用微生物和酶制劑處理城市黑臭河道的研究

劉溪

（寧海縣環保局，浙江 寧波 315600）

用微生物和酶制劑處理城市黑臭河道的研究

劉溪

（寧海縣環保局，浙江 寧波 315600）

為應對城市河道黑臭污染嚴重現狀，對比研究典型的生物技術—微生物菌劑和酶制劑對實際城市黑臭河道的處理效果。實驗證明，在投加微生物菌劑和酶制劑反應15d后，微生物菌劑處理的水體COD、NH3-N依舊為劣V類水，但經過酶制劑處理后的水體提高至Ⅳ類水，COD、NH3-N去除率分別為90%、77%，嗅味、色度有效消除。經過45d的處理后，微生物菌劑處理后的水體河道水質可由劣V提高至類V水，SCOD、NH3-N去除率分別為58%、70%，異味消除，但色度不降。結果顯示，使用酶制劑對黑臭河道去除效果較好。

城市黑臭河道；酶制劑；微生物菌劑

河流是文明產生的起源，為城市居民生活、出行提供了便利，但隨著工業化、城市化的發展加快，城市規模擴大、人口增加，環境負荷逐漸增大，人們隨意排放污水，影響了河流生態健康[1]。據環保部2013年發布的全國環境質量狀況可知，河流污染仍較嚴重[2]。

微生物菌劑（簡稱菌制劑）及酶制劑在河道治理表現出良好的應用前景。研究表明，菌制劑可有效改善含酚廢水[3]、河流[4]和人工湖[5]等污染水體水質，不僅強化了河道生態系統[6]，且能促進水體自凈，是環境污染治理中不可缺少的方法[7]。酶制劑作為易生物降解的環境友好型物質[8]，可有效預處理乳制品廢水[9]、修復河流生態系統[10]等。本文主要研究了兩種典型生物技術對實際黑臭河道污染物的去除和水質改善效果。

1 實驗材料與方法

實驗裝置為間歇式反應器（如圖1），反應器為玻璃材料，半徑為10cm、高為20cm的圓柱形反應器。反應器的總體積約為6L，實驗取用5L體積的實驗水體。實驗中的曝氣均為飽和曝氣。

圖1 間歇式反應器

實驗采用的菌制劑由多種微生物菌劑構成。菌制劑在投放前需培養一段時間，首先在水箱中加入一定比例的水、微生物菌劑、糖漿，培養3天后得到的微生物菌劑可投入污染水體進行降解凈化。酶制劑是由蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等多種酶復合而成的液體制劑，可直接投放至污染水體。

對比兩種藥劑對黑臭河道的處理效果并篩選合適濃度的藥劑。不同菌制劑、酶制劑分別選取兩種不同濃度對比，分別投加2g/L、4g/L菌制劑，4mg/L、8mg/L酶制劑，隨時間取樣，直至水體水質指標變化穩定不變時，觀察水體化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，CODCr）、溶解性化學需氧量（Solluted Chemical Oxigen Demand，SCOD）、氨氮（Ammonia Nitrogen，NH3-N）、pH變化，對比不同濃度菌制劑、酶制劑對水體處理效果及曝氣的影響。

篩選合適的反應條件，對比投加4g/L菌制劑、投加4g/L菌制劑+曝氣，投加4mg/L酶制劑、投加4mg/L酶制劑+曝氣，以不添加任何制劑+曝氣作為空白對照，觀察對比曝氣對藥劑反應的處理效果的影響。

水質評價標準參照《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）。考慮到黑臭河道中的色度、嗅味對河道影響較為明顯，評價處理技術效果時，可參照《景觀水水質標準》（GB12941-91）。

2 結果與討論

實驗原水水質情況及綜合評價結果如表1、表2所示，各水質指標情況與地表水V類標準相比，除TP外，其他指標均超過標準限值。三種水質的綜合評價結果顯示，兩種原水污染情況相似，均為劣V類水體并且黑臭。

表1 原水水質情況 （單位：mg/L）

表2 原水水質評價結果

經過菌制劑處理后的水體水質變化情況如圖2所示。水體中COD隨著時間的變化如圖2a所示，原水曝氣降解速度最快，COD降解為33mg/L，去除效率達89%，符合Ⅳ類水標準。投加2g/L菌制劑+曝氣處理，在反應30d后COD開始降解，從328mg/L降解為143mg/L，去除效率56%，但還沒有達到地表水標準，屬于劣V類水，繼續反應COD可降解，如圖2b所示SCOD減小趨勢。但投加4g/L菌制劑+曝氣降解速度較慢，反應30d后，水體COD為299mg/L，大于投加2g/L菌制劑+曝氣處理后COD的濃度。投加4g/L菌制劑但不曝氣，COD持續升高到520～544mg/L，長時間升高而不下降，促進水體COD增大。

