微藻-生物炭材料治理黑臭河道污水效能試驗研究

徐 勇

(商丘市睢陽區水務局，河南 商丘 476000)

1 概 述

近年來，隨著城鎮居民人數的持續增加與制造業的快速發展，我國城市河道污染情況嚴重，黑臭河道嚴重影響居民生活環境和城市形象[1-3]。因此，研究開發能夠高效率、低成本、無污染的河道污水處理措施，對于我國城鎮化的進一步發展具有重要意義。

傳統的河道污染治理措施主要有河道清淤、生態治理、物理過濾吸附、化學處理技術等[4-6]。但現有河道治理技術仍存在較大局限性，如物理吸附手段常存在污染去除效率低問題，化學治理技術容易導致容易造成二次污染問題，生態治理技術治理時間較長等問題[7-10]。

因此，合理引入高效、無污染、見效快的河道污水治理技術，是改善城市環境和居民生活條件的重要手段。

本文基于前人的研究經驗，室內利用微藻和生物炭制備了新型AS-MA復合材料，并基于室內試驗深入討論了生物炭、微藻及AS-MA復合材料在河道污水處理中的應用效果。研究成果可為我國城市黑臭河道污水治理提供一定的理論和技術支撐。

2 工程背景

擬治理黑臭水河道位于我國南方某城市市區內，由于該城市近幾年城鎮化發展加快，城鎮常住居民人口劇增、工業制造廠快速發展，導致城市河流出現一定程度的污染情況，對該河道污染進行快速、有效治理恢復成為城市治理的重要任務。通過借鑒我國南方其他城市的河道治理案例，發現生態治理、過濾等治理手段不僅治理周期較長且效果不佳。考慮到河流主要污染成分及生態影響等因素，經過多重對黑臭水主要成分的研究及對不同方案的對比篩選，擬采用新型治理技術對河道黑臭水進行治理，先通過室內試驗對該技術的應用手段及技術效果進行研究。見圖1。

圖1 城市黑臭河道現狀

3 材料制備與試驗

3.1 原材料

新型AS-MA復合材料的原材料主要包括小綠藻顆粒和污泥，其中綠球藻為實驗室室內培養所得，污泥為通過某污水處理廠所得。利用綠球藻開展綠球藻的室內培養工作，培養基為BG11型培養基，其具體配方見表1。取2.0 g固體BG11型培養基攪拌定容置入1 000 ml燒杯中，之后再將其均分到4個500 ml的錐形瓶中并密封。在120℃的條件下對培養基進行15 min的滅菌后冷卻，在無菌環境下進行綠球藻接種。接種后將其置入恒溫光照培養箱中進行培養24 h，光暗時間均為12 h，培養箱中恒定溫度為25℃，恒定光照為5 000 lux。污泥材料取自某污水處理廠，原材料為黑灰色的半固態物質，通過室內試驗測得其含水率為85%。將獲得的污泥放入烘箱(80℃)中干燥24 h，隨后將其粉碎，制備成活性污泥。

表1 BG11培養基配方

3.2 復合材料制備

室內利用活性污泥和綠球藻制備新型AS-MA材料。首先，需要將活性污泥絮體培養為好氧污泥顆粒。利用圓柱型 SBR 反應器接種絮狀污泥，按照“進水-曝氣-靜置+攪拌-二次曝氣沉淀排水-閑置”的運行方式，運行周期調整為每天3個，每周期8 h:進水5 min,曝氣150 min,靜置+攪拌120 min；二次曝氣120 min,沉淀10 min,排水5 min,其余時間閑置，部分污泥趨向于顆?；癄顟B，形成具有脫氮功能的顆?；勰嗟碾r形。隨后的培養中根據情況不斷減少沉淀時間，排出沉降性能差的絮狀污泥，最終沉淀時間降至5 min，得到好氧污泥顆粒。之后，需要接種綠球藻。光照條件下，將培養基中的綠球藻取接種入好氧污泥顆粒中，接種時間宜為上午8-10時之間。見圖2。

