基于環保酵素技術的污水應急處理方法

王 婷，趙仕沛，何新生，孫志華，馬 南

(河南省生態環境科學研究院，河南 鄭州 450001)

當前，城市化進程加快，工程用水、生活用水等逐漸增多，其排放的污水也越來越多。在這個背景下，國內外學者都開始研究污水處理方法。其中，Bojanowska-CzajkaAnnaa等[1]研究了電離輻射降解城市污水處理廠污水中的雙氯芬酸，該研究是用伽馬射線和電子束進行的，研究發現使用伽馬輻射時，其降解效率更高，這很可能是由于電子束穿透污泥層的深度有限；Wang，R.等[2]研究了污水處理用含硅、鋁和淀粉的絮凝劑，在本研究中，通過聚合和包衣工藝成功地合成了一種新型復合絮凝劑，其由淀粉包覆的Na2SiO3·9H2O和Al2(SO4)3·18H2O組成。新型絮凝劑具有高效、環保的特點；毛珊瑛等[3]研究了基于生態修復的污水處理技術可持續性評價指標體系，該體系主要設計評價指標，采用層次分析法對指標賦權，采用多屬性效用法評價社會因素。上述研究內容均能夠為污水處理提供參考，但是在污染物的去除率上效果不是特別好，為了及時處理污水，需要研究一個新的污水應急處理方法。環保酵素含有各種有機化合物和無機鹽，其可溶于水，可轉換，同時也是催化劑的主要成分。環保酵素可以作為一種清潔劑，可以加速油脂的分解，抑制水體的富營養化，降低 COD，提高農藥的降解速度，抑制細菌等，在處理大氣和廢水中起到了很好的作用。應用環保酵素技術的這個優點，將其應用到污水應急處理中。

1 實驗儀器及試劑

實驗中所應用的主要儀器[4]與設備見表1。

表1 主要儀器設備Tab.1 Main instruments and equipment

本實驗所收集的新鮮蔬菜來自于校園周邊水果蔬菜市場的新鮮餐廚垃圾[5]、水果果皮[6]等，實驗用水直接從實驗室中提取。環保酵素的綠植制作配比見表2。

表2 環保酵素的綠植制作配比Tab.2 Green plant production ratio of environmental protection enzymes

在好氧、厭氧發酵3個月后，該菌株的生長狀況得到了較好的控制。有氧發酵[7]，可分解果皮中的粗纖維[8]，使反應迅速，大型物料分解為細小物料，但同時也會產生大量的細菌和有害物質[9]。制作過程如圖1所示。

圖1 環保酵素制作過程Fig.1 Production process of environmental protection enzyme

因此，在發酵過程中，必須要有氧的加入，不過發酵到了1個多月之后，就要將發酵瓶的蓋子封住，讓發酵的過程進行無氧發酵，這樣可以保留活性物質[10]，同時還可以將之前的有氧反應中的危險物質轉化為有效物質。一段時間后，發酵液由渾濁變澄清[11]，果皮下沉，pH值[12]下降到3～4，基本判定成熟即可。

2 實驗方法

2.1 環保酵素微生物檢測

在生產環境酵素[13]之后，從當日起，在第1、14、28、42、56、70 d中，對2個環境酵素中的菌落總數、酵母菌和霉菌測定[14]，霉菌[15]、酵母按GB 4789.15—2016檢測[16]。于環境發酵后30 d，分別對2種環保酵素、沙門氏菌、志賀菌、金黃色葡萄球菌[17]4種細菌進行了測定。其中，大腸桿菌[18]計數參照GB 4789.3—2016；沙門氏菌參照GB 4789.4—2016；志賀氏菌參照國標GB 4789.5—2012。

2.2 環保酵素主要功效酶活力測定

在制作環保酵素后30 d，分別對2種環保酵素、脂肪酶、α-淀粉酶進行酶活性測定[19]，其中，以 GB/T 23527—2009測定蛋白酶的活力[20]。

2.3 環保酵素有機酸的定性和定量測定

在環境發酵后30 d，以 HPLC法測定了環保酵素中各個指標的含量。

3 污水水質指標

以某水務公司的污水水樣為例，該地污水外觀呈灰黑色，并有一定的臭味，如圖2所示。

圖2 實驗對象Fig.2 Experimental subjects

主要的水質指標見表3。

通過 Spss20.0、Excel2010、 Sigmaplot13.0等軟件對實驗數據進行統計和圖形處理。

表3 污水主要水質指標檢測標準Tab.3 Testing standard of main water quality index of sewage

4 結果分析

4.1 環保酵素投加量的影響

通過實驗探討不同比例環保酵素對污水各項指標的影響。試驗結果如圖3所示。

圖3 環保酵素的投加量對河涌污水各指標去除率的影響Fig.3 Effect of amount of environmental protection enzyme on removal rate of each index of river sewage

