微生物强化技术修复黑臭水体的效果研究
摘要：黑臭水体严重影响了城市水资源的开发利用质量，且对于城市生态环境和人民身体健康具有较大危害。采用微生物技术能有效地去除黑臭水体中的污染成分，完成黑臭水体修复。以薛家漕黑臭水体修复项目为例，在阐述城市黑臭水体成因及微生物强化技术原理的基础上，就微生物强化技术在黑臭水体修复中的具体应用过程展开分析，阐述该技术下的具体修复效果。研究结果表明，采用微生物强化技术，能有效清除黑臭水体的污染成分，达到水体净化的效果。
本文源自科技与创新,2020(22):35-36.《科技与创新》杂志为国家新闻出版署批准，面向国内外公开发行的“全国综合性科技学术期刊”，由山西省科学技术协会主管、山西科技新闻出版传媒集团主办，国内统一刊号CN14-1369/N，国际标准刊号ISSN 2095-6835。 为了进一步服务广大科技工作者，促进创新型科技人才的研究成果转化。经国家新闻出版广电总局批准(新出审字〔2013〕862号)，原《微计算机信息》杂志自2013年7月正式变更为《科技与创新》杂志，在创办的过程中得到了中国科协和山西省新闻出版局的大力支持。
1、项目案例
薛家漕黑臭水体修复治理采用微生物强化技术进行处理。在水体修复之前，该水体缺氧严重，流速交换，在水体初次监测中，水中COD、氮、磷含量较高，在水体厌氧生物降解过程中，污水中的硫化氢、胺、氨、硫醇、FeS、MnS含量急剧增加，这使得水体发黑、水质变差，且臭味明显。对此，项目采用微生物强化技术对其进行修复处理，重点检查水中COD、氮、磷、DO、叶绿素含量的变化情况，监测结果表明，水中污染物成分有效降低，污水净化效果明显。
2、黑臭水体成因及微生物强化技术原理
2.1城市黑臭水体的成因
作为水污染的一种极端现象，黑臭水体对于自然环境及人体健康均有较大危害，从表现形式来看，水体发黑、恶臭明显来源于人们的感官描述，其也是污染水体最直接的表现[1]。从污染成因来看，黑臭水污染与城市污水违规排放具有较大关系，当城市生活污水和工业污水未经处理或者处理不达标，或者水中藻类、细菌新陈代谢失衡时，水体中的有机污染物含量就会升高，在这种状况下，水体中自然复氧速率远远低于好氧微生物的耗氧速率，在短时间内，水中的氧气含量就会消耗殆尽，此时，水中厌氧微生物的含量会迅速增加，在其与有机污染物发生代反应时，会产生较多的H2S、NH3、CH4等气体，这些气体会导致水体发臭，而FeS、MnS的出现使得水中黑色沉积物质增多，这些物质与水体中的悬浮颗粒共同作用，致使水体黑化。受这些因素的综合影响，城市水污染严重，黑臭状况明显[2]。
2.2微生物强化技术的应用原理
微生物强化技术是黑臭水体净化处理的一种常用方式。在既有污水中，随着水体中污染物数量、种类的增多，很多水中原著微生物受到抑制、毒害，并且基于特定污染物的作用，当前水中污染物无法被原有的微生物所代谢消耗。基于这一问题，采用微生物强化技术可达到有效治理的目的。微生物强化技术原理应用分2种形态：(1)向污染水体中投加人工改造后具有特定功能的微生物;(2)改变污水条件，为特定微生物的生长创造有利环境，然后通过这些特定的微生物来降解特定污染物，以此来实现黑臭水体的净化和修复。
3、微生物强化技术在黑臭水体修复中的具体应用
本项目实践中，为实现黑臭水体有效修复，采用微生物强化技术，重点就水中难降解有机物、营养物质、泥污等物质进行清除，以此来实现黑臭水体修复。
3.1去除难降解有机物
黑臭水体包含了较多的难降解有机物，采用传统的污水净化工艺进行处理，则水中难降解污染物处理效果并不明显。本项目中，在传统污水净化处理工艺的基础上，综合使用微生物强化技术来清除难降解有机物，实现黑臭水体修复。从处理过程来看，微生物强化技术能有效增强微生物对污水中污染物质的吸附和代谢作用。就COD物质而言，其去除率取决于原污水的可生化性，在实际处理中，污水中的有机颗粒和胶体被絮凝和吸附在微生物表面，从而被去除;该过程中，对于非溶解性的有机物，微生物必须先将其吸附在表面，然后才能靠生物酶的作用对其水解和吸收，而在溶解性有机物处理中，其会直接进入微生物细胞内部，然后被利用，在一定程度上，微生物强化技术使得微生物的好氧代谢作用增强，通过微生物吸附与代谢功能的实现，黑臭水体中的污染物被有效去除。
3.2去除水中营养物质
