微生物強化技術(shù)修復(fù)黑臭水體的效果研究

　　摘要：黑臭水體嚴重影響了城市水資源的開發(fā)利用質(zhì)量，且對于城市生態(tài)環(huán)境和人民身體健康具有較大危害。采用微生物技術(shù)能有效地去除黑臭水體中的污染成分，完成黑臭水體修復(fù)。以薛家漕黑臭水體修復(fù)項目為例，在闡述城市黑臭水體成因及微生物強化技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，就微生物強化技術(shù)在黑臭水體修復(fù)中的具體應(yīng)用過程展開分析，闡述該技術(shù)下的具體修復(fù)效果。研究結(jié)果表明，采用微生物強化技術(shù)，能有效清除黑臭水體的污染成分，達到水體凈化的效果。

　　本文源自科技與創(chuàng)新,2020(22):35-36.《科技與創(chuàng)新》雜志為國家新聞出版署批準(zhǔn)，面向國內(nèi)外公開發(fā)行的“全國綜合性科技學(xué)術(shù)期刊”，由山西省科學(xué)技術(shù)協(xié)會主管、山西科技新聞出版?zhèn)髅郊瘓F主辦，國內(nèi)統(tǒng)一刊號CN14-1369/N，國際標(biāo)準(zhǔn)刊號ISSN 2095-6835。 為了進一步服務(wù)廣大科技工作者，促進創(chuàng)新型科技人才的研究成果轉(zhuǎn)化。經(jīng)國家新聞出版廣電總局批準(zhǔn)(新出審字〔2013〕862號)，原《微計算機信息》雜志自2013年7月正式變更為《科技與創(chuàng)新》雜志，在創(chuàng)辦的過程中得到了中國科協(xié)和山西省新聞出版局的大力支持。

　　1、項目案例

　　薛家漕黑臭水體修復(fù)治理采用微生物強化技術(shù)進行處理。在水體修復(fù)之前，該水體缺氧嚴重，流速交換，在水體初次監(jiān)測中，水中COD、氮、磷含量較高，在水體厭氧生物降解過程中，污水中的硫化氫、胺、氨、硫醇、FeS、MnS含量急劇增加，這使得水體發(fā)黑、水質(zhì)變差，且臭味明顯。對此，項目采用微生物強化技術(shù)對其進行修復(fù)處理，重點檢查水中COD、氮、磷、DO、葉綠素含量的變化情況，監(jiān)測結(jié)果表明，水中污染物成分有效降低，污水凈化效果明顯。

　　2、黑臭水體成因及微生物強化技術(shù)原理

　　2.1城市黑臭水體的成因

　　作為水污染的一種極端現(xiàn)象，黑臭水體對于自然環(huán)境及人體健康均有較大危害，從表現(xiàn)形式來看，水體發(fā)黑、惡臭明顯來源于人們的感官描述，其也是污染水體最直接的表現(xiàn)[1]。從污染成因來看，黑臭水污染與城市污水違規(guī)排放具有較大關(guān)系，當(dāng)城市生活污水和工業(yè)污水未經(jīng)處理或者處理不達標(biāo)，或者水中藻類、細菌新陳代謝失衡時，水體中的有機污染物含量就會升高，在這種狀況下，水體中自然復(fù)氧速率遠遠低于好氧微生物的耗氧速率，在短時間內(nèi)，水中的氧氣含量就會消耗殆盡，此時，水中厭氧微生物的含量會迅速增加，在其與有機污染物發(fā)生代反應(yīng)時，會產(chǎn)生較多的H2S、NH3、CH4等氣體，這些氣體會導(dǎo)致水體發(fā)臭，而FeS、MnS的出現(xiàn)使得水中黑色沉積物質(zhì)增多，這些物質(zhì)與水體中的懸浮顆粒共同作用，致使水體黑化。受這些因素的綜合影響，城市水污染嚴重，黑臭狀況明顯[2]。

