農(nóng)村黑臭河道水體治理的生物修復(fù)技術(shù)研究

文章編號：1674-6139（2025）05-0092-05

中圖分類號：X52文獻標(biāo)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(nóng)村城市化加速，生活、工業(yè)及農(nóng)業(yè)污水排放激增，且因為農(nóng)村區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展相對滯后，河道管理缺乏科學(xué)合理的規(guī)劃，對河道內(nèi)污染物排放缺乏有效控制，導(dǎo)致農(nóng)村河道污染嚴(yán)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(zhì)量[1]。在目前環(huán)境污染日益嚴(yán)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(guān)鍵。國家對農(nóng)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(nóng)村區(qū)域河道沒有實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃，缺乏對河道水質(zhì)科學(xué)合理的管理，資金短缺等問題，導(dǎo)致河道中污染物過多，使水體發(fā)黑發(fā)臭[2]。目前國內(nèi)對黑臭河道水體治理主要采用清淤、控源截污等技術(shù)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(fù)技術(shù)在農(nóng)村區(qū)域黑臭河道水體治理中的應(yīng)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(fù)技術(shù)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(zhì)進行降解與轉(zhuǎn)化來改善水質(zhì)。該技術(shù)具有操作簡單、成本較低等特點，且對水質(zhì)改善效果明顯。

1農(nóng)村區(qū)域黑臭河道水體概況

據(jù)不完全統(tǒng)計，全國黑臭河道面積約333萬公頃，農(nóng)村區(qū)域占比高，水質(zhì)富營養(yǎng)化嚴(yán)重。當(dāng)前治理措施效果有限，農(nóng)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(nóng)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(fù)技術(shù)提升水質(zhì)[4]。中國很多農(nóng)村區(qū)域經(jīng)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(nóng)村區(qū)域普遍存在的現(xiàn)象。由于農(nóng)村區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后、村民環(huán)保意識淡薄等因素，導(dǎo)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(nóng)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(nèi)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(jīng)濟水平較低，缺乏專業(yè)的污水處理設(shè)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(nóng)田土壤但后經(jīng)城市污水處理廠適應(yīng)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(yīng)污水環(huán)境中的復(fù)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(jīng)過了濃縮和純化處理[7]

在微生物修復(fù)技術(shù)中需要根據(jù)水質(zhì)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(jīng)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(zhì)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(fù)技術(shù)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(guān)系；注意培養(yǎng)基對水質(zhì)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(fù)過程中還需要注意不要使用已經(jīng)死亡或變質(zhì)的微生物;在進行實驗時應(yīng)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(zhǔn)備：實驗所需設(shè)備包括水質(zhì)采樣器、水質(zhì)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(fù)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(guān)鍵營養(yǎng)鹽指標(biāo)，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(xué)需氧量（COD）則利用連華COD測定儀進行準(zhǔn)確分析。此外，有機質(zhì)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(shè)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(jié)果分析

3.1生物菌劑種類和投加量對水體修復(fù)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(fù)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(chǎn)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(chǎn)生原因為菌劑A自身攜帶了大量的堿性物質(zhì)，且繁殖速度快，適應(yīng)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(xué)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(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實際水體情況調(diào)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(yīng)。對比兩種菌劑不同投加量對TN的去除效果，實驗結(jié)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(nèi)初始的TN處于較高水平，判斷此時數(shù)值升高產(chǎn)生原因為裝配實驗裝置時對底泥的攪動，導(dǎo)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(jù)，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(jié)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(chǎn)生原因為自身攜帶的氮類有機物，增加了水體的負(fù)擔(dān)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(dāng)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(yīng)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(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)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(zhì)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(zhì)得到有效去除。

3.2曝氣聯(lián)合微生物菌劑對水體修復(fù)效果的影響

在農(nóng)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(fù)合制劑，具有較強的環(huán)境適應(yīng)性，對水質(zhì)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(zhì)的關(guān)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(chǔ)上，微生物菌劑的添加方式選擇混合投入法，添加量設(shè)定為 35g ，此次試驗運行30天，定期對各項指標(biāo)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(biāo)包含水體DO值和TP的動態(tài)變化，試驗結(jié)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(zhì)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?fàn)顟B(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(jié)束時已經(jīng)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(chǎn)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(yīng)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(chǎn)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(shè)計的生物修復(fù)技術(shù)具有較好的河道修復(fù)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(jù)顯示，添加了生物菌劑的試驗組由于自身部分凝聚基質(zhì)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(yīng)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(chǎn)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(jié)束語

農(nóng)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(nóng)村區(qū)域黑臭河道水體進行采樣，利用生物修復(fù)技術(shù)實現(xiàn)對樣本水質(zhì)的改善，能夠有效緩解水體污染，減少農(nóng)村區(qū)域黑臭水體的出現(xiàn)。生物修復(fù)技術(shù)具有操作簡單、成本較低等特點，在農(nóng)村區(qū)域黑臭河道水體治理中具有良好的應(yīng)用前景。通過對生物修復(fù)技術(shù)在農(nóng)村區(qū)域黑臭河道水體治理中的應(yīng)用方法分析可知，利用生物修復(fù)技術(shù)治理黑臭河道水體，可以提升水質(zhì)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(fù)技術(shù)治理農(nóng)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(chǎn)生，為促進農(nóng)村區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、維護農(nóng)村居民身體健康提供有利保障。

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