水体中氮素降解实验以及小型污水处理器的模拟构建

李艳

人们在日常生活和工业生产中会排放出大量的污水，污水中含有许多对环境有害的物质，尤其是污水中的氮素会对人体和动植物产生将强烈的副作用，而且污水中的氮素还是水体富营养化的罪魁祸首，所以去除污水中的氮素对于人类生命健康以及环境保护是一项重要的任务。目前污水处理厂主要采用微生物法去除水中的氮素，除氮的微生物主要分为两种，一种是硝化细菌，另一种是反硝化细菌，硝化细菌可以将氨氮转化为硝态氮，反硝化细菌能够将硝态氮转化为氮气排出水体，从而实现污水中氮素的去除。

一、创新实验目的

本实验选用污水处理厂的脱氮菌种进行除氮，同时在三角瓶中模拟污水处理厂处理氮素的流程，让学生通过本实验了解氮素的生物转化途径，并大概了解污水处理反应器的运行原理，提高学生对水体中污染物质的认知程度，强化学生的环保意识。

二、实验仪器及用品

活性污泥，1000mL烧杯，曝气头，气泵，纳氏试剂，二苯胺试剂，刷锅水。

三、实验装置图及说明

实验装置如下图：

四、实验操作

1.首先在1000mL烧杯中装入100mL的活性污泥（取自污水处理厂）和800mL刷锅水。刷锅水中含有大量的氮素，可以认为是含氮废水。在烧杯中加入一管纳氏试剂，这时污水会显示出棕黄色，这是污水中的氨氮与纳氏试剂反应的结果。

2.将曝气头连上气泵，然后放入烧杯中，让其沉入污水底部。打开气泵开始曝气。随着反应的进行，会发现污水中的黄色变得越来越淡，直到最后消失。这时因为活性污泥中的硝化细菌利用氮素作为自己生命活动的能源，同时将氨氮转化为了硝态氮。换言之就是微生物将污水中的氮素吃掉后，排放出另一种氮素进入水体。

3.当污水中的黄色完全消退后，将曝气头从水中拿出。这时污水进入缺氧状态。将二苯胺试剂投入水体中，污水变为蓝色。这是因为污水中的硝态氮与二苯胺试剂发生了反应。将污水静置。

4.随着时间的推移，会发现水中蓝色变得越来越浅。这是因为水中的反硝化细菌在缺氧的条件下发挥了作用，它们将硝态氮转化为了氮气排出了水体。换言之就是微生物将氮素吃掉后，排出氣体脱离水体并进入空气中。最后水体中的蓝色彻底消失，说明水中的氮素已经全部被微生物转化完毕，污水中的氮素在微生物的作用下完成了降解，污水得到了处理。

五、实验创新点及其意义

本实验完全模仿了污水处理厂中的序批式活性污泥反应器（SBR）处理污水的整个过程，可以说是一个小型的污水生物处理器。通过本实验可以让学生明白污水中氮素的生物处理方法，对微生物给人类社会作出的贡献有一个全新的认识，是对学生对微生物知识的初步了解。

我国的环境破坏日益严重，水体中富营养化的报道越来越多，水体被污染的现象越来越普遍。这必须要求学生从小就树立起较强的环保意识，这样我国的可持续发展才有可能继续下去。通过本实验不仅可以加强学生的环保意识，还能让学生们初步了解治理水中污染物的方法。通过生物对水体中氮素的去除实验，让学生在实际操作过程中激发其对环境保护的兴趣，增强学生的主人翁责任感。