微生物強化技術修復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利用質量，且對于城市生態環境和人民身體健康具有較大危害。采用微生物技術能有效地去除黑臭水體中的污染成分，完成黑臭水體修復。以薛家漕黑臭水體修復項目為例，在闡述城市黑臭水體成因及微生物強化技術原理的基礎上，就微生物強化技術在黑臭水體修復中的具體應用過程展開分析，闡述該技術下的具體修復效果。研究結果表明，采用微生物強化技術，能有效清除黑臭水體的污染成分，達到水體凈化的效果。

　　本文源自科技與創新,2020(22):35-36.《科技與創新》雜志為國家新聞出版署批準，面向國內外公開發行的“全國綜合性科技學術期刊”，由山西省科學技術協會主管、山西科技新聞出版傳媒集團主辦，國內統一刊號CN14-1369/N，國際標準刊號ISSN 2095-6835。 為了進一步服務廣大科技工作者，促進創新型科技人才的研究成果轉化。經國家新聞出版廣電總局批準(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《科技與創新》雜志，在創辦的過程中得到了中國科協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治理采用微生物強化技術進行處理。在水體修復之前，該水體缺氧嚴重，流速交換，在水體初次監測中，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，這使得水體發黑、水質變差，且臭味明顯。對此，項目采用微生物強化技術對其進行修復處理，重點檢查水中COD、氮、磷、DO、葉綠素含量的變化情況，監測結果表明，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原理

　　2.1城市黑臭水體的成因

　　作為水污染的一種極端現象，黑臭水體對于自然環境及人體健康均有較大危害，從表現形式來看，水體發黑、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[1]。從污染成因來看，黑臭水污染與城市污水違規排放具有較大關系，當城市生活污水和工業污水未經處理或者處理不達標，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，水體中自然復氧速率遠遠低于好氧微生物的耗氧速率，在短時間內，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生代反應時，會產生較多的H2S、NH3、CH4等氣體，這些氣體會導致水體發臭，而FeS、MnS的出現使得水中黑色沉積物質增多，這些物質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微生物強化技術的應用原理

　　微生物強化技術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可達到有效治理的目的。微生物強化技術原理應用分2種形態：(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造有利環境，然后通過這些特定的微生物來降解特定污染物，以此來實現黑臭水體的凈化和修復。

　　3、微生物強化技術在黑臭水體修復中的具體應用

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

　　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，在傳統污水凈化處理工藝的基礎上，綜合使用微生物強化技術來清除難降解有機物，實現黑臭水體修復。從處理過程來看，微生物強化技術能有效增強微生物對污水中污染物質的吸附和代謝作用。就COD物質而言，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部，然后被利用，在一定程度上，微生物強化技術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，黑臭水體中的污染物被有效去除。

　　3.2去除水中營養物質

　　氮、磷是黑臭水體中較為常見的兩種污染物質，當污水中氮磷元素增多時，會進一步導致水中藻類或水生植物的大爆發增殖，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，致使水體逐漸發黑、發臭。采用微生物強化技術修復黑臭水體時，可系統采用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，微生物強化技術會將有機氮轉化為氨態氮，然后利用好氧段的硝化作用，實現硝化細菌和亞硝化細菌的協調，最終在反硝化作用下，氨氮會被轉化為亞硝態氨、硝態氮。最后在缺氧條件下，通過反硝化作用，硝氮會被轉化為氮氣，降低了氮對水中生物的潛在威脅，實現了黑臭水體脫氮。

　　圖1A/O工藝流程圖

　　微生物除磷是將水中的溶解性磷轉化為顆粒性磷，最終實現磷水分離。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，該過程實現了磷的釋放，而在好氧階段，通過聚磷作用，實現了廢水中磷的有效去除。

　　就微生物強化技術而言，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。結合本項目實際可知，在去除黑臭水體氮磷元素時，還應注重菌劑直接投加方式的優化，這是因為其雖然能短時間清除水中氮磷等污染物質，然該操作會使得微生物的繁育能力和對環境的適應能力增強，其在一定程度上也會影響水質，故而需進行處理方式的進一步優化。

　　3.3去除底泥中有機物

　　薛家漕黑臭水體監測中，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節，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，避免水體反復污染。在傳統何黑臭水體處理中，處理工藝實際應用效果有限，而且容易使得水體二次渾濁、污染。基于此，微生物強化修復在底泥有機物去除中得到了有效應用。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，微生物強化技術對底泥具有一定的處理效果，然該技術的應用仍不完善，需做進一步的優化。

　　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藥劑的方式清除水中絕大部分污染物質，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、微生物強化技術在黑臭水體修復中應用效果評估

　　薛家漕黑臭水體修復處理中，采用微生物強化技術對水體進行具體修復，并且在具體修復中對黑臭水體多項指標進行監測，主要監測指標包括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，一號監測點位pH由7.66變為7.57，二號點位pH由7.55變為7.59;其余點位同樣，pH值整體變化不大。所以，重點對其他指標進行分析。各個指標選擇兩個點位(9h、18h)的具體結果進行分析，監測數據如表1所示。

　　表1薛家漕黑臭水體監測數據

　　由上表可知，個別監測點位的數據變化趨勢、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、總磷物質含量有所降低，這表明微生物強化技術在黑臭水治理中能實現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，微生物強化技術在黑臭水體修復具有一定的針對性、有效性。

　　5、結論

　　黑臭水體對于城市水環境及人們生活質量具有較大影響，進行黑臭水體的修復是關系社會可持續發展的重要事業。結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。在黑臭水體修復中，工作人員只有充分認識到黑臭水體的成因，然后依據微生物強化技術原理，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，促進社會生態的可持續發展。

　　參考文獻：

　　[1]毛淦民.黑臭河涌立體式原位生態修復系統應用與研究[J].綠色環保建材,2020(3):30,32.

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