曝气及微生物强化技术修复黑臭水体的研究

曝气及微生物强化技术修复黑奥水体的研究罗春广;张玮;刘学强;张世平【摘要】采用增氧曝气技术及水体生物修复技术，对内蒙古某城镇旁天然湖泊的黑臭现象进行治理.结果表明，通过增氧曝气及投加微生物菌剂，消除了水体的黑臭现象,提高水体透明度;化学需氧量(COD)的去除率约74%,氨氮(NH3-N)的去除率为65%.由于水体中藻类的繁殖，水体中的溶解氧浓度由0.5mg/L上升至2.7mg/L,pH值也由6.3上升并稳定在7.9左右，取得良好的治理效果.【期刊名称】《现代农业科技》【年(卷)，期】2019(000)002【总页数】3页(P129-130,132)【关键词】黑臭水体;增氧曝气技术;生物修复技术;天然湖泊【作者】罗春广;张玮;刘学强;张世平【作者单位】内蒙古新创环境科技有限公司,内蒙古呼和浩特010000;内蒙古新创环境科技有限公司,内蒙古呼和浩特010000;内蒙古新创环境科技有限公司，内蒙古呼和浩特010000;乌兰浩特市环境卫生管理处【正文语种】中文［中图分类】X52人口聚集区内的天然或人工湖泊是人居环境的重要组成部分，具有重要的生态、美学和文化功能［1］。此类天然湖泊多为封闭的静止或缓流水体，同时具有水域面积小、与人居生活紧密相连、容易受污染、水环境容量小和水体自净能力低等特点。此类水体流动性较差，水域内溶解氧不足，同时加上工业废水的汇入，尤其是一些高浓度有机物质的积累，极易发生水体黑臭的现象，严重影响水体生态和周围环境［2-3］。为了探索天然湖泊等景观水体的黑臭水体治理生物修复技术，选择某天然湖泊进行了黑臭水体生物修复试验［4-5］。1研究区域与方法1.1研究区域概况试验片区水域位于内蒙古某城镇旁，水塘长770m，宽430m，平均深度0.7m，估算水量为231770m3。试验水域收纳未经处理的淀粉厂污水，并长时间无相关污水处理设施。未经处理排放至试验水域的淀粉废水中含有高浓度有机物质，有机物中的蛋白质和其他物质耗氧分解形成丰富的碳，为厌氧微生物繁殖提供了充足的营养源。在厌氧微生物作用下，水体耗氧速度〉复氧速度，造成水体缺氧。在缺氧水体中，厌氧微生物分解有机物产生大量臭味气体如CH4、H2S、NH3、胺和其他带异味易挥发的小分子化合物，逸出水面进入大气，水体发臭。同时，沉积物中产生的CH4、N2、H2S等难溶于水的气体，在上升过程中携带污泥进入水相，使水体发黑。水体缺氧还导致水中Fe、Mn等重金属还原，与水中的S结合形成FeS等，在水体致黑作用中占主导作用［2-3］。实地调查发现，该水体污染严重，污染因子含量远高于生活污水，应作为未处理工业污水对待而不是普通水体污染。水中含有大量有机物，COD含量在2000mg/L以上，氨氮、总磷及悬浮物含量较大，水体浑浊，可见度低；污水颜色发黑，散发出特殊臭味。由于水体距离居民村很近，影响居民生产生活。1.2研究方法1.2.1技术路线。本研究通过〃曝气增氧+投加特效微生物”方式增加水体溶解氧，对试验片区水体进行生物治理［6］。在试验片区水域内均匀布置增氧机，对水体进行连续增氧曝气，曝气一段时间后，投加强化降解微生物，投加分2次进行，第1次投加在水体底部位置，第2次均匀投加在水体表面［7］。1.2.2增氧曝气方法。该试验水域类似椭圆，其长轴A=786m、短轴B=402m，面积约为24.8万m2。水域内设置15台表曝机（1.50kW，产O22.25kg/h），表曝机距离水域边缘60m，相邻表曝机之间的距离为100m。表曝机连续运行向试验水域内不断提供氧气，增加水体内的溶解氧浓度，使水域达到好氧环境，直至试验结束［8］。1.2.3水体生物修复。连续25d在水域内均匀泼洒微生物菌剂及一定量共代谢底物等辅助药物，同时继续运行表曝机设备［9］。菌剂是含有大量有益活性生物菌体，可分解消除水体中有毒有害的硫化物、胺类、烷类、硝酸盐及各种有污染物。菌剂含沼泽红假单胞菌量为20亿~40亿个/mL。1.2.4采样点及采样方法。水样采样点分别设置在试验水域东、西、南、北侧及水域中心，其中南、北两侧各设置2个采样点，东、西侧及水域中心各设置1个采样点。用500mL取样瓶直接取样，并于当天测定各项指标［10］。1.2.5测定项目及方法。DO采用便携式溶解氧仪进行测定；透明度采用自制塞氏盘进行测定；NH3-N采用纳氏比色法进行测定；CODcr采用高锰酸钾法进行测定［11-12］。2结果与分析2.1水体透明度及色泽变化2016年7月18日表曝机开始运行，在7d内水色发生了明显变化，水体由黑色变为褐色。