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微生物菌剂与新型填料联用除磷研究 * 赵江1杨秀丽2蒋素英3储金宇2 1. 镇江市规划设计研究院， 江苏 镇江 212014; 2. 江苏大学环境学院，江苏 镇江 212013; 3. 江苏艾特克环境工程设计研究院有限公司， 江苏 宜兴 214214 摘要 以模拟含磷废水作为研究对象， 研究不同工况条件下， 复合微生物制剂、 新型填料以及复合微生物制剂与新型填 料结合对模拟含磷废水中磷的去除效果。实验结果表明 复合微生物制剂在曝气并且与新型填料结合的条件下对总 磷的去除效率较高。对 ρ COD＜1 000 mg/L， ρ TP 为15. 34 ～20. 96 mg/L 的模拟含磷废水进行总磷的去除， 其最佳 工况参数为 复合微生物制剂投加量为 0. 2 g/L， pH 值为 9， 曝气时间为 48 h， 反应时间为 60 h。 关键词 复合微生物制剂; 模拟含磷废水; 总磷; 双环; 玄武岩纤维 DOI 10. 7617/j. issn. 1000 －8942. 2013. 04. 006 RESEARCH ON EFFECT OF REMOVING PHOSPHORUS WITH THE COMBINATION OF COMPOSITE MICROBIAL AGENTS AND NEW TYPE PACKING Zhao Jiang1Yang Xiuli2Jiang Suying3Chu Jinyu2 1. Zhenjiang Institute of Planning and Design，Zhenjiang 212014，China; 2. College of Environmental Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China; 3. Jiangsu Aiteke Environmental Engineering Design Institute Co． ，Ltd，Yixing 214214，China AbstractUnder different operating conditions，the phosphorus removal effect of simulative phosphorus water was studied by composite microbial agents，new type packing and the combination of composite microbial agents and new type packing． It was demonstrated thatthe combination of compound microbial agents and new type packing had a better effect on the removal of total phosphorus in the condition of aeration． When removing TP in the simulated phosphorus- containing wastewater of COD ＜ 1 000 mg/L and TP 15. 34 ～ 20. 96 mg/L，the optimum process parameters were as followsthe dosage of composite microbial agents was 0. 2 g/L，pH was 9，the aeration time was 48 h and the reaction time was 60 h． Keywordscomposite microbial agents;simulative phosphorus water;total phosphorus;two- ring;basalt fiber packing * 江苏省国际科技合作项目 BZ2011056 。 0引言 随着经济发展、 人口增长， 人类对环境的开发利 用程度在不断增加， 含磷洗涤剂和农业化肥的大量使 用， 家禽粪便的肆意处理， 最终均随着城市污水直接 排入江河湖泊， 从而增加了水体中营养物质的负荷， 引起水体富营养化［1- 2 ］。