由圖3能夠發現，在處理時間增加后，CODcr、總磷和總氮的去除率呈現出逐漸增加的趨勢。在各項指標處理中，第3天的變化最大，說明環保酵素應用時，需要一定的時間才能夠發揮作用，在處理1周后，去除率達到最高。其中，在環保酵素投配比上也有一定的差距，在投配比為1∶1 000 時，CODcr、總磷和總氮的去除率是最大的，并且去除率能夠達到國家污水綜合排放標準。在污水投加環保酵素處理后，污水中的pH變化情況如圖4所示。

圖4 pH值變化Fig.4 Change of pH value

基于圖4能夠發現，在投加環保酵素后，pH值先出現增大的趨勢，在經過一段時間后，pH值隨著投加量的增加而減小。

4.2 環保酵素陳化時間的影響

根據上述實驗結果，選取酵素與污水的投配比為1/1 000，研究環保酵素陳化時間對污水中各項指標去除率的影響，結果如圖5所示。

圖5 環保酵素陳化時間對污水各指標去除率的影響Fig.5 Effect of aging time of environmental protection enzymes on the removal rate of various indexes of sewage

由圖5可知，不同陳化時間處理的環保酵素均對河涌污水各指標有去除效果，隨著處理時間的增加，污水各項指標的去除率逐漸增大。經過對比可知，本文選擇的1年、2年、3年酵素中，陳化3年的環保處理效果最好，尤其是在總氮的去除率上。

4.3 環保酵素制作材料的影響

選取酵素與污水的投配比為1/1 000、陳化3年的環保酵素，不同制作原料的環保酵素對污水各指標的去除率是不同的。為保證達到最優的去除效果，分析制作材料對各指標的影響，結果如圖6所示。

圖6 不同制作原料的環保酵素對污水各個指標的去除率Fig.6 Removal rate of various indicators of sewage by environmental protection enzymes from different raw materials

基于圖6可知，在超過3 d后，各項指標的去除率都逐漸增多，經過對比能夠發現，在各個指標去除上，能夠看到COD去除率、總磷去除率、總氮去除率中混合類酵素的去除率均高于其他原料的酵素，因此，混合類酵素去除效果最好。

4.4 pH的影響

pH會對環保酵素反應環境的污水處理產生影響，影響的結果如圖7所示。

圖7 pH對環保酵素處理污水各指標的去除率Fig.7 Effect of pH on removal rate of various indicators of environmental enzyme treated sewage

在COD的去除效率和總磷的去除效率上，投加環境酶的污水均高于pH值為7的對照組，連續處理一周后，投加環境酶的污水的各項測定指標的去除率均高于對照組。在試驗的第3天，COD和總磷的去除速率呈指數增長，總氮的去除速率則呈線性增長。第5天后，混合體系中各匯總指標去化率趨于均衡。

4.5 對污泥性狀影響

接下來，分析環保酵素技術處理后，對污泥性狀的影響，污泥沉降比能夠反映出污水處理體系中污泥量與污泥的沉降性能，結果如圖8所示。

圖8 酵素對活性污泥沉降比Fig.8 Sedimentation ratio of enzyme to activated sludge

從圖8可以看出，采用環境發酵技術后，活性污泥的沉降率降低得很快，表明使用酶可以改善其沉淀特性。其主要原因在于，發酵過程中微生物數量的增加，可以將大量的大分子轉化為低分子的有機物質，從而促進污泥中微生物的生長與增殖。

5 結論

(1)當環保酵素/污水比例為1∶1 000時，環保酵素對廢水各項指標的脫除率最高；環境發酵/廢水比例大于1∶1 000時，環保酵素濃度過高。

(2)陳化時間對環保酵素處理污水的影響主要體現在，環保酵素陳化時間越長，環保酵素中各種酶成分含量越多，成分也更完全。對污水各指標的去除率，陳化時間為 3 年(2013 年制作)>陳化時間為 2 年(2014 年制作)>陳化時間為 1 年。

(3)發酵材料不同會影響環保酵素中酶的含量和活性，從而影響其處理效果。不同發酵材料的環保酵素，發酵時蛋白質的含量不同，蛋白質的降解過程是發酵的限速過程之一。混合類環保酵素對兩種不同水質廢水各指標去除比單一酵素高，原因是混合酵素比單一材料制作的環保酵素的酶成分更為全面，且向混合類環保酵素中加入水果，如蘋果、梨等可以提高酵素中淀粉酶和蛋白酶活性。

(4)酶對活性污泥的沉淀效果有明顯的改善，但是酶的使用量太大，會對活性污泥絮體和廢水處理系統的穩定性造成一定的影響，所以實際應用時需要適量。