徐佳佳,邵孝侯,谈俊益,,毛欣宇,朱福新,张小会,任 亮

(1.河海大学水利水电学院,江苏 南京 210098; 2.江苏生久环境工程公司,江苏 东台 224235; 3.水利部综合事业局,北京 100053)

EM(effective microorganisms)是由日本琉球大学比嘉照夫教授经多年潜心研究而开发出的新型微生物活性菌剂,具有组成复杂、结构稳定、功能广泛、不含任何化学有害物质、无毒害作用、不污染环境等作用[1]。EM中各种微生物在其生长过程中通过代谢出抗氧化物质,生成稳定而复杂的生态系统,抑制有害微生物的繁殖生长,激活水中具有净化水功能的原生动物及微生物活性,从而达到净化废水的目的[2-3]。目前,EM主要应用于农业、畜牧业、养殖业、环境净化等方面,而在养殖废水应用方面研究较少。笔者试验研究EM在养殖废水净化处理过程中投加量及曝气量对水中氮、磷及COD去除效果的影响,旨在将该技术应用于沿海开发和美丽村镇建设中的水资源保护工作中。

1 材料与方法

1.1 试验材料

采用葡萄糖为碳源、硫酸铵为氮源、磷酸二氢钾为磷源配置原水,污水的COD、NH3-N和TP的质量浓度按模拟水产养殖废水实测质量浓度的高值确定,分别为100 mg/L、4.0 mg/L及0.4 mg/L。

EM原液来自日本EMRO公司,试验所用EM复壮液采用EM原液4%的接种量,即4 mL EM原液和4g糖蜜混合用去离子水定容至100 mL,密闭5 d后使用。

1.2 试验设计

试验装置采用6个同样尺寸,有效容积为20 L的柱状SBR反应器,用小型曝气泵向反应器中曝气,利用空气流量计控制曝气量。

a. EM投加量对废水净化效果的影响。设定6组不同的投加量于反应器中,1号～6号投加量(V原液/V废水,下同)分别为0、0.5×10-5、1.5×10-5、、2.5×10-5、4.0×10-5、5.0×10-5 [4-5],6个反应器中加入相同体积的自配原水,并由气体流量计计曝气量(0.8 L/min),每天8：00定时取样,检测反应器中养殖废水的COD、NH3-N 、TN、TP的质量浓度,分析EM不同投加量对废水净化效果的影响。

b. 曝气量对EM净化废水效果的影响。在5个反应器中放置同样体积的自配原水,EM复壮液的投加量为1.5×10-5,每天上午8:00—10:30曝气,1号～5号反应器的曝气量依次为0、0.3 L/min、0.5 L/min、0.8 L/min、1.0 L/min,每日8：00定时取样,检测反应器中废水的水质,分析反应器中污染物的降解过程和规律,探讨曝气量对EM净化废水的影响(推广运用时所需曝气量可按气水比进行转换)。

1.3 试验方法

CODMn采用高锰酸钾法测定,TN采用过硫酸钾消解紫外分光光度法测定,NH3-N采用纳氏试剂比色法测定,TP采用钼酸铵分光光度法测定。

2 结果与分析

2.1 不同EM投加量对废水净化效果的影响

2.1.1CODMn

由图1可见,1号、2号反应器中CODMn质量浓度持续8 d保持下降,而后趋于稳定,而3号～6号反应器中CODMn质量浓度均表现为第1—2天短暂上升,而后持续下降,最后趋于稳定。这主要是由于试验初期刚加入大剂量的EM(EM的CODMn质量浓度为20 000 mg/L),导致水中有机物质量浓度骤然增加,使得加入较高浓度EM的处理测出的CODMn质量浓度短暂上升。而1号、2号反应器中CODMn质量浓度有比较明显的降低,主要是由于反应器中水样存放过程中有氧气进入,促进了水中有机物的分解。从曲线斜率看出,6组反应器均表现为第2—3天CODMn单日去除率最大,第8天之后,CODMn质量浓度基本保持不变,这表明EM的投加周期保持在7d较合理。

从图1还可见,不同EM投加量下CODMn达到最大去除率的时间为6—7 d时,1号～6号中CODMn的去除率分别为75.7%、83.7%、84.6%、79.6%、81.0%、81.2%。综合以上分析,投加量为1.5×10-5对CODMn的去除能力最强,因此,以CODMn为主要去除目标时,可选择3号反应器的投加量1.5×10-5为最优投加量。

