微納米曝氣聯(lián)合微生物促生劑處理黑臭水體的試驗研究

摘要：試驗以梅州市典型黑臭水體采集的水樣為處理對象，研究微納米曝氣聯(lián)合微生物促生劑處理黑臭水體的效果。試驗設(shè)置3種處理方案，持續(xù)27 d。A組無曝氣，僅投加微生物促生劑；B組采用普通曝氣，聯(lián)合投加微生物促生劑；C組采用微納米曝氣，聯(lián)合投加微生物促生劑。試驗期間，C組溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）濃度提升至6.2 mg/L，化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，CODCr）去除率為73.22%，總氮（Total Nitrogen，TN）去除率為93.44%，氨氮（NH3-N）去除率為96.11%，總磷（Total Phosphorus，TP）去除率為85.35%；C組最佳進氣量為0.5 L/min，最佳處理溫度為25 ℃。結(jié)果表明，微納米曝氣聯(lián)合微生物促生劑的方案在提升水體復(fù)氧能力和污染物去除效果方面具有顯著優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：黑臭水體；處理；微納米曝氣；微生物促生劑

中圖分類號：X52 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）08-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.077

Experimental study on the treatment of black and odorous water Bodies by micro nano aeration combined with microbial growth promoters

YANG Yanfeng

（Meizhou Qianchuan Environmental Engineering Co.， Ltd.， Meizhou 514431， China）

Abstract： The experiment takes water samples collected from typical black and odorous water bodies in Meizhou city as the treatment object， and studies the effect of micro nano aeration combined with microbial growth promoters on the treatment of black and odorous water bodies. Three treatment plans are set up for the experiment， lasting for 27 d. Group A has no aeration and only microbial growth promoters are added; group B uses ordinary aeration combined with the addition of microbial growth promoters; group C adopts micro nano aeration combined with the addition of microbial growth promoters. During the experiment， the dissolved oxygen （DO） concentration in group C increases to 6.2 mg/L， the chemical oxygen demand （CODCr） removal rate is 73.22%， the total nitrogen （TN） removal rate is 93.44%， the ammonia nitrogen （NH3-N） removal rate is 96.11%， and the total phosphorus （TP） removal rate is 85.35%; the optimal intake volume for group C is"0.5 L/min， and the optimal treatment temperature is 25 ℃. The results indicate that the combination of micro nano aeration and microbial growth promoters has significant advantages in enhancing water reoxygenation capacity and pollutant removal efficiency.

Keywords： black and odorous water bodies; treatment; micro nano aeration; microbial growth promoters

近年來，隨著工業(yè)化和城市化進程的加快，黑臭水體問題在全球范圍內(nèi)日益突出[1]。傳統(tǒng)黑臭水體處理方法主要有物理法[2]、化學(xué)法和生物法[3]，各有優(yōu)缺點，但單一處理技術(shù)往往難以實現(xiàn)對復(fù)雜污染物的高效去除[4]。微納米曝氣技術(shù)利用微納米級氣泡高比表面積和高氣體傳質(zhì)效率，能夠顯著提高水體的溶解氧（dissolved oxygen，DO）濃度，促進好氧微生物的生長和代謝，有效降解水體中的有機污染物。微生物促生劑則通過添加有益微生物及其代謝產(chǎn)物，進一步增強微生物群落的活性和數(shù)量，加速污染物的分解和轉(zhuǎn)化[5]。將微納米曝氣和微生物促生劑結(jié)合，可實現(xiàn)協(xié)同增效，提高處理效率和效果穩(wěn)定性。試驗選取梅州市典型黑臭水體的水樣作為處理對象，系統(tǒng)考察微納米曝氣聯(lián)合微生物促生劑處理黑臭水體的效果。

1 試驗部分

1.1 試驗材料與設(shè)備

試驗水樣采集于梅州市典型黑臭水體，該水體具有明顯的黑臭特征，pH為7.2，DO濃度為0.5 mg/L，化學(xué)需氧量（chemical oxygen demand，CODCr）為200 mg/L，總氮（total nitrogen，TN）濃度為35 mg/L，氨氮（NH3-N）濃度為25 mg/L，總磷（total phosphorus，TP）濃度為3.0 mg/L。采用自配的微生物促生劑，主要成分為好氧菌、厭氧菌及其代謝產(chǎn)物。普通曝氣裝置為電磁式空氣泵，微納米曝氣裝置為微納米曝氣機，黑臭水體處理裝置為自制的有機塑料水槽（容積為56 L）。