随着表曝机的持续运行，于7月25日开始连续20d向试验水域内均匀洒微生物菌剂及一定量共代谢底物等辅助药物。8月1日，试验水域已基本消除黑臭现象，并开始发绿，水域内藻类开始大量繁殖，说明水中溶解氧已达到藻类生长的要求，能迅速消除黑臭［13］。水体透明度也随着表曝机的连续运行和生物菌剂的泼洒逐步提高，从最初的5cm提高至35cm左右（图1）。图12016年7—8月取样点透明度变化2.2水体COD和NH3-N变化随着曝气增氧和水体生物修复措施的施行，试验水体COD浓度明显下降，且随着时间的推移，COD的降解率达到了74%左右（图2）。由于试验黑臭水体严重缺氧的特点，通过表曝机增加水体复氧过程，提高了水体中溶解氧水平，同时表曝机的搅拌作用使微生物菌剂与水体中的有机物充分接触，刺激水体中有机污染物的降解，同时促进好氧微生物生长，水体中COD浓度下降［14］。水体中持续的曝气增氧过程仍会继续增加好氧微生物的种群优势，并不断分解污染物。图22016年7—8月取样点COD浓度变化随着水体内氧浓度的增加，在微生物菌剂和氧气等强氧化环境因素的共同作用下，NH3-N等还原性物质被氧化降解，并随着时间的推移，NH3-N浓度明显下降。NH3-N的降解率达到了65%（图3），但是水体中的NH3-N浓度仍然很高，为10mg/L左右，这可能是淀粉废水中含有大量的含氮化合物，造成水体含氮量较高，而水体氮的降解消耗主要通过硝化作用和反硝化作用，其中耗氧的硝化作用中的好氧菌群降解速率慢，相比于较易降解的BOD5，NH3-N在BOD5降解到一定程度后才开始降解。2.3水体溶解氧和pH值变化表曝机在水体中的搅拌作用不仅增加了水体中的溶解氧含量，同时表曝机在有效的工作区域内可以充分混合微生物菌剂和水体中的污染物质。从图4可知，试验水体在表曝机的机械搅拌作用下，溶解氧浓度逐渐增加，7月29日试验水体开始变白，溶解氧已经升至1.2mg/L左右，此后逐步增长。并在加入菌剂后，由于微生物菌群的好氧分解作用，最终稳定在2.5~2.7mg/L范围内。图32016年7—8月取样点NH3-N浓度变化图42016年7—8月取样点溶解氧浓度变化pH值可间接反映水体的氧化还原状态及藻类生长。随着表曝机的增氧作用及水体生物修复作用的增强，8月1日，试验水域已基本消除黑臭现象，并开始发绿，水域内藻类开始大量繁殖。pH值由6.3上升至7.3，一是因为藻类自身光合作用释放氧气，协同表曝机的增氧作用，使底泥区及水体中微生物菌群区由厌氧向好氧转换，抑制了厌氧分解和酸化水解过程，pH值随之升高；二是藻类利用水中CO2进行光合作用也会提高水体的pH值［15］。自8月10日试验水体处理进入稳定期后，水体pH值也上升并稳定在7.9~8.3之间。3结论与讨论(1)人工曝气增氧对消除水体黑臭现象效果良好，是治理黑臭水体的经济可行的方法。在人工曝气复氧的同时向黑臭水体中添加微生物菌剂有利于改善水体中的生长环境，促进藻类的生长，提高了水体的溶解氧和pH值。通过增氧曝气及微生物菌剂的投加，COD的去除率达到74%以上，NH3-N的去除率为65%。4参考文献【相关文献】［1］ 张凤太，王腊春，令辉，等.典型天然与人工湖泊形态特征比较分析［J］.中国农村水利水电，2012(7):38-41.［2］ 钱嫦萍，陈振楼.城市河流黑臭的原因分析及生态危害［J］.城市环境，2002(3):21-23.［3］ 方宇翘，裘祖楠.城市河流中黑臭现象的研究［J］.中国环境科学，1993(4):256-262.［4］ 胡庆昊，朱亮.应用于污染环境治理的生物修复技术［J］.陕西环境，2002,9(6):32-35.［5］ 徐祖信.河流污染治理技术与实践［M］.北京：中国水利水电出版社，2003.［6］ 孙从军，张明旭.河道曝气技术在河流污染治理中的应用［J］.环境保护，2001(4):12-14.李开明，刘军，江栋，等.古廖涌黑臭水体生物修复及维护试验[J].应用与环境生物学报，2005,11（6）:742-746.周杰，章永泰，杨贤智.人工曝气复氧治理黑臭河流[J].中国给水排水，2001，17（4）：47-49.郝桂玉，黄民生，徐亚同.生物修复原理及其在黑臭水体治理中的应用[J].净水技术，2004，23（2）：39-42.陈伟，徐左正，叶舜涛，等.苏州河支流综合整治工程[J].给水排水，2002，28（2）：31-34.国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法[M].4版.北京：中国环境科学出版社，2002.胡国臣，王忠.预防水体黑臭