图1 不同EM投加量下养殖废水中CODMn随时间变化曲线

2.1.2TN和NH3-N

由图2可看出,6组反应器中的TN质量浓度在加入EM后总体呈先小幅度下降、后回升的趋势,试验时段内TN质量浓度变化不大。

图2 不同EM投加量下养殖废水中TN随时间变化曲线

图3 不同EM投加量下养殖废水中NH3-N随时间变化曲线

综合分析不同EM投加量下各形态氮素的变化规律,在以TN质量浓度为主要削减目标时,2号反应器中的0.5×10-5的投加量对TN的削减作用最好,故选其为最优投加量。

2.1.3TP

由图4可见,废水中TP的质量浓度呈现循环降低—升高—降低的情况,这主要是与EM去除水中磷的机理有关,通常除磷是微生物细胞将磷储存起来,EM除磷是通过聚磷菌在厌氧条件下将贮存的聚磷酸盐以PO43--P等形式释放出来,在好氧条件下,再将其从水中脱除[1,7],即废水中加入EM后,聚磷菌在好氧条件下吸收水中的磷,并进行氧化分解反应；一段时间后,水中呈现厌氧条件,聚磷菌则向水中释放磷。如此反复,形成图4中TP随反应时间的变化规律。由此可见,EM投加量的变化对水中TP的去除最终没有较大影响。

图4 不同EM投加量下养殖废水中TP随时间变化曲线

2.2 不同曝气量对废水净化效果的影响

2.2.1CODMn

由图5可见,随着曝气量的增加,废水中CODMn质量浓度逐渐降低,这是因为曝气量的增大,使水中的DO浓度随之增加,促使EM中好氧微生物的活性增强,从而加快了其降解有机物的速率,CODMn的去除速度加快。在反应初期,1号、2号、3号反应器中的CODMn浓度出现一定幅度的增加,其原因也是因为EM本身存在一定量的有机物,而4号、5号反应器中CODMn质量浓度呈现下降趋势,这是由于低曝气量下好氧微生物的活性低于高曝气量下的反应器之故。

图5 不同曝气量下养殖废水中CODMn随时间变化曲线

2.2.2TN和NH3-N

图6 不同曝气量下养殖废水中TN随时间变化曲线

由图7可见,前3 d NH3-N质量浓度随着曝气量的增加而降低,并且5组反应器皆出现NH3-N质量浓度大幅下降的情况,而后又回升,在末期,5组反应器中NH3-N质量浓度基本相同。

图7 不同曝气量下养殖废水中NH3-N随时间变化曲线

综合分析不同曝气量对氮素质量浓度的影响,若以TN质量浓度为主要削减目标,则曝气量为0.5 L/min时,对TN的去除能力最强。

2.2.3TP

由图8可见,曝气较之未曝气,对TP的去除有着更为明显的效果。而随着曝气量的增加,对磷的去除效果没有明显变化。出现这一现象的原因,在磷的去除主要是来自细胞合成所需利用的营养元素,加之原水中TP的浓度偏低,在一定程度上掩盖了TP去除率之间的差异。

图8 不同曝气量下养殖废水中TP变化曲线

3 结 语

此次试验研究了EM不同投加量与不同曝气量对 COD、TN、NH3-N、TP的去除作用,结果表明,模拟的水产养殖废水中的EM最优投加量为0.5×10-5,这时COD和TN、TP的去除率较高,不同EM投加量下COD达到最大去除率的时间为第6—7天。分析了曝气量对上述各水质指标的影响,结果表明曝气量对废水中COD、TN、NH3-N、TP的去除作用有较大的影响,去除TN效果最佳的曝气量为0.5 L/min。试验结果对水产养殖废水的净化处理具有重要的实际指导作用。

需要指出的是，该试验是在反应器中进行的,环境因素可控,EM菌液可以完全与废水混合反应,若实际应用于养殖废水处理时,则必须考虑到水力停留时间等因素的影响。为保证EM菌液可以与养殖废水中污染物有足够的接触反应时间,可以在水中放置生物填料,为微生物附着生长提供场所,增加微生物在水中的停留时间,以提高污染物去除率[8]。

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