SCOD隨時間的變化如圖2b所示。原水曝氣反應2～5d后，SCOD由106mg/L降解到35～50mg/L，平均去除率為60%，符合V類水標準。其次是投加2g/L菌制劑+曝氣，反應30d后，SCOD開始降解，持續反應45d后SCOD降解到43mg/L，符合V類水標準。投加4g/L菌制劑+曝氣，反應30d后，SCOD依舊升高為203mg/L，SCOD降解速度慢。

水體NH3-N變化如圖2c所示。原水曝氣反應5d后，原水NH3-N由2.56mg/L降解為0.70mg/L，去除率達72%，快速達到Ⅲ類地表水標準。另外兩種投加菌制劑曝氣反應中，水體NH3-N先持續升高然后再降解，但可觀察到投加2g/L菌制劑+曝氣反應過程中，NH3-N的去除率相對投加4g/L菌制劑+曝氣的去除率高。結合COD降低情況，結果顯示，投加2g/L菌制劑相對降解速度快，為最佳投加量。投加2g/L菌制劑曝氣反應35d后，NH3-N可降解到1.29mg/L，繼續反應45d后，NH3-N濃度持續在0.94～0.77mg/L，平均去除率達70%，符合Ⅲ類水標準。

投加菌制劑處理后水體pH變化如圖2d所示。反應過程中，測得三種處理方式的pH均在7.52～8.55之間浮動，符合水質標準，說明投加菌制劑對水體pH無影響。實際運用中，水質、菌制劑等在不同的反應時間、去除效果各不相同。有研究投加菌制劑治理富營養化的澤湖水體[11]，當反應3個月后，水中NH3-N、COD的去除率分別達到94.2%、60.0%。研究證明菌制劑可有效去除黑臭河道的COD、NH3-N等物質，凈化污染水體。

投加2g/L菌制劑但不曝氣處理后的水體污染更嚴重，色度由原水45增加到50，嗅味明顯。研究顯示微生物缺氧條件下厭氧消化[12]促進黑臭河道惡化，但投加菌制劑并曝氣處理后，水體色度分別減少為30、40，好氧微生物降解可減少水體的黑臭現象。

投加酶制劑后水體水質變化情況如圖3所示。 酶制劑處理后的水體COD的變化，如圖3e所示，投加4mg/L曝氣和原水曝氣去除效果相似，在反應6d后COD降解49～43mg/L，符合V類標準，說明曝氣降解即有較好的處理效果，添加酶制劑對曝氣處理影響較小，投加4mg/L酶制劑曝氣與直接曝氣處理效果差異不大。投加8mg/L酶制劑反應10d后，COD降解為38mg/L，符合V類水標準，去除效率小于有曝氣參與的反應，繼續反應20d后，COD進一步降解達到25mg/L，去除率達91%，符合Ⅲ類水標準。

水體NH3-N變化如圖3g所示。原水的NH3-N為3.50mg/L，原水曝氣、4mg/L酶制劑+曝氣兩種處理方式反應15d后，水體NH3-N快速降解并持續穩定在0.75～1mg/L，去除效率達79%，符合Ⅱ～Ⅲ類水標準。投加8mg/L酶制劑反應20d后，NH3-N降解為0.79mg/L，符合Ⅱ～Ⅲ類水標準，僅次于直接曝氣去除效率。投加4mg/L酶制劑反應20d后才開始降解，去除效率相對較慢。

水體pH如圖3h所示，投加酶制劑后水體pH無明顯變化，直接曝氣、酶制劑和曝氣兩種方式的pH有較小幅度的升高但均在標準之內，說明投加酶制劑對水體pH無明顯的影響。

經過曝氣處理的水體色度在反應2～4d后快速降低，異味也快速消除，僅投加酶制劑的反應方式，色度減小較慢，反應5～10d后，投加4mg/L酶制劑不曝氣反應的水體色度由40減小到5，異味消除。

研究表明，復合酶污水凈化劑對微生物活性具有激活作用[13]，當累積耗氧量明顯增加酶激活率達到14%～136%時，可有效增強水體自凈能力，直接的酶制劑對水體進行催化降解和激活作用，對COD、NH3-N有較好的去除作用，從而凈化水體。

菌制劑對NH3-N、COD均有降解作用，但降級速度不及酶制劑不曝氣處理方式。通過兩組實驗對比，酶制劑反應時間短、去除效率高，且無需曝氣即可高效降解河道的黑臭污染。

圖2 菌制劑實驗后的水質指標變化情況

圖3 酶制劑實驗后的水質指標變化情況

3 結論

（1）兩種藥劑及曝氣對河道黑臭的去除效果，在異味消除方面，曝氣＞酶制劑＞微生物菌劑。曝氣通過吹脫及土著生物的作用去除水中異味物質，在反應2～4d后，河道水樣異味消除。酶制劑通過酶蛋白分解異味物質消除異味較曝氣慢，反應5～7d后，河道水體異味消除。微生物菌劑雖然有曝氣作用，但投加微生物菌劑后對水體影響較大，反應5d后水體異味消除。