　　2.2微生物強化技術(shù)的應(yīng)用原理

　　微生物強化技術(shù)是黑臭水體凈化處理的一種常用方式。在既有污水中，隨著水體中污染物數(shù)量、種類的增多，很多水中原著微生物受到抑制、毒害，并且基于特定污染物的作用，當(dāng)前水中污染物無法被原有的微生物所代謝消耗。基于這一問題，采用微生物強化技術(shù)可達到有效治理的目的。微生物強化技術(shù)原理應(yīng)用分2種形態(tài)：(1)向污染水體中投加人工改造后具有特定功能的微生物;(2)改變污水條件，為特定微生物的生長創(chuàng)造有利環(huán)境，然后通過這些特定的微生物來降解特定污染物，以此來實現(xiàn)黑臭水體的凈化和修復(fù)。

　　3、微生物強化技術(shù)在黑臭水體修復(fù)中的具體應(yīng)用

　　本項目實踐中，為實現(xiàn)黑臭水體有效修復(fù)，采用微生物強化技術(shù)，重點就水中難降解有機物、營養(yǎng)物質(zhì)、泥污等物質(zhì)進行清除，以此來實現(xiàn)黑臭水體修復(fù)。

　　3.1去除難降解有機物

　　黑臭水體包含了較多的難降解有機物，采用傳統(tǒng)的污水凈化工藝進行處理，則水中難降解污染物處理效果并不明顯。本項目中，在傳統(tǒng)污水凈化處理工藝的基礎(chǔ)上，綜合使用微生物強化技術(shù)來清除難降解有機物，實現(xiàn)黑臭水體修復(fù)。從處理過程來看，微生物強化技術(shù)能有效增強微生物對污水中污染物質(zhì)的吸附和代謝作用。就COD物質(zhì)而言，其去除率取決于原污水的可生化性，在實際處理中，污水中的有機顆粒和膠體被絮凝和吸附在微生物表面，從而被去除;該過程中，對于非溶解性的有機物，微生物必須先將其吸附在表面，然后才能靠生物酶的作用對其水解和吸收，而在溶解性有機物處理中，其會直接進入微生物細胞內(nèi)部，然后被利用，在一定程度上，微生物強化技術(shù)使得微生物的好氧代謝作用增強，通過微生物吸附與代謝功能的實現(xiàn)，黑臭水體中的污染物被有效去除。

　　3.2去除水中營養(yǎng)物質(zhì)

　　氮、磷是黑臭水體中較為常見的兩種污染物質(zhì)，當(dāng)污水中氮磷元素增多時，會進一步導(dǎo)致水中藻類或水生植物的大爆發(fā)增殖，此時水中的含氧量會不斷減少，受此影響，水中生物缺氧死亡水污染狀況會進一步加劇，致使水體逐漸發(fā)黑、發(fā)臭。采用微生物強化技術(shù)修復(fù)黑臭水體時，可系統(tǒng)采用A/O(如圖1所示)、A2/O、A2/O2、SBR等工藝進行處理[4]。在實際處理中，微生物脫氮主要是通過硝化作用和反硝化作用來完成的。具體而言，微生物強化技術(shù)會將有機氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，然后利用好氧段的硝化作用，實現(xiàn)硝化細菌和亞硝化細菌的協(xié)調(diào)，最終在反硝化作用下，氨氮會被轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氨、硝態(tài)氮。最后在缺氧條件下，通過反硝化作用，硝氮會被轉(zhuǎn)化為氮氣，降低了氮對水中生物的潛在威脅，實現(xiàn)了黑臭水體脫氮。

　　圖1A/O工藝流程圖

　　微生物除磷是將水中的溶解性磷轉(zhuǎn)化為顆粒性磷，最終實現(xiàn)磷水分離。實際處理中，受無氧條件作用，含磷細菌的生長開始受到抑制，此時其會釋放一定的聚磷酸鹽來滿足自身生長需要，該過程實現(xiàn)了磷的釋放，而在好氧階段，通過聚磷作用，實現(xiàn)了廢水中磷的有效去除。

　　就微生物強化技術(shù)而言，通過人工強化，微生物具有較高的代謝效率，其能有效去除黑臭水體中的氮磷元素。結(jié)合本項目實際可知，在去除黑臭水體氮磷元素時，還應(yīng)注重菌劑直接投加方式的優(yōu)化，這是因為其雖然能短時間清除水中氮磷等污染物質(zhì)，然該操作會使得微生物的繁育能力和對環(huán)境的適應(yīng)能力增強，其在一定程度上也會影響水質(zhì)，故而需進行處理方式的進一步優(yōu)化。

