微纳米曝气联合微生物促生剂处理黑臭水体的试验研究

摘要：试验以梅州市典型黑臭水体采集的水样为处理对象，研究微纳米曝气联合微生物促生剂处理黑臭水体的效果。试验设置3种处理方案，持续27 d。A组无曝气，仅投加微生物促生剂；B组采用普通曝气，联合投加微生物促生剂；C组采用微纳米曝气，联合投加微生物促生剂。试验期间，C组溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）浓度提升至6.2 mg/L，化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，CODCr）去除率为73.22%，总氮（Total Nitrogen，TN）去除率为93.44%，氨氮（NH3-N）去除率为96.11%，总磷（Total Phosphorus，TP）去除率为85.35%；C组最佳进气量为0.5 L/min，最佳处理温度为25 ℃。结果表明，微纳米曝气联合微生物促生剂的方案在提升水体复氧能力和污染物去除效果方面具有显著优势。

关键词：黑臭水体；处理；微纳米曝气；微生物促生剂

中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）08-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.077

Experimental study on the treatment of black and odorous water Bodies by micro nano aeration combined with microbial growth promoters

YANG Yanfeng

（Meizhou Qianchuan Environmental Engineering Co.， Ltd.， Meizhou 514431， China）

Abstract： The experiment takes water samples collected from typical black and odorous water bodies in Meizhou city as the treatment object， and studies the effect of micro nano aeration combined with microbial growth promoters on the treatment of black and odorous water bodies. Three treatment plans are set up for the experiment， lasting for 27 d. Group A has no aeration and only microbial growth promoters are added; group B uses ordinary aeration combined with the addition of microbial growth promoters; group C adopts micro nano aeration combined with the addition of microbial growth promoters. During the experiment， the dissolved oxygen （DO） concentration in group C increases to 6.2 mg/L， the chemical oxygen demand （CODCr） removal rate is 73.22%， the total nitrogen （TN） removal rate is 93.44%， the ammonia nitrogen （NH3-N） removal rate is 96.11%， and the total phosphorus （TP） removal rate is 85.35%; the optimal intake volume for group C is"0.5 L/min， and the optimal treatment temperature is 25 ℃. The results indicate that the combination of micro nano aeration and microbial growth promoters has significant advantages in enhancing water reoxygenation capacity and pollutant removal efficiency.

Keywords： black and odorous water bodies; treatment; micro nano aeration; microbial growth promoters

近年来，随着工业化和城市化进程的加快，黑臭水体问题在全球范围内日益突出[1]。传统黑臭水体处理方法主要有物理法[2]、化学法和生物法[3]，各有优缺点，但单一处理技术往往难以实现对复杂污染物的高效去除[4]。微纳米曝气技术利用微纳米级气泡高比表面积和高气体传质效率，能够显著提高水体的溶解氧（dissolved oxygen，DO）浓度，促进好氧微生物的生长和代谢，有效降解水体中的有机污染物。微生物促生剂则通过添加有益微生物及其代谢产物，进一步增强微生物群落的活性和数量，加速污染物的分解和转化[5]。将微纳米曝气和微生物促生剂结合，可实现协同增效，提高处理效率和效果稳定性。试验选取梅州市典型黑臭水体的水样作为处理对象，系统考察微纳米曝气联合微生物促生剂处理黑臭水体的效果。

1 试验部分

1.1 试验材料与设备

试验水样采集于梅州市典型黑臭水体，该水体具有明显的黑臭特征，pH为7.2，DO浓度为0.5 mg/L，化学需氧量（chemical oxygen demand，CODCr）为200 mg/L，总氮（total nitrogen，TN）浓度为35 mg/L，氨氮（NH3-N）浓度为25 mg/L，总磷（total phosphorus，TP）浓度为3.0 mg/L。采用自配的微生物促生剂，主要成分为好氧菌、厌氧菌及其代谢产物。普通曝气装置为电磁式空气泵，微纳米曝气装置为微纳米曝气机，黑臭水体处理装置为自制的有机塑料水槽（容积为56 L）。