圖2 AS-MA材料形成過程

3.3 試驗方案

本次試驗的主要目標是研究新型AS-MA復合材料對城市工業污水的處理效能，室內展開了AS-MA復合材料處理污水性能試驗，主要包括化學需氧量(COD)值測定試驗、總磷(TP)測定試驗、總氮(TN)測定實驗以及微觀機理分析試驗。分別將干污泥、生物炭及AS-MA復合材料顆粒至于濾管中制備濾芯，并進行污染物吸附效果檢測。此外，本次試驗檢測的水樣為取自我國南方某城市河道中的污水試樣，取樣點臨近某小型城市垃圾站，在取樣點取污水樣品20份開展室內試驗研究。

4 試驗結果分析

4.1 TN值分析

圖3為不同處理手段下污水TN濃度隨試驗時間變化曲線。由圖3可知，隨著試驗時間的不斷增加，不同處理手段下污水的TN濃度也呈逐漸減小。在進行處理前，污水中的TN濃度為10 mg/L；經過6 d的試驗后，干污泥處置下污水的TN濃度為7.97 mg/L，磁性納米粒子處置下污水的TN濃度為0.56 mg/L，AS-MA處置下污水的TN濃度為0.26 mg/L，處置效果分別達到20.30%、94.40%和97.40%。由此可見，干污泥對污水中污染物的去除效果較差，生物炭的處置效果遠優于活性污泥；新型AS-MA復合材料的處置效果最佳，其去除率是活性污泥的4.65倍，TN去除效果略優于生物炭。

圖3 不同處理手段下TN濃度隨試驗時間變化曲線

圖4 AS-MA降解污水中TN濃度內在機理

4.2 TP值分析

圖5為不同處理手段下污水TP濃度隨試驗時間變化曲線。由圖5可知，隨著試驗時間的不斷增加，不同處理手段下污水的TP濃度也呈逐漸減小。干污泥對污水中的磷元素幾乎沒有去除效果。初始條件下污水中的TP濃度為10 mg/L，經過6 d的試驗后，干污泥處置下污水的TN濃度仍達到9.45 mg/L。相比之下，生物炭處置后污水的TP濃度為2.04 mg/L，AS-MA處置后污水的TP濃度更低，僅達到0.66 mg/L，3種材料對污水中磷元素的處置效果分別為5.50%、79.60%和93.40%。由此可見，活性污泥對污水中污染物的去除效果很差，生物炭的處置效果遠優于干污泥；新型AS-MA復合材料的處置效果最好。

圖5 不同處理手段下TP濃度隨試驗時間變化曲線

4.3 污水COD降解

圖6為不同處理手段下污水COD值隨試驗時間變化曲線。由圖6可知，隨著試驗時間的不斷增加，不同處理手段下污水的COD值呈逐漸減小的變化趨勢。在進行處理前，污水中的COD值為500 mg/L；經過6 d的試驗后，干污泥處置下污水的COD值為461.33 mg/L，生物炭處置下污水的COD值為198.49 mg/L，AS-MA處置下污水的COD值為115.92 mg/L，處置效果分別達到7.73%、60.30%和76.81%。由此可見，干污泥對污水中污染物的去除效果較差，生物炭的處置效果遠優于干污泥；新型AS-MA復合材料的處置效果最佳，其去除率是活性污泥的9.93倍，較生物炭也高出27.38%。

圖6 不同處理手段下COD值隨試驗時間變化曲線

5 結 論

為有效治理我國城市黑臭河道水資源污染問題，利用微藻和污泥生物炭兩種材料，室內制備了一種新型AS-MA復合型材料。依托南方某城市黑臭河道治理工程，展開了污水試樣污染物去除試驗。研究結論如下：

1) 相較于傳統活性污泥和磁性納米粒子處置廢水技術手段，新型AS-MA復合材料對于工業廢水COD、TP和TN濃度具有更高的去除效果，污染物去除率是活性污泥的4.79～16.98倍，較磁性納米粒子亦高出3.12%～27.38%。

2) 受限于試驗條件，本次研究僅對比了污泥生物炭、綠藻及AS-MA共3種典型材料的污染物去除率，下一步應當對更多材料展開試驗，以驗證AS-MA去除污水污染物的效率及特殊優勢。