在引起水体富营养化污染的 氮、 磷主要化合物中， 磷是造成水体富营养化最根本 的因素 ［3- 5 ］。目前国内外常用的除磷法有物理、 化学、 生物法 ［6 ］。与其他两种方法相比， 生物除磷法具有 成本低、 无二次污染等独特的优势［7 ］。生物除磷是 通过特殊的聚磷菌厌氧释放磷和好氧吸收磷来达到 除磷目的 ［8- 10 ］。然而富营养化水体水量大， 影响因素 多， 传统的生物处理法已不能满足要求［11 ］， 因此直接 投菌技术逐渐受到关注［12- 14 ］。目前国内已有利用投 加菌剂改善富营养化水体的研究报道［15- 19 ］， 但是处 理效果好的菌剂还较少。如何找到除磷效果好的微 生菌剂以及让其发挥最大的作用是关键。本研究采 用基于复合微生物制剂生物膜法的除磷工艺， 通过实 验研究得出处理模拟含磷废水的最佳工况参数， 用于 指导实际应用。 1实验部分 1. 1材料 复合微生物制剂为江苏艾特克环境设计研究院 有限公司提供的高性能菌剂， 该生物制剂是用加工成 12 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 沙状的沸石作为它的培养基， 经过特殊的手段使得微 生物处于休眠状态; 当微生物接触到水或腐败有机物 立即活化并大量繁殖， 该生物制剂里面包含着好氧、 厌氧两类微生物， 对污水具有较强的适应能力。 填料 7 μm 的玄武岩纤维材质的组合双环填料。 由中心绳、 玄武岩纤维束、 填料片、 套管等组成， 其结 构是将塑料圆环压扣双圈大塑料环， 将玄武岩纤维束 压在环的环圈上， 使得纤维束分布均匀; 内圈是三角 状塑料枝条， 尺寸为 25 cm 10 cm。填料悬挂在框 架上， 填料底部栓在绳子上使其均匀垂直， 悬挂密度 为每个 5 000 mL 烧杯中悬挂 3 个。 实验采用自配模拟含磷废水成分如表 1 所示。 表 1模拟含磷废水成分 Table 1The composition of simulated wastewater 名称质量浓度/ g L －1 名称质量浓度/ g L －1 葡萄糖0. 15可溶性淀粉0. 15 CH3COONa0. 20 蛋白胨0. 15 牛肉膏0. 08 NH4 2SO4 0. 15 KH2PO40. 07Na2CO30. 06 尿素0. 60十二烷基磺酸钠0. 06 1. 2测定方法 总磷的测定采用钼酸铵分光光度法; pH 的测定 采用 PHS- 1 型酸度计; COD 浓度的测定采用快速烘 箱法 重铬酸钾法; 温度的测定采用温度计。 2对比实验 由于复合微生物制剂中包含好氧、 厌氧两类微生 物， 为了确定其合适的反应条件， 先进行对比实验。 对比实验设计见表 2。 表 2不同的设计对比实验 Table 2Contrast test of different designs 标号工况条件 1复合微生物制剂曝气 2玄武岩纤维填料曝气 3复合微生物制剂玄武岩纤维填料曝气 4复合微生物制剂不曝气 5复合微生物制剂玄武岩纤维填料不曝气 向5 个5 000 mL 的烧杯中注入5 000 mL 的自配 模拟含磷废水并分别编号， 在温度为 28 ℃， pH 7 的 条件下， 分别投加 0. 1 g/L 复合微生物制剂以及放入 等量的组合双环玄武岩纤维填料， 连续反应60 h。不 同对比实验的去除情况如图 1 所示。 由图 1 可知 1在曝气情况下 1 号、 2 号、 3 号烧 杯中的总磷浓度都有所降低， 其中 3 号烧杯中的磷去 除效果最好， 去除率达 58. 24， 这主要是因为 1 号 图 1不同条件下总磷的去除效果 Fig. 1Removal rate of TP under different conditions 烧杯中菌体在水体中没有附着物， 导致其菌体不能大 量增殖; 2 号烧杯中只有填料没有复合微生物制剂， 无法吞噬大量的磷; 3 号烧杯中复合微生物制剂与组 合双环玄武岩纤维填料结合， 组合双环玄武岩纤维填 料为微生物的生长提供了好的场所， 形成了均匀的生 物膜， 除磷效果较高。24 号、 5 号烧杯中磷的浓度 与其他 3 个相比， 不但没有降低， 反而升高， 这主要是 4 号、 5 号烧杯中没有曝气， 长时间的处理， 使得菌体 处于厌氧或缺氧状态， 该状态下菌体大量释磷。 3结果与分析 根据对比实验确定复合微生物制剂在曝气， 并与 组合双环玄武岩纤维填料结合的条件下进行实验。 