新型载体提升微生物处理污水效率实验研究

2020-03-07谢晓靓刘裕如魏元芹

广州化工 2020年2期

谢晓靓，颜丹，刘裕如，陈浩，魏元芹

(长江勘测规划设计研究院有限责任公司，湖北武汉 430010)

填料型净魔方水环境修复剂是以40多种纯天然矿物质为原料，应用特殊离子交换工艺制成的多孔状矿物质综合体，具有组织结构特殊、孔隙发达、生物附着性好、吸附能力强等特点，正负离子交换容量达到210～280 meq/100 g，经专利离子交换技术处理后，修复剂永久带电，表面电荷为(+)电离子。修复剂的主要成分为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2以及微量Sr、Rb、Ba、Li等。

颗粒内的孔隙与大部分污水处理微生物直径相当，颗粒首次与污水接触时，孔隙周围的空气向污水中释放，此时微生物进入孔隙，颗粒表面和内部携带的电荷会促使水中的污染物向其聚集。由此，孔隙内的微生物在周边好氧环境下，以吸附的污染物为营养，快速生长、繁殖，并持续不断向水中释放。因此，经过净魔方多孔隙材料固定的微生物，具有比游离态微生物更高的活性。

本研究拟对自养脱氮微生物的除氮性能进行验证；研究新型载体净魔方颗粒是否能够有效提高微生物处理效率、为研发新型污水处理设备提供了技术支撑。

1 实验

1.1 材料与设备

实验污水来源，武汉市巡司河保利公园东侧；微生物菌剂：由湖北工业大学资源与环境学院提供，为自养型脱氮微生物，在不额外提供营养物质的情况下，可降解污水中各类含氮污染物。

反应器，容积为15 L的塑料桶；HJB-120空气泵，森森集团；净魔方颗粒材料，粒径为5～8 mm；LH-3B型多参数水质测定仪，连华科技。

图1 自养脱氮微生物菌剂Fig.1 Autotrophic denitrogen microorganisms

1.2 实验方案

本实验为静态实验，不涉及进出水，于容积为15 L的普通塑料桶中进行，实验所用污水来自武汉市巡司河保利公园东侧。实验开始前检测巡司河水样的DO、pH值、COD、氨氮和TN浓度，作为各样品初始值。实验过程中，通过空气泵对主体装置内的污水进行间歇性曝气，控制水体溶解氧浓度，出气管与多向接头相连进行分压，空气最终通过气泡石进入污水，每日3次检测并记录所有实验样品的溶解氧(DO)浓度，严格控制其介于在1.5～2.5 mg/L范围内。若DO低于限值，则开始曝气，考虑到实验室所用曝气设备较大，在曝气过程中应时刻监测样品中的溶解氧含量，当DO到达2.5 mg/L时，应立刻停止曝气。同时，需定期检测并记录各样品的pH值、水温、COD、氨氮和TN浓度。

1.3 实验步骤

本实验设置对照样品和实验样品共6个，具体设置参数如下：

空白：10 L新鲜黄孝河水；

样品1：10 L新鲜黄孝河水，添加1 mL自养型氨氮处理菌剂(体积比1:10000)；

样品2：10 L新鲜黄孝河水，添加2 mL自养型氨氮处理菌剂(体积比1:5000)；

样品3：10 L新鲜黄孝河水，添加10 mL自养型氨氮处理菌剂(体积比1:1000)；

样品4：10 L新鲜黄孝河水，添加3 kg净魔方颗粒填料(按初始水样重量的30%计算)；

样品5：10 L新鲜黄孝河水，添加3 kg净魔方颗粒填料(按初始水样重量的30%计算)，再添加1 mL自养型氨氮处理菌剂(体积比1:10000)。

2 结果与讨论

2.1 氨氮指标

本实验为静态实验，氨氮初始浓度为21.06 mg/L。实验中，样品1、2、3中微生物菌剂浓度逐渐增加，整体氨氮降解速率随微生物菌剂浓度的加大而略有上升，但差别较小，图3～图5中样品1～样品3的3条曲线出现部分重叠的情况。空白样中的氨氮浓度也随时间推移逐渐下降，说明水体中本身含有可分解氨氮的微生物。样品4和样品5氨氮浓度迅速下降，其中样品5效率最高，实验中所添加的净魔方颗粒材料起到了促进微生物反应的作用。样品4中未添加自养脱氮微生物，其氨氮去除速率仍较快，推测净魔方材料有效的激活了水体中的土著微生物；样品5中含有净魔方颗粒和自养脱氮微生物，呈现出本实验中最高的氨氮分解速率，说明在净魔方颗粒的帮助下，自养脱氮微生物发挥出了其自身的能力，优于水体土著微生物。

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 总氮指标

本实验为静态实验，总氮初始浓度为25.945 mg/L。实验中，总氮变化趋势与氨氮相同，样品1～样品3中微生物菌剂浓度逐渐增加，总氮降解速率随微生物菌剂浓度的加大而略有上升，但差别较小，图3～图6中样品1～样品3的3条曲线出现部分重叠的情况。空白样中的总氮浓度也随时间推移逐渐下降，说明水体中本身含有可转化总氮的微生物。样品4和样品5总氮浓度迅速下降，其中样品5效率最高，实验中所添加的净魔方颗粒材料起到了促进微生物反应的作用。样品4中未添加自养脱氮微生物，其总氮去除速率仍较快，推测净魔方材料有效的激活了水体中的土著微生物；样品5中含有净魔方颗粒和自养脱氮微生物，呈现出本实验中最高的总氮转化速率，说明在净魔方颗粒的帮助下，自养脱氮微生物发挥出了其自身的能力，优于水体土著微生物。

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

2.3 COD指标

本实验为静态实验，COD初始浓度为97.82 mg/L。与氨氮和总氮的变化趋势不同，实验中，空白样中COD下降速率最慢。COD降解速率按样品3、样品2、样品1、样品4、样品5逐渐增大，其中样品5速率明显高于其他样品。样品5中COD降解比例也略大于其他样品，说明在净魔方颗粒的作用下，水体中的自养脱氮微生物和土著微生物均发挥出了其自身的能力，可以进一步降解其他样品无法处理的有机污染物。