（2）微生物菌劑經過45d左右的處理后COD去除率達58%，符合V類水標準。酶制劑4mg/L反應10d后去除率達85%。曝氣、酶制劑方法可高效去除水中COD。當COD負荷較大時，微生物可長時間反應最終降解COD達到標準。

（3）微生物NH3-N經過30d反應降解到0.77mg/L，去除率達70%。投加4mg/L酶制劑，原水NH3-N在反應20d后，平均去除率可達80%以上，符合V類水標準。直接曝氣反應10d，NH3-N降解為0.74mg/L，去除率達71%，符合V類水標準。去除NH3-N的反應時間，曝氣＜酶制劑＜微生物菌劑。聯合反應時間和去除效率兩種藥劑及曝氣對NH3-N去除效果為曝氣＞酶制劑＞微生物菌劑。

（4）各類技術各有局限，酶制劑相對城市黑臭河道治理效果最好，以直接投加的原位處理方式，投加4～8mg/L酶制劑，反應10～15d，可消除黑臭現象。微生物菌劑曝氣技術適用于流域面積大且生物多樣性小的水體，微生物菌劑最佳投加量為2g/L，需實時曝氣保持充足溶解氧。

4 展望

城市河道污染治理方法有很多種，一種方法對應一種處理效果，每種方法都有相應的優缺點，通過研究幾種方法的組合處理技術，可更高效治理受有機物污染的水體。通過典型的生物處理技術對河道污染治理效果，可進一步研究多種方式的組合處理技術，提高河道的污染治理效率及修復能力。

[1] Karr J R.Defining and measuring river health[J].Freshwater biology，1999，41（2）: 221-234.

[2] 2014年上半年全國環境質量狀況[EB/OL].http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201408/t20140804_287384.htm，2014.

[3] 任河山，王穎，趙化冰，等.酚降解菌株的分離、鑒定和在含酚廢水生物處理中的應用[J].環境科學，2008，29（2）：482-487.

[4] 莊景，謝悅波，宗緒成，等.單一直接投加微生物修復技術在河流治理中的應用[J].水資源保護， 2011，27（2）：63-66.

[5] 潘涌璋，呂雯嵐，張娜，等.微生物菌劑凈化富營養化景觀水體的研究與應用[J].給水排水，2005，6.

[6] 應太林，張國瑩.蘇州河水體黑臭機理及底質再懸浮對水體的影響[J].上海環境科學，1997，16（1）：23-26.

[7] Romantschuk M，Sarand I，Pet?nen T，et al.Means to improve the effect of in situ bioremediation of contaminated soil:an overview of novel approaches[J].Environmental Pollution，2000，107（2）: 179-185.

[8] 奚健，施懷榮.生物復合酶對黑臭水底泥原位修復的理論和實踐[G][M].第十三屆世界湖泊大會論文集 (下卷). 武漢：中國農業大學出版社，2009，2194-2196.

[9] Leal M C M R,Freire D M G,Cammarota M C.Effect of enzymatic hydrolysis on anaerobic treatment of dairy wastewater[J].Process Biochemistry，2006，41（5）: 1173-1178.

[10] 胡湛波，劉成，周權能，等.曝氣對生物促生劑修復城市黑臭河道水體的影響[J].環境工程學報，2012，6（12）：4281-4288.

[11] 吳定心，楊文靜，柯雪佳，等.利用復合微生物菌劑控制水華的治理工程試驗[J].環境科學與技術，2010（7）：150-154.

[12] 王琨，王慧玲，孫小磊，等.微生物與植物在河道模型中的黑臭水治理效果[J].環境科學與技術， 2012（6）：126-129.

[13] 楊磊，林逢凱，胥崢，等.城市富營養化河道復合酶-原位生物修復技術研究[J].環境污染與防治， 2005，27（8）：607-610.

Study on Urban Malodorous Watercourse Treated by Microbe and Enzyme Pharmaceutics

LIU Xi
(Ningbo Environment Protection Bureau, Ningbo Zhejiang 315600, China)

In order to face the serious pollution status of urban malodorous watercourse, the paper compares and studies the treatment effect of typical biotechnology--microbial bacterial agents and enzyme preparation on urban malodorous watercourse. The experiment showed that the microbial bacterial agents and enzyme preparation were put into the malodorous watercourse and after reaction of the microbial bacterial agents and enzyme preparation for 15 days, COD and NH3-N in the water body treated by microbial bacterial agents became the inferior water of V species. Yet after treatment of enzyme preparation,the water body upgraded to the water of IV species, the removal ef fi ciency of COD and NH3-N was respectively at 90% and 77%, the smell and chroma eliminated effectively. After treatment of microbial bacterial agents for 45 days, the water quality of the river watercourse upgraded to the water of V species from the inferior water of V and the removal ef fi ciency of SCOD and NH3-N was respectively at 58% and 70%, the smell was eliminated, but the chroma was not reduced. The result shows that the removal effect is much better by using enzyme preparation to treat the malodorous watercourse.

urban malodorous watercourse; enzyme preparation; microbial bacterial agents

X703

A

1006-5377（2017）11-0037-04