微生物净化技术在城市河道黑臭水治理中的效能运用

2022-10-18连燕

水利科技与经济 2022年10期

连燕

(四会市宏禹水利水电勘测设计有限公司，广东四会 526200)

1 概述

由于工业的快速发展和城镇居民生活水平的不断提高，我国城市工业化水平迅速发展，城市水资源的消耗和污染也比较严重[1-3]。城市河道黑臭水问题，不仅严重影响居民生活环境质量、降低城市市容评价，还会影响居民用水安全、危害水生态环境安全[4-9]。因此，如何高效、环保治理城市河道黑臭水问题，对于我国城市发展和环境保护都具有重要意义。

针对我国城市河道黑臭水治理问题，学者展开了大量的相关研究。肖合顺等[10]基于大量文献调研和现场试验，指出水动力提升技术在黑臭水体治理领域中的应用现状及应用前景。林佩斌等[11]依托于深圳沙湾河黑臭水体治理工程，通过采用RPIR污水处理技术，实现了区域黑臭河问题的快速治理，并指出该工艺具有成本低、见效快、效果好等突出优势。司晓光等[12]基于室内试验深入研究了藻基EM菌剂在城市黑臭水体治理中的应用效果，发现该技术能够有效去除黑臭水污染物，处理后COD去除率为62.4%, TP去除率为53.8%。

综上所述，现有关于城市黑臭水治理的研究多是从换水或化学试剂治理技术角度开展，不仅成本高，且对环境影响大。本文室内培育了光合菌和硝化菌群，并利用不同配比的光合菌/硝化菌复合生物剂对黑臭水试样开展了污染物去除试验，以期能有效解决城市黑臭水问题，同时有效保护水生态环境。

2 试验设计

2.1 材料制备

本次试验研究所取黑臭水试样来自我国南方某发达城市市政河道，受工业生产及居民生活影响，河道内河水出现富营养化问题，河道水污染情况严重。在河道某处取黑臭水样，取样深度为水面下20 cm处，共取样50组。经室内试验测得，污水试样呈弱酸性，平均pH值为6.7。本次研究制备了一种光合菌/硝化菌复合生物剂，首先室内培养光合菌和硝化菌群，然后制备不同浓度配比的光合菌/硝化菌复合生物剂，其配比为4种不同浓度(1、2、3和4 ml/100 ml)的光合菌和4种不同浓度(1、2、3和4 ml/100 ml)的硝化菌相互正交，得到16种不同配比的光合菌/硝化菌复合生物剂。

2.2 试验设计与试验方法

室内展开光合菌/硝化菌复合生物剂处理城市河道黑臭水性能试验，主要包括化学需氧量(COD)值测定试验、氮元素去除(NH3-N)测定实验以及污水pH值影响分析试验。先测定黑臭水中COD和NH3-N的浓度，再将不同浓度配比光合菌/硝化菌复合生物剂投入黑臭水中，经过持续7 d的试验后，再次测定黑臭水中污染物COD和NH3-N的浓度。

3 试验结果分析

3.1 NH3-N浓度变化分析

图1为不同菌剂浓度条件下，城市河道黑臭水体中NH3-N的变化关系。由图1可知，光合菌和硝化菌的浓度对黑臭水体中NH3-N的去除效率均具有明显的影响。可以观察到，在不同硝化菌浓度条件下，随着光合菌浓度的逐渐增大，黑臭水体试样中NH3-N的去除效率均呈现出逐渐增大的变化趋势。可以明显看出，当硝化菌浓度较低时(浓度为1或2 ml/100 ml)，NH3-N的去除效率随光合菌浓度增长而呈现出大幅度的增长。当光合菌浓度为1 ml/100 ml，光合菌/硝化菌复合生物剂黑臭水中NH3-N的去除效率仅达到25.14%；而当光合菌浓度达到4 ml/100 ml时，黑臭水中NH3-N的去除效率仅达到49.25%，污染物去除效能增长率达到95.90%，增长效果明显。此外，当光合菌/硝化菌复合生物剂中光合菌和硝化菌浓度分别为4 ml/100 ml和2 ml/100 ml时，光合菌/硝化菌复合生物剂对黑臭水中NH3-N的去除效果最佳，该复合生物剂的最大NH3-N去除率为54.32%，具有十分优越的黑臭水NH3-N污染物去除能力。