1.2 试验方法

在试验装置中加入一定量的黑臭水体，每升水样添加0.1 mL微生物促生剂，均匀混合。采用曝气装置，在固定时间曝气2 d，曝气头置于底泥上方5 cm，设置一定的曝气强度。试验期间，水温保持在设定温度，试验持续27 d。每隔3 d检测DO、CODCr、TN、NH3-N、TP和pH等水质指标。试验设置3种处理方案，通过对比分析微纳米曝气联合微生物促生剂处理黑臭水体的效果。A组无曝气，仅投加微生物促生剂；B组采用普通曝气，联合投加微生物促生剂；C组采用微纳米曝气，联合投加微生物促生剂。

2 结果与讨论

2.1 不同曝气方案联合微生物促生剂处理黑臭水体的效果

试验设计3种处理方案（A组、B组和C组），考察第3天、第6天、第9天、第12天、第15天、第18天、第21天、第24天和第27天不同曝气方案联合微生物促生剂处理黑臭水体的效果。结果显示，C组为黑臭水体的最优处理方案，在提升DO浓度以及去除CODCr、TN、NH3-N和TP方面表现出最显著的效果，在各项水质指标的改善上均优于A组和B组。

随着时间推移，A组水中的DO浓度表现为降低趋势，B组和C组水中的DO浓度表现为升高趋势；B组普通曝气使得DO浓度有所提升，但提高幅度不大；在微纳米曝气作用下，C组的DO浓度显著提升，试验结束时DO浓度提高至6.2 mg/L，表明微纳米曝气在提升水体复氧能力方面具有显著优势。随着时间推移，A组、B组和C组水中CODCr浓度整体上均表现为降低趋势；A组无曝气处理，CODCr去除效果较差，浓度下降不显著；B组普通曝气促进部分有机污染物的降解，CODCr浓度下降较快；在微纳米曝气和微生物促生剂的联合作用下，C组CODCr浓度显著降低，去除率达到73.22%，优于B组。因此，微纳米曝气联合微生物促生剂能有效提高有机污染物的降解效率。随着时间推移，A组、B组和C组水中TN浓度均表现为先升高再降低最后趋于稳定的趋势；在曝气情况下，对比A组，B组和C组TN去除能力增强，试验结束时B组和C组TN去除率分别为88.34%、93.44%。微纳米曝气能有效增加水体的DO含量，可生成更多硝态氮到缺氧区进行反消化，更好地净化水质。随着时间推移，A组、B组和C组水中NH3-N浓度均表现为先较小升高然后降低最后稳定的趋势；在曝气情况下，对比A组，B组和C组NH3-N去除能力增强，试验结束时B组和C组TN去除率分别为94.33%、96.11%。微纳米曝气后，水体中氧传质效率提高，硝化反应速率加快。随着时间推移，A组、B组和C组水中，TN浓度整体上均表现为先降低后趋于稳定的趋势；在曝气情况下，对比A组，B组和C组TP去除能力增强，试验结束时B组和C组TP去除率分别为81.22%、85.35%。微纳米曝气可有效提高水体中氧的传质效率，磷的迁移转化能力更强。试验期间，A组、B组和C组水质pH分别稳定在7.5、7.9、8.2左右，曝气能提高微生物生命活动的活跃度，微纳米气泡能提高气液传质效率，同时曝气能吹脱水中的CO2。

2.2 单因素变化对微纳米曝气联合微生物促生剂处理黑臭水体的影响

2.2.1 进气量对污染物去除率的影响

采用不同的进气量（0.0 L/min、0.5 L/min、1.0 L/min、1.5 L/min和2.0 L/min）进行C组试验，考察进气量对黑臭水体污染物去除率的影响。数据显示，进气量为0.5 L/min时，CODCr、TN、NH3-N和TP的去除率均达到最高，分别为69.22%、92.77%、96.09%和84.21%。过高的进气量能进一步提升DO浓度，但也可能加剧水体扰动，影响污染物去除效果。