本实验主要研究复合微生物制剂投加量、 曝气时间、 反应时间和初始 pH 值四种因素下， 复合微生物制剂 与组合双环玄武岩纤维填料结合对模拟含磷废水中 总磷的去除效果， 并找出最佳除磷工艺参数。 3. 1反应时间与曝气时间单因素实验 向5 个5 000 mL 的烧杯中注入5 000 mL 的自配 模拟含磷废水并分别编号， 各自投加 0. 1 g/L 的复合 微生物制剂以及放入等量的组合双环玄武岩纤维填 料。在 pH 7， 温度为 28 ℃的条件下 1 号烧杯保持 曝气 6 h， 连续反应 18 h; 2 号烧杯保持曝气 18 h， 连 续反应 36 h; 3 号烧杯保持曝气 36 h， 连续反应 48 h; 4 号烧杯保持曝气48 h， 连续反应60 h; 5 号烧杯保持 曝气 60 h， 连续反应 60 h， 在这个过程中连续测定总 磷的去除情况， 实验结果如图 2 所示。 由图 2 可知 1对于总磷的去除， 要达到一定的 反应时间。反应时间较短， 磷的去除率较低， 这主要 是因为反应时间较短， 小于复合微生物制剂中的聚磷 菌的繁殖周期时间， 聚磷菌没有得到大量的繁殖， 在 水体中没有成为优势菌种。 22 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 图 2反应时间和曝气时间对总磷去除效果的影响 Fig. 2The effect of reaction time and aerated time on removal rate of TP 2反应时间较短时， 曝气时间相应加长， 对磷的 去除效果较好; 反应时间较长时， 过长的曝气时间反 而不利。这主要是因为在相对较短的反应时间内， 曝 气时间相对加长， 会使聚磷菌体内的新陈代谢达到最 佳状态， 体内的聚羟基丁酸酯 PHB 得到完全性的消 耗， 促进聚磷; 当反应时间较长， 需相对缩短曝气时 间， 过长的曝气时间会过度消耗聚磷菌体内的 PHB， 这样不利于聚磷菌的聚磷能力的保持［20 ］。 3 在曝气时间为 48 h， 反应时间为 60 h 的条件 下， 复合微生物制剂与组合双环玄武岩纤维填料结合 对模拟含磷废水中总磷的去除效果最好， 去除率达 48. 68。 3. 2复合微生物制剂投加量单因素实验 向5 个5 000 mL 的烧杯中注入 5 000 mL 的自配 模拟含磷废水， 在 pH 7， 温度为 28 ℃的条件下， 分别 投加0. 01， 0. 05， 0. 1， 0. 2， 0. 4 g/L 的复合微生物制剂 以及放入等量的组合双环玄武岩纤维填料， 保持曝气 48 h， 连续反应60 h， 测定总磷去除效果， 结果见表3。 表 3复合微生物制剂投加量对总磷去除效果的影响 Table 3The effect of composite microbial agent dosage on TP removal rate 投加量/ g L －1 C1/ mg L －1 C2/ mg L －1 C3/ mg L －1 C0/ mg L －1 去除率/ 0. 0010. 23712. 47614. 98715. 43226. 50 0. 0114. 52313. 79515. 01215. 09628. 10 0. 0515. 01114. 99715. 10915. 20127. 40 0. 112. 89711. 99810. 01210. 93947. 90 0. 212. 19611. 21210. 91210. 47750. 10 0. 411. 89711. 75612. 03212. 87138. 70 注 原水总磷的浓度为 20. 996 mg/L; C1、 C2、 C3、 C0为不同时间测 得的总磷浓度。 从表 3 可以看出 随着复合微生物制剂投加量的 不断增加， 总磷的去除率不断提高， 当复合微生物制 剂投加量大于 0. 1g/L 时， 对磷的去除才有明显效果， 当复合微生物制剂投加量达到 0. 2 g/L 时磷的去除 效果达到最好， 比对照组提高 33. 3， 但是当复合微 生物制剂投加量超过 0. 2 g/L 时， 投加量的增加反而 导致去除率下降， 这可能是因为复合微生物制剂中也 含有一定量的磷， 投加量过大时， 会对原水中的磷有 显著的提高， 这样在表观测量上就表现为去除效果有 所下降。所以确定最佳复合微生物制剂投加量为 0. 2 g/L。 3. 