1.2 試驗方法

在試驗裝置中加入一定量的黑臭水體，每升水樣添加0.1 mL微生物促生劑，均勻混合。采用曝氣裝置，在固定時間曝氣2 d，曝氣頭置于底泥上方5 cm，設(shè)置一定的曝氣強度。試驗期間，水溫保持在設(shè)定溫度，試驗持續(xù)27 d。每隔3 d檢測DO、CODCr、TN、NH3-N、TP和pH等水質(zhì)指標(biāo)。試驗設(shè)置3種處理方案，通過對比分析微納米曝氣聯(lián)合微生物促生劑處理黑臭水體的效果。A組無曝氣，僅投加微生物促生劑；B組采用普通曝氣，聯(lián)合投加微生物促生劑；C組采用微納米曝氣，聯(lián)合投加微生物促生劑。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同曝氣方案聯(lián)合微生物促生劑處理黑臭水體的效果

試驗設(shè)計3種處理方案（A組、B組和C組），考察第3天、第6天、第9天、第12天、第15天、第18天、第21天、第24天和第27天不同曝氣方案聯(lián)合微生物促生劑處理黑臭水體的效果。結(jié)果顯示，C組為黑臭水體的最優(yōu)處理方案，在提升DO濃度以及去除CODCr、TN、NH3-N和TP方面表現(xiàn)出最顯著的效果，在各項水質(zhì)指標(biāo)的改善上均優(yōu)于A組和B組。

隨著時間推移，A組水中的DO濃度表現(xiàn)為降低趨勢，B組和C組水中的DO濃度表現(xiàn)為升高趨勢；B組普通曝氣使得DO濃度有所提升，但提高幅度不大；在微納米曝氣作用下，C組的DO濃度顯著提升，試驗結(jié)束時DO濃度提高至6.2 mg/L，表明微納米曝氣在提升水體復(fù)氧能力方面具有顯著優(yōu)勢。隨著時間推移，A組、B組和C組水中CODCr濃度整體上均表現(xiàn)為降低趨勢；A組無曝氣處理，CODCr去除效果較差，濃度下降不顯著；B組普通曝氣促進部分有機污染物的降解，CODCr濃度下降較快；在微納米曝氣和微生物促生劑的聯(lián)合作用下，C組CODCr濃度顯著降低，去除率達(dá)到73.22%，優(yōu)于B組。因此，微納米曝氣聯(lián)合微生物促生劑能有效提高有機污染物的降解效率。隨著時間推移，A組、B組和C組水中TN濃度均表現(xiàn)為先升高再降低最后趨于穩(wěn)定的趨勢；在曝氣情況下，對比A組，B組和C組TN去除能力增強，試驗結(jié)束時B組和C組TN去除率分別為88.34%、93.44%。微納米曝氣能有效增加水體的DO含量，可生成更多硝態(tài)氮到缺氧區(qū)進行反消化，更好地凈化水質(zhì)。隨著時間推移，A組、B組和C組水中NH3-N濃度均表現(xiàn)為先較小升高然后降低最后穩(wěn)定的趨勢；在曝氣情況下，對比A組，B組和C組NH3-N去除能力增強，試驗結(jié)束時B組和C組TN去除率分別為94.33%、96.11%。微納米曝氣后，水體中氧傳質(zhì)效率提高，硝化反應(yīng)速率加快。隨著時間推移，A組、B組和C組水中，TN濃度整體上均表現(xiàn)為先降低后趨于穩(wěn)定的趨勢；在曝氣情況下，對比A組，B組和C組TP去除能力增強，試驗結(jié)束時B組和C組TP去除率分別為81.22%、85.35%。微納米曝氣可有效提高水體中氧的傳質(zhì)效率，磷的遷移轉(zhuǎn)化能力更強。試驗期間，A組、B組和C組水質(zhì)pH分別穩(wěn)定在7.5、7.9、8.2左右，曝氣能提高微生物生命活動的活躍度，微納米氣泡能提高氣液傳質(zhì)效率，同時曝氣能吹脫水中的CO2。

2.2 單因素變化對微納米曝氣聯(lián)合微生物促生劑處理黑臭水體的影響

2.2.1 進氣量對污染物去除率的影響

采用不同的進氣量（0.0 L/min、0.5 L/min、1.0 L/min、1.5 L/min和2.0 L/min）進行C組試驗，考察進氣量對黑臭水體污染物去除率的影響。數(shù)據(jù)顯示，進氣量為0.5 L/min時，CODCr、TN、NH3-N和TP的去除率均達(dá)到最高，分別為69.22%、92.77%、96.09%和84.21%。過高的進氣量能進一步提升DO濃度，但也可能加劇水體擾動，影響污染物去除效果。