图1 不同菌剂浓度下黑臭水体NH3-N去除效率

进一步分析光合菌/硝化菌复合生物剂中，硝化菌浓度对黑臭水体中NH3-N去除率的影响。由图1可知，当光合菌浓度保持不变时，黑臭水体中NH3-N的去除率与硝化菌浓度不是简单的递增关系或递减关系。对数据展开深入分析可以发现，当光合菌浓度较低时(浓度为1或2 ml/100 ml)，随着硝化菌浓度的增加，黑臭水中NH3-N的去除率也逐渐增大；但当光合菌浓度较高时(浓度为3或4 ml/100 ml)，随着硝化菌浓度的增加，黑臭水中NH3-N的去除率呈现先增大后减小的变化趋势，且当硝化菌浓度为2 ml/100 ml时,复合生物剂对黑臭水体中的NH3-N的去除效果相对较好。综上可知，光合菌/硝化菌复合生物剂对黑臭水体中NH3-N去除效果的影响比较复杂，且当光合菌和硝化菌浓度分别为4 ml/100 ml和2 ml/100 ml时，光合菌/硝化菌复合生物剂对黑臭水中NH3-N的去除效果最佳。

3.2 COD浓度变化分析

表1为不同菌剂浓度条件下，城市河道黑臭水体中COD去除率随光合菌、硝化菌浓度的变化关系。由表1可知，光合菌和硝化菌的浓度对黑臭水体中COD去除效率的影响显著。可以看到，当硝化菌的浓度较低时(浓度为1或2 ml/100 ml)，随着光合菌浓度的逐渐增大，黑臭水体试样中COD的去除效率呈现出逐渐增大的变化趋势；而当硝化菌的浓度较高时(浓度为3或4 ml/100 ml)，随着光合菌浓度的逐渐增大，黑臭水体试样中COD的去除效率呈现出先增大后减小的变化趋势。同样，当光合菌的浓度较低时(浓度为1、2或3 ml/100 ml)，随着硝化菌浓度的逐渐增大，黑臭水体试样中COD的去除效率呈现出逐渐增大的变化趋势；而当光合菌的浓度较高时(浓度为4 ml/100 ml)，随着硝化菌浓度的逐渐增大，黑臭水体试样中COD的去除效率呈现出先增大后减小的变化趋势。当光合菌/硝化菌复合生物剂中光合菌和硝化菌浓度分别均为3 ml/100 ml时，光合菌/硝化菌复合生物剂对黑臭水中NH3-N的去除效果最佳，该复合生物剂的最大NH3-N去除率为83.45%，对黑臭水COD污染物去除效果非常明显。

表1 不同菌剂浓度下黑臭水体COD去除效率 /%

综上所述，光合菌/硝化菌复合生物剂对黑臭水中NH3-N和COD污染物的去除效果非常明显。由于复合生物剂对水环境的污染影响很小，因此，光合菌/硝化菌复合生物剂在城市黑臭水治理中具有非常良好的应用前景。此外，光合菌/硝化菌复合生物剂中光合菌和硝化菌的浓度对其污染物去除效率也具有非常明显的影响。结合上述试验结果进行对比分析发现，当光合菌/硝化菌复合生物剂中光合菌和硝化菌浓度分别为4 ml/100 ml和2 ml/100 ml时，复合生物剂对黑臭水中污染物的综合去除效果最佳，此时黑臭水中NH3-N污染物的去除效率达到54.32%，COD污染物的去除效率达到79.55%。

3.3 pH值影响分析

图2为不同pH值下黑臭水体污染物去除效率。此时，所使用的光合菌/硝化菌复合生物剂的浓度为4 ml/100 ml的光合菌和2 ml/100 ml的硝化菌。由图2可知，在原水样中(pH=6.7)，使用浓度为4 ml/100 ml光合菌和2 ml/100 ml硝化菌的光合菌/硝化菌复合生物剂，最终黑臭水中NH3-N污染物的去除效率为54.32%，COD污染物的去除效率为79.55%。而当通过室内采用一定试验手段将黑臭水pH值调节到7.5，此时即加入同样浓度的光合菌/硝化菌复合生物剂，则黑臭水NH3-N和COD污染物的去除效率产生了一定幅度的提高。当黑臭水pH值为7.5时，NH3-N污染物的去除效率为60.11%，COD污染物的去除效率为85.34%，相对原水样分别提高10.66%和7.28%。这表明，在维持水环境弱碱条件下，光合菌/硝化菌复合生物剂的污染物去除能力要较弱酸性环境下强。