进气量对CODCr、TN、NH3-N和TP的去除率有显著影响。当进气量为0.0～0.5 L/min时，CODCr去除率呈显著上升趋势，从30%提升至70%。经分析，微纳米曝气增加水体的DO浓度，促进微生物的生长和代谢，提高有机质的降解速度。然而，当进气量不小于1.0 L/min时，CODCr去除率开始下降并趋于平稳，约为65%。原因可能是过高的进气量导致水体扰动加剧，使得底泥中的污染物再次悬浮于水体中，影响去除效果。当进气量为0.0～0.5 L/min时，TN去除率显著提高，从40%增加至大于90%的水平，进气量为0.5 L/min时达到最大值（92.77%）。随着进气量继续增加，TN去除率略有下降，但仍保持在85%左右。适宜的进气量有助于氮素转化和去除，而过高的进气量可能导致氮污染物的再悬浮。当进气量为0.0～0.5 L/min时，NH3-N去除率迅速上升，从50%提升至96%。当进气量超过0.5 L/min后，NH3-N去除率略有下降，稳定在90%左右。适宜的进气量能够最大限度地促进氨氮的降解，而过高的进气量则可能影响微生物的去氨氮活性。当进气量为0.0～0.5 L/min时，TP去除率显著增加，从30%提升至84%。进气量不小于1.0 L/min时，TP去除率有所下降，最终稳定在约75%。适中的进气量有利于磷的去除，而过高的进气量会导致磷污染物的再悬浮，影响去除效果。

2.2.2 温度对污染物去除率的影响

采用不同的温度（5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃和40 ℃）进行C组试验，考察温度对黑臭水体污染物去除率的影响。数据显示，温度为20～30 ℃时，各污染物的去除效果最佳，温度为25～30 ℃时，水体的溶解氧浓度和污染物去除率均达到最高值。综合生产成本等因素，确定最佳处理温度为25 ℃。

温度对CODCr、TN、NH3-N和TP的去除率有显著影响。随着温度从5 ℃上升到20 ℃，CODCr去除率逐渐增加，从30%提升至70%。温度的升高促进微生物的生长和代谢，从而提高有机质的降解效率。温度为20～30 ℃时，CODCr去除率保持在最高水平，约为70%。当温度进一步升高到40 ℃时，CODCr去除率略有下降，约为60%。原因可能是过高的温度抑制部分微生物的活性，导致有机质降解效率下降。随着温度的升高，TN去除率呈现明显的上升趋势。温度为5 ℃时，TN去除率较低，约为30%；温度为20 ℃时，TN去除率显著提高，达到约90%；温度为25～30 ℃时，TN去除率保持在最高水平，达到95%。当温度升高到40 ℃时，TN去除率有所下降，但仍保持在85%左右。在适宜的温度范围内，微生物对氮的去除效果最佳，而过高的温度可能抑制微生物的代谢。温度为5 ℃时，NH3-N去除率较低，约为40%；温度为15～30 ℃时，NH3-N去除率迅速增加，并在30 ℃的温度下达到最大值，约为95%。当温度进一步升高到40 ℃时，NH3-N去除率有所下降，但仍保持在约85%。适宜的温度范围（20～30 ℃）有利于氨氮的降解。随着温度的升高，TP去除率逐渐增加。温度为5 ℃时，TP去除率约为30%；温度为20 ℃时，TP去除率显著提高，达到80%；温度为25～30 ℃时，TP去除率达到最高，约为85%。当温度继续升高到40 ℃时，TP去除率有所下降，但仍保持在70%。适中的温度有助于磷的去除，而过高的温度可能影响微生物的活性。

3 结论

经方案比选，试验确定微纳米曝气联合微生物促生剂（C组）为最佳处理方案。试验期间，C组水中的DO浓度显著提升，最终达到6.2 mg/L，比B组高出约2 mg/L。C组CODCr去除率达到73.22%，明显优于B组的62%。同时，C组的TN去除率为93.44%，NH3-N去除率为96.11%，TP去除率为85.35%。进气量为0.5 L/min时，各项污染物去除率均最高。温度为25 ℃时，污染物去除效果最佳。微纳米曝气显著提高氧传质效率，增强微生物活性，从而实现对CODCr、TN、NH3-N和TP的高效去除。因此，微纳米曝气联合微生物促生剂处理黑臭水体被认为是最优处理方案，具有广泛的应用前景。

参考文献

1 张 铠，王 怡，张 倩，等.微纳米曝气对黑臭水体底泥减量及气溶胶产生的影响[J].中国给水排水，2024（11）：19-23.

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