高效微生物菌剂对城市污水处理的实验研究

颜 丹，谢晓靓，刘裕如，陈 浩，魏元芹

(长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010)

微生物菌剂修复技是污染水体修复技术的重要构成[1]，其在黑臭河[2]、河道污水治理[3-4]中达到了非常显著的效果，具有成本经济、见效快、利于自然生态的恢复等优势。目前主要通过直接投加特定菌剂或人为创造适宜微生物降解的环境来处理污水，为加快推进城市黑臭水体整治，改善城市生态环境，本文拟通过甄选市场上高效的微生物菌剂，为提升城市水环境治理工程提供技术指导与支持[5]。

1 实 验

1.1 材料与设备

储水箱，3个容积为50 L的HDPE圆桶；反应器，容积50 L 的有机玻璃方格；蠕动泵，Kamoer Lab UIP CK15；空气泵，森森集团HJB-120； 弹性立体微生物填料，材质为聚烯烃类(聚酰胺)，单根长度0.15 m，单位重量2 kg/m3，比表面积310 m2/m3，丝直径0.45 mm；水之国BioEcosys系列F3和N1复合微生物菌剂；碧沃丰系列菌剂，分别为OBT®裂解、MAS菌剂、BZT®硝化、NBA氨氮去除菌剂、BZT®除污和CW菌剂；LH-3B型多参数水质测定仪，连华科技。红糖；磷酸二氢钾；葡萄糖，所有化学试剂均为分析纯级，分析检测用水均为蒸馏水。污水水源：武汉市黄孝河明渠段兴业路于金桥大道交汇处污水。

1.2 实验方案

实验主要发生于四个方格组成的四个反应器中(如图1所示)，各单元通过管道连接，每格容器下方设出水口。从进水至出水方向依次编号1、2、3、4，其中1、2、3号为连续进水处理单元，4号为沉淀出水单元。在1、2、3号反应器中共铺设9根弹性立体填料，每单元铺设3根。装置在1号池内进水，污水按顺序溢流进入2、3、4号单元池，4号单元下侧阀门连接管道直接进入实验室排水系统。

图1 微生物菌剂实验装置示意图Fig.1 Schematic diagram of microbial agents experimental device

1.3 实验步骤

1.3.1 装置清洗及气密性检查

清洗实验主体装置，在每一格反应器中布设三根弹性立体材料，同时对装置进行整体气密性检查。将自来水充满于四格反应器中，放置24 h，确认无渗漏情况后，将水排尽，装置备用。

1.3.2 微生物培养

(1)水之国菌剂

2018年5月1 -27日用蠕动泵将新鲜黄孝河水由储水箱送入1、2、3号反应器中，进水速率设为20.8 mL/min，共计150 L。在150 mL水中加入15 g BioEcosysF3菌粉和1.5 g红糖，曝气2 h；静置10 min，倒掉上清液。将沉淀混匀后等量加入1、2、3号反应器中。BioEcosysN1菌剂为液体菌剂，无需活化，摇匀后直接投入反应器中即可。为提高挂膜效率，需于实验第一天和第二天连续向1、2、3号反应器中各投加50 mL菌剂，总计使用300 mL。

(2)碧沃丰微生物菌剂

2018年11月23日-12月19日向1、2、3号反应器中注入新鲜黄孝河水，共计150 L。实验前2天反应器不进出水，第三天用泵进行换水操作，换水量由小至大逐渐增加，不同阶段换水速率、换水量详见表1。实验过程中用空气泵均匀曝气。结合挂膜方案和原水取样结果，为调整碳氮磷比例，向每单元50 L 水体中投加31.875 g葡萄糖和0.439 g磷酸二氢钾，共使用葡萄糖95.625 g、磷酸二氢钾1.317 g，使装置内BOD:N:P=100:5:1。实验所用的6种菌剂均为粉末状，将其按100 g产品：1 L水比例溶解混匀后，放置2 h即可使用。在实验第1天，第3天、第5天分别向1、2、3号单元中投加菌剂(OBT®裂解、CW菌剂、MAS菌剂、BZT®除污、BZT®硝化、NBA氨氮去除菌剂(粉剂))2.5 g、1.0 g、0.5 g。