氮、磷是黑臭水体中较为常见的两种污染物质，当污水中氮磷元素增多时，会进一步导致水中藻类或水生植物的大爆发增殖，此时水中的含氧量会不断减少，受此影响，水中生物缺氧死亡水污染状况会进一步加剧，致使水体逐渐发黑、发臭。采用微生物强化技术修复黑臭水体时，可系统采用A/O(如图1所示)、A2/O、A2/O2、SBR等工艺进行处理[4]。在实际处理中，微生物脱氮主要是通过硝化作用和反硝化作用来完成的。具体而言，微生物强化技术会将有机氮转化为氨态氮，然后利用好氧段的硝化作用，实现硝化细菌和亚硝化细菌的协调，最终在反硝化作用下，氨氮会被转化为亚硝态氨、硝态氮。最后在缺氧条件下，通过反硝化作用，硝氮会被转化为氮气，降低了氮对水中生物的潜在威胁，实现了黑臭水体脱氮。
图1A/O工艺流程图
微生物除磷是将水中的溶解性磷转化为颗粒性磷，最终实现磷水分离。实际处理中，受无氧条件作用，含磷细菌的生长开始受到抑制，此时其会释放一定的聚磷酸盐来满足自身生长需要，该过程实现了磷的释放，而在好氧阶段，通过聚磷作用，实现了废水中磷的有效去除。
就微生物强化技术而言，通过人工强化，微生物具有较高的代谢效率，其能有效去除黑臭水体中的氮磷元素。结合本项目实际可知，在去除黑臭水体氮磷元素时，还应注重菌剂直接投加方式的优化，这是因为其虽然能短时间清除水中氮磷等污染物质，然该操作会使得微生物的繁育能力和对环境的适应能力增强，其在一定程度上也会影响水质，故而需进行处理方式的进一步优化。
3.3去除底泥中有机物
薛家漕黑臭水体监测中，漕底污泥含量众多，且这些污泥中的有机物含量明显较高。这是因为有机物随着污水进入该漕后，部分有机物会在自然作用下发生沉积，最终使得底泥中的有机物含量不断增加。在黑臭水体治理中，底泥处理是极为重要的一个环节，降低底泥中有机物含量，并彻底清除水底底泥，能有效地减弱底泥和水体之间的物理作用，避免水体反复污染。在传统何黑臭水体处理中，处理工艺实际应用效果有限，而且容易使得水体二次浑浊、污染。基于此，微生物强化修复在底泥有机物去除中得到了有效应用。有实验研究表明，采用CHE-1菌种处理污水底泥，则底泥中的有机污染物含量会显著降低，在充分控制反应条件的情况下，底泥中有机污染物的去除率能达到51%，处理效果尤为明显。需要注意的是，微生物强化技术对底泥具有一定的处理效果，然该技术的应用仍不完善，需做进一步的优化。
本项目黑臭水体底泥清理中，先通过底泥疏浚和直接投加化学药剂的方式清除水中绝大部分污染物质，然后对完成疏浚和清理的河水，采用微生物强化工艺进行二次清除，取得了良好的去除效果。
4、微生物强化技术在黑臭水体修复中应用效果评估
薛家漕黑臭水体修复处理中，采用微生物强化技术对水体进行具体修复，并且在具体修复中对黑臭水体多项指标进行监测，主要监测指标包括pH、DO、CODMn、BOD5/CODMn、氨氮、总氮、总磷、叶绿素等。处理前后，黑臭水体pH值有波动，从9～18h，一号监测点位pH由7.66变为7.57，二号点位pH由7.55变为7.59;其余点位同样，pH值整体变化不大。所以，重点对其他指标进行分析。各个指标选择两个点位(9h、18h)的具体结果进行分析，监测数据如表1所示。
表1薛家漕黑臭水体监测数据
由上表可知，个别监测点位的数据变化趋势、幅度有所不同，然从整体来看，本次微生物强化处理后，薛家漕水中CODMn、BOD5/CODMn、氨氮、总氮、总磷物质含量有所降低，这表明微生物强化技术在黑臭水治理中能实现水中污染成分的有效去除。同时DO的增加表明水中氧含量增加，这为水中植物生长创造了有利条件，受其影响，水中植物叶绿素增加。可见，微生物强化技术在黑臭水体修复具有一定的针对性、有效性。
5、结论
黑臭水体对于城市水环境及人们生活质量具有较大影响，进行黑臭水体的修复是关系社会可持续发展的重要事业。结合薛家漕黑臭水体治理过程可知，黑臭水体中的污染物成分较多，种类较杂，这给整个水体的处理带来较大阻碍，整治难度较高。在黑臭水体修复中，工作人员只有充分认识到黑臭水体的成因，然后依据微生物强化技术原理，针对性地进行水中污染物清除，才能有效地提升水中污染物去除效率，改善污染水质，促进社会生态的可持续发展。
参考文献：
[1]毛淦民.黑臭河涌立体式原位生态修复系统应用与研究[J].绿色环保建材,2020(3):30,32.
[2]吴丽芳,丁宇晖,宗振刚.生态治理技术在山湖苑黑臭水体整治中的应用研究[J].水资源开发与管理,2020(1):9-13,22.