3初始 pH 单因素实验 向5 个5 000 mL 的烧杯中注入5 000 mL 的自配 模拟含磷废水， 在温度为 28 ℃ 条件下， 各自投加 0. 2 g/L复合微生物制剂以及放入等量的组合双环玄 武岩纤维填料， 调节各个烧杯中的 pH， 分别为 3、 5、 7、 9、 11。保持曝气 48 h， 连续反应 60 h， 测定总磷的 去除效果， 结果如表 4 所示。 表 4不同 pH 值对总磷去除效果的影响 Table 4The effect of different pH value on TP removal rate pH C1/ mg L －1 C2/ mg L －1 C3/ mg L －1 C0/ mg L －1 去除率/ 314. 23713. 47613. 98712. 79216. 50 514. 12313. 79511. 91211. 01528. 10 712. 0119. 9868. 4327. 75249. 40 97. 8977. 1986. 9726. 45057. 90 119. 9619. 2128. 9127. 84449. 80 注 原水总磷的浓度为 15. 320 mg/L; C1、 C2、 C3、 C0为不同时间测 得的总磷浓度。 从表 4 可以看出 在酸性条件下， 磷的去除率较 低， 随着 pH 值从酸性到碱性的变化， 磷去除率在不 断增 加。pH 值 为 9 时，磷 的 去 除 率 最 好，达 57. 90， 这主要是因为复合微生物制剂里的聚磷菌 适合生活在中性及偏碱的环境， 在中性及偏碱的环境 下， 聚磷菌能够迅速发展成为水体中的优势菌， 大量 繁殖吸收水体中的磷。 3. 4不同 COD 浓度单因素实验 向5 个5 000 mL 的烧杯中注入5 000 mL 的不同 COD 浓度的模拟含磷废水， 在 pH 7， 温度为 28 ℃ 的条件下， 分别投加 0. 2 g/L 复合微生物制剂以及放 入等量的组合双环玄武岩纤维填料， 保持曝气 48 h， 连续反应 60 h， 测定总磷的去除效果， 实验结果见 表 5。 32 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 表 5不同 COD 浓度对总磷去除效果的影响 Table 5The effect of different COD concentration on TP removal rate ρ COD / mg L －1 ρ 原水磷 / mg L －1 C2/ mg L －1 C1/ mg L －1 C0/ mg L －1 去除率/ 105. 496. 596. 015. 935. 8611. 08 301. 7512. 7611. 9510. 469. 2927. 19 485. 2817. 5414. 9511. 328. 0154. 33 967. 8729. 9424. 1814. 3712. 8956. 95 1594. 0856. 6447. 5940. 4937. 3134. 13 注 C2、 C1、 C0为不同时刻测得的总磷浓度。 从表 5 可以看出 当模拟含磷废水 COD 浓度较 低时， 磷去除率较低， 随着 COD 浓度的增加， 磷去除 率也显著增加， 当 ρ COD 增加到 967. 87 mg/L 时， 磷去除率与 ρ COD 为 485. 28 mg/L 时的磷去除率 相差不大。之后随着 COD 浓度的继续增加， 磷的去 除率反而降低。这可能是因为聚磷菌是一种异养型 微生物， 它的生存繁殖必须依靠有机物作为碳源。当 COD 浓度较低时， 聚磷菌合成的聚羟基烷酸 PHA 量太少， 影响了磷的吸收。随着 COD 浓度的增加， 有 机物的浓度满足聚磷菌对碳源的需要， 磷的去除率会 显著增加。ρ COD 继续增加， 有机物不能被聚磷菌 全部利用时， 多余的有机物会为其他非聚磷菌提供有 利的条件， 使得非聚磷菌大量繁殖， 聚磷菌不再是优 势菌体， 磷的去除率下降 ［10 ］。 4结论 1复合微生物制剂在曝气且与组合双环玄武岩纤 维填料结合条件下， 对模拟含磷废水的去除效果较好。 2在复合微生物制剂与组合双环玄武岩纤维填 料结合的条件下， 当模拟含磷废水的 ρ COD 高于 1 000 mg/L时， 对磷的去除具有抑制作用。 3对于原水总磷浓度在 15. 34 ～20. 