進氣量對CODCr、TN、NH3-N和TP的去除率有顯著影響。當(dāng)進氣量為0.0～0.5 L/min時，CODCr去除率呈顯著上升趨勢，從30%提升至70%。經(jīng)分析，微納米曝氣增加水體的DO濃度，促進微生物的生長和代謝，提高有機質(zhì)的降解速度。然而，當(dāng)進氣量不小于1.0 L/min時，CODCr去除率開始下降并趨于平穩(wěn)，約為65%。原因可能是過高的進氣量導(dǎo)致水體擾動加劇，使得底泥中的污染物再次懸浮于水體中，影響去除效果。當(dāng)進氣量為0.0～0.5 L/min時，TN去除率顯著提高，從40%增加至大于90%的水平，進氣量為0.5 L/min時達(dá)到最大值（92.77%）。隨著進氣量繼續(xù)增加，TN去除率略有下降，但仍保持在85%左右。適宜的進氣量有助于氮素轉(zhuǎn)化和去除，而過高的進氣量可能導(dǎo)致氮污染物的再懸浮。當(dāng)進氣量為0.0～0.5 L/min時，NH3-N去除率迅速上升，從50%提升至96%。當(dāng)進氣量超過0.5 L/min后，NH3-N去除率略有下降，穩(wěn)定在90%左右。適宜的進氣量能夠最大限度地促進氨氮的降解，而過高的進氣量則可能影響微生物的去氨氮活性。當(dāng)進氣量為0.0～0.5 L/min時，TP去除率顯著增加，從30%提升至84%。進氣量不小于1.0 L/min時，TP去除率有所下降，最終穩(wěn)定在約75%。適中的進氣量有利于磷的去除，而過高的進氣量會導(dǎo)致磷污染物的再懸浮，影響去除效果。

2.2.2 溫度對污染物去除率的影響

采用不同的溫度（5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃和40 ℃）進行C組試驗，考察溫度對黑臭水體污染物去除率的影響。數(shù)據(jù)顯示，溫度為20～30 ℃時，各污染物的去除效果最佳，溫度為25～30 ℃時，水體的溶解氧濃度和污染物去除率均達(dá)到最高值。綜合生產(chǎn)成本等因素，確定最佳處理溫度為25 ℃。

溫度對CODCr、TN、NH3-N和TP的去除率有顯著影響。隨著溫度從5 ℃上升到20 ℃，CODCr去除率逐漸增加，從30%提升至70%。溫度的升高促進微生物的生長和代謝，從而提高有機質(zhì)的降解效率。溫度為20～30 ℃時，CODCr去除率保持在最高水平，約為70%。當(dāng)溫度進一步升高到40 ℃時，CODCr去除率略有下降，約為60%。原因可能是過高的溫度抑制部分微生物的活性，導(dǎo)致有機質(zhì)降解效率下降。隨著溫度的升高，TN去除率呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。溫度為5 ℃時，TN去除率較低，約為30%；溫度為20 ℃時，TN去除率顯著提高，達(dá)到約90%；溫度為25～30 ℃時，TN去除率保持在最高水平，達(dá)到95%。當(dāng)溫度升高到40 ℃時，TN去除率有所下降，但仍保持在85%左右。在適宜的溫度范圍內(nèi)，微生物對氮的去除效果最佳，而過高的溫度可能抑制微生物的代謝。溫度為5 ℃時，NH3-N去除率較低，約為40%；溫度為15～30 ℃時，NH3-N去除率迅速增加，并在30 ℃的溫度下達(dá)到最大值，約為95%。當(dāng)溫度進一步升高到40 ℃時，NH3-N去除率有所下降，但仍保持在約85%。適宜的溫度范圍（20～30 ℃）有利于氨氮的降解。隨著溫度的升高，TP去除率逐漸增加。溫度為5 ℃時，TP去除率約為30%；溫度為20 ℃時，TP去除率顯著提高，達(dá)到80%；溫度為25～30 ℃時，TP去除率達(dá)到最高，約為85%。當(dāng)溫度繼續(xù)升高到40 ℃時，TP去除率有所下降，但仍保持在70%。適中的溫度有助于磷的去除，而過高的溫度可能影響微生物的活性。

3 結(jié)論

經(jīng)方案比選，試驗確定微納米曝氣聯(lián)合微生物促生劑（C組）為最佳處理方案。試驗期間，C組水中的DO濃度顯著提升，最終達(dá)到6.2 mg/L，比B組高出約2 mg/L。C組CODCr去除率達(dá)到73.22%，明顯優(yōu)于B組的62%。同時，C組的TN去除率為93.44%，NH3-N去除率為96.11%，TP去除率為85.35%。進氣量為0.5 L/min時，各項污染物去除率均最高。溫度為25 ℃時，污染物去除效果最佳。微納米曝氣顯著提高氧傳質(zhì)效率，增強微生物活性，從而實現(xiàn)對CODCr、TN、NH3-N和TP的高效去除。因此，微納米曝氣聯(lián)合微生物促生劑處理黑臭水體被認(rèn)為是最優(yōu)處理方案，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻

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