wěn)定。在經(jīng)過(guò)60 d 后，各試驗(yàn)組水體中的DO 濃度均大于2 mg/L。說(shuō)明隨著微生物菌劑的添加，微生物菌劑吸附并分解有機(jī)物，此時(shí)，氣相與水體平衡速率大于污染物反應(yīng)速率［6］，DO值升高，水體溶解氧得到恢復(fù)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本試驗(yàn)表明，復(fù)合微生物菌劑與載體相結(jié)合的方式對(duì)于處理黑臭水有著良好的凈化改善效果[6]。本試驗(yàn)中所用的帶狀載體透氣性強(qiáng)，能夠提供微生物生長(zhǎng)所需的氧氣等，還能將微生物代謝產(chǎn)生的氣體有效的排放出去，從而避免了這些代謝產(chǎn)物對(duì)微生物生長(zhǎng)帶來(lái)的不利影響。其制作的原材料珍珠內(nèi)含有十余種氨基酸和多種微量元素，能給附著的菌體提供初始的營(yíng)養(yǎng)，讓菌體迅速繁育起來(lái)，更好地進(jìn)行污水處理。本試驗(yàn)所用的復(fù)合菌劑中含有好氧微生物和厭氧微生物，并且微生物種類繁多，能夠降解或轉(zhuǎn)化各種有機(jī)物、無(wú)機(jī)物，并且能夠適應(yīng)與污水程度較高的無(wú)氧環(huán)境和污水程度較低的有氧環(huán)境的菌體的生長(zhǎng)，所以能夠處理不同程度的污水。在菌種配制合理的前提下，該復(fù)合微生物菌劑附著到載體上進(jìn)行污水處理的效果較好。