96 mg/L 变 化的模拟含磷废水， 去除模拟含磷废水中磷所需的复 合微生物制剂投加量较大， 同时在中性及偏碱的条件 对磷的去除率较高， 最佳工况参数为 反应时间60 h， 曝气时间48 h， 复合微生物制剂投加量 0. 2 g/L， pH 9， 最大去除率为 57. 9。 参考文献 ［1］李根东，刁树申． 废水生物除磷技术探讨［J］ ． 环境技术， 2005， 37 1 37- 38. ［2］俞栋，谢有奎，方振东，等． 污水除磷技术的现状与发展［J］． 重庆工业高等专科报， 2004， 19 1 9- 12. ［3］郑兴灿，李亚新． 污水除磷脱氮技术［ M］ ． 北京中国建筑工 业出版社， 1998. ［4］龙腾锐，郭劲松，高旭，等． 连续流间歇曝气工艺脱氮除磷研 究［J］． 中国环境科学， 2000， 20 4 366- 370. ［5］梁越敢，梁睿． SBR 法对生活污水除磷效果的研究［J］ ． 安徽 农业大学学报， 2008， 35 2 280- 283. ［6］吴燕，安树林． 废水除磷方法的现状与展望［J］． 天津工业大 学学报， 2000， 20 1 75- 78. ［7］徐亚同． 废水的生物除磷 ［ J］ ． 环境科学研究， 1994， 7 5 2- 6. ［8］曹海艳，孙云丽，刘必成， 等． 废水生物除磷技术综述［ J］． 水 科学与工程技术， 2006， 5 1 25- 28. ［9］杨朝晖，曾光明，李小明，等． 废水生物脱氮除磷机理与技术 研究的进展［ J］ ． 四川环境， 2002， 21 2 25- 29. ［ 10］行智强，陈银广，杨海真． 影响强化生物除磷的关键因素研究 进展［J］． 环境保护科学， 2006， 32 1 31- 33. ［ 11］吕乐，尹春华，许倩倩，等． 环境有效微生物菌剂治理蓝藻水 华研究［ J］ ． 环境科学与技术， 2010， 33 8 2- 5. ［ 12］Gatesoupe F J．The use of probiotics in aquaculture ［J］． Aquaculture， 1999， 180 1- 2 147- 165. ［ 13］Grommen R，Hauteghem I V，Wambeke M V，et al． An improved nitrifying enrichmenttoremoveammoniumandnitritefrom freshwater aquaria systems［J］ ． Aquaculture，2002，211 1/4 115- 124. ［ 14］Vezzulli L，Pruzzo C，Fabiano M．Response of the bacterial community to in situ bioremediation of organic- rich sediments［J］． Marine pollution bulletin， 2004， 49 9/10 740- 751. ［ 15］杨淑珍，陈健，陈高云，等． 微生物菌剂治理蓝藻水华研究 ［ J］ ． 环境科学与技术， 2008， 31 12 45- 49. ［ 16］曹式芳，庞金钊，杨宗政，等． 生物技术治理富营养化景观水 体的研究［ J］． 天津轻工业学院学报， 2002， 43 4 1- 3. ［ 17］庞金钊，杨宗政，孙永军，等． 投加优势菌净化城市湖泊水 ［ J］ ． 中国给水排水， 2003， 19 6 51- 52. ［ 18］王琳，王迎春，李季，等． 微生物菌剂处理富营养化景观水体 的室内试验研究［J］． 农业环境科学学报，2007，26 1 88- 91. ［ 19］邵青． EM 除磷效果初探［J］ ． 工业水处理，2001，21 2 16- 18. ［ 20］蒋山泉，翟俊，肖海文， 等． 序批式生物膜工艺 SBBR 同步脱 氮除磷研究［ J］ ． 四川大学学报， 2006， 40 1 65- 68. 作者通信处储金宇212013江苏省镇江市学府路301 号环境学院 E- mailjychu ujs． edu． cn; yangxiuli123456126． com 2012 －12 －29 收稿 42 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期
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