　　3.3去除底泥中有機物

　　薛家漕黑臭水體監(jiān)測中，漕底污泥含量眾多，且這些污泥中的有機物含量明顯較高。這是因為有機物隨著污水進入該漕后，部分有機物會在自然作用下發(fā)生沉積，最終使得底泥中的有機物含量不斷增加。在黑臭水體治理中，底泥處理是極為重要的一個環(huán)節(jié)，降低底泥中有機物含量，并徹底清除水底底泥，能有效地減弱底泥和水體之間的物理作用，避免水體反復(fù)污染。在傳統(tǒng)何黑臭水體處理中，處理工藝實際應(yīng)用效果有限，而且容易使得水體二次渾濁、污染。基于此，微生物強化修復(fù)在底泥有機物去除中得到了有效應(yīng)用。有實驗研究表明，采用CHE-1菌種處理污水底泥，則底泥中的有機污染物含量會顯著降低，在充分控制反應(yīng)條件的情況下，底泥中有機污染物的去除率能達到51%，處理效果尤為明顯。需要注意的是，微生物強化技術(shù)對底泥具有一定的處理效果，然該技術(shù)的應(yīng)用仍不完善，需做進一步的優(yōu)化。

　　本項目黑臭水體底泥清理中，先通過底泥疏浚和直接投加化學(xué)藥劑的方式清除水中絕大部分污染物質(zhì)，然后對完成疏浚和清理的河水，采用微生物強化工藝進行二次清除，取得了良好的去除效果。

　　4、微生物強化技術(shù)在黑臭水體修復(fù)中應(yīng)用效果評估

　　薛家漕黑臭水體修復(fù)處理中，采用微生物強化技術(shù)對水體進行具體修復(fù)，并且在具體修復(fù)中對黑臭水體多項指標(biāo)進行監(jiān)測，主要監(jiān)測指標(biāo)包括pH、DO、CODMn、BOD5/CODMn、氨氮、總氮、總磷、葉綠素等。處理前后，黑臭水體pH值有波動，從9～18h，一號監(jiān)測點位pH由7.66變?yōu)?.57，二號點位pH由7.55變?yōu)?.59;其余點位同樣，pH值整體變化不大。所以，重點對其他指標(biāo)進行分析。各個指標(biāo)選擇兩個點位(9h、18h)的具體結(jié)果進行分析，監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示。

　　表1薛家漕黑臭水體監(jiān)測數(shù)據(jù)

　　由上表可知，個別監(jiān)測點位的數(shù)據(jù)變化趨勢、幅度有所不同，然從整體來看，本次微生物強化處理后，薛家漕水中CODMn、BOD5/CODMn、氨氮、總氮、總磷物質(zhì)含量有所降低，這表明微生物強化技術(shù)在黑臭水治理中能實現(xiàn)水中污染成分的有效去除。同時DO的增加表明水中氧含量增加，這為水中植物生長創(chuàng)造了有利條件，受其影響，水中植物葉綠素增加。可見，微生物強化技術(shù)在黑臭水體修復(fù)具有一定的針對性、有效性。

　　5、結(jié)論

　　黑臭水體對于城市水環(huán)境及人們生活質(zhì)量具有較大影響，進行黑臭水體的修復(fù)是關(guān)系社會可持續(xù)發(fā)展的重要事業(yè)。結(jié)合薛家漕黑臭水體治理過程可知，黑臭水體中的污染物成分較多，種類較雜，這給整個水體的處理帶來較大阻礙，整治難度較高。在黑臭水體修復(fù)中，工作人員只有充分認識到黑臭水體的成因，然后依據(jù)微生物強化技術(shù)原理，針對性地進行水中污染物清除，才能有效地提升水中污染物去除效率，改善污染水質(zhì)，促進社會生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

　　參考文獻：

　　[1]毛淦民.黑臭河涌立體式原位生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)應(yīng)用與研究[J].綠色環(huán)保建材,2020(3):30,32.

　　[2]吳麗芳,丁宇暉,宗振剛.生態(tài)治理技術(shù)在山湖苑黑臭水體整治中的應(yīng)用研究[J].水資源開發(fā)與管理,2020(1):9-13,22.