表1 不同阶段换水量Table 1 Different stages of water volume

1.3.3 污水处理阶段

两种菌剂实验均控制水体DO≥2 mg/L，pH为7.5～8.5，温度为22～25 ℃。每日对1、2、3号反应器中水体进行取样分析。考虑实验为曝气反应，只发生好氧反应，故本实验水样监测只监控COD和氨氮两项污染指标。

2 结果与讨论

2.1 氨氮指标分析

水之国菌剂实验显示，反应器进水氨氮浓度介于2.673～24.59 mg/L之间。实验期间黄孝河正在进行部分河段治理工程，包括超磁净化工程、管网截污工程等，导致河道水体水质变化较大。由图2可知，实验前八天属于微生物挂膜阶段。实验第9天开始进入稳定运行阶段，在进水速率保持一定的情况下，1、2、3号反应器内水体氨氮浓度基本保持稳定，反应器系统出水氨氮浓度介于0.011～0.188 mg/L之间。

碧沃丰菌剂试验显示，进水氨氮介于10.71～15.92 mg/L之间。实验期为冬季，黄孝河部分河段的治理工程已逐渐停止施工，致使整体水质较5月差。由图2可知，实验前6天应属于微生物挂膜阶段。实验第7天开始进入稳定运行阶段，在进水速率保持一定的情况下，1、2、3号反应器内水体氨氮浓度基本保持稳定，系统出水氨氮浓度介于0.190～0.366 mg/L之间。

图2 氨氮浓度随实验时间变化情况Fig.2 Concentration of ammonia nitrogen changes with experimental time

2.2 COD指标分析

水之国菌剂实验显示，反应器进水COD介于22.57～45.15 mg/L之间。由图3可知，与氨氮相比，COD降解速率更快，在进水速率保持一定的情况下，1、2、3号反应器内水体COD浓度基本保持稳定，系统出水COD浓度介于9.030～19.56 mg/L之间。

碧沃丰菌剂实验显示，进水COD介于43.64～114.3 mg/L之间。与氨氮相比，COD降解速率更快，实验第5天开始系统进入稳定运行阶段，在进水速率保持一定的情况下，1、2、3号反应器内水体COD浓度基本保持稳定，呈现出一定的下降趋势，系统出水COD浓度介于13.54～43.64 mg/L之间。

图3 COD浓度随实验时间变化情况Fig.3 Concentration of COD changes with experimental time

2.3 挂膜速度

水之国菌剂挂膜速度快，实验进行24 h后，1号反应单元中可观察到弹性立体材料上附着生物膜，2、3号反应器中生物膜较少。同时，该品牌菌剂挂膜过程简单，无需额外投加药剂调节水体碳氮比，且进水过程中无需调节进水量。碧沃丰菌剂需首先对水体碳氮磷比进行调节，为微生物的增殖创造最佳条件，随后定期向反应器中补投一定量的微生物，根据监测值由小到大逐渐增加进水量。在实验进行72 h后可在1号、2号、3号反应单元内弹性立体填料上观察到生物膜，其中1号单元内生物膜量最大。综上所述，水之国菌剂挂膜速度较快。

2.4 处理效率

上述两家公司的菌剂在本实验中均展现出了优异的污水处理效果，氨氮和COD去除率分别达98%和60%以上。在进水速率一定的情况下，尽管进水中污染物浓度变化较大，但出水水质基本保持不变，处理效果稳定。

表2 污染物去除率Table 2 Removal rate of contaminants

3 结 论

水之国菌剂增殖快、培养方便的特点适用于开放性水体，如湖泊、河流、水塘等治理。而碧沃丰菌剂处理效果佳、运行稳定，更适合用于曝气生物滤池、厌氧反应器等有填料的设备，可连续处理污水。此次研究为后续探索新型载体提高微生物菌剂处理效率的可能性研究提供了技术支撑，为设计研发新型高效原位修复技术及设备了良好奠定基础。