食藻虫联合高效菌剂处理富营养化水体<sup>*</sup>

目前水体富营养化已成为我国地表水重大水环境问题[1]，对水生态系统造成严重的负面影响，尤其对淡水水域的水环境质量影响更大，从而对当地居民的饮用水产生安全隐患[2]。因此，对富营养化水体的治理刻不容缓。目前，我国80%以上的湖泊、河流存在不同程度的富营养化，而且范围在不断扩大，程度不断加深，国内外针对水体的富营养化问题做了大量研究[3，4]，但食藻虫联合菌剂治理富营养化水体显见报道。食藻虫在食物链中作为次级生产者，捕食水中的藻类和微小颗粒，参与生态系统的能量流动和信息传递过程，其种类和数量影响其他水生生物的分布[5-7]。本研究以食藻虫、高效菌剂为材料，通过正交试验和单因素试验探究食藻虫联合高效菌剂对富营养化水体中TN和TP去除效果及反应机理。

1 试验部分

1.1 试验材料

水样取自六安市金寨县某富营养化河道，水质ρ(TN)为24.6 mg/L，ρ(TP)为3.5 mg/L，pH为6.7；食藻虫幼体购自上海太和水环境科技有限公司，在实验室对食藻虫进行驯化，达到其最优觅食效果；高效菌剂从爆发的富营养化水体中通过分离、纯化以及正交试验培育筛选的新型菌剂，其由光合菌、枯草芽孢杆菌、孔酸菌、硝化菌类等多种微生物组成，高效菌剂中多种微生物相互协同，使得其降解效果较单一菌株要好[8，9]。

1.2 试验装置及方法

试验采用自行设计的反应装置，尺寸为20 cm×20 cm×40 cm(长×宽×高)。在不同温度和反应时间下，分别在反应器中投加适量的食藻虫和高效菌剂，搅拌、静置。反应结束后，计算TN、TP去除率[10]。pH采用便携式检测仪测定；TN采用过硫酸钾-紫外分光光度法测定；TP采用钼锑抗分光光度法测定。

1.3 试验设计

考虑实际工程应用，需综合分析各种影响因子对富营养化水体的处理效果，选取以下影响因素：食藻虫和高效菌剂的质量比、pH值、反应温度和反应时间，每个因素各选择4个水平，选用L16(44)正交表进行试验，具体因素水平设置如表1所示。

2 结果与分析

2.1 正交试验

将表1所示的影响因子与水平进行L16(44)正交试验，试验结果如表2—3所示。可知：m(食藻虫)∶m(高效菌剂)、pH、反应温度和反应时间对TN、TP去除率均产生不同程度影响。其中，对TN去除率的影响顺序为m(食藻虫)∶m(高效菌剂)>反应温度>反应时间>pH。当m(食藻虫)∶m(高效菌剂)为3∶1，pH为7，温度为25 ℃，反应时间为2 h时，对TN处理效果最好，去除率可达40.5%；对TP去除率的影响顺序为m(食藻虫)∶m(高效菌剂)>反应时间>反应温度>pH，m(食藻虫)∶m(高效菌剂)为2∶1，pH为6，温度为35 ℃，反应时间为1.5 h时，对TP处理效果最好，去除率可达42.8%。通过正交试验分析及食藻虫和菌剂的性能研究得出，影响TN、TP去除效果的最主要因素是m(食藻虫)∶m(高效菌剂)。

2.2 单因素试验

2.2.1 食藻虫和高效菌剂配比对处理效果的影响

调节水体pH至7.0，温度为35 ℃，通过改变食藻虫的投加量，使食藻虫和高效菌剂的质量配比分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1和6∶1。反应2 h后分别取样测定，计算不同条件下TN、TP的去除率，试验结果如图1所示。

由图1可知：TN、TP去除率呈先增后降的趋势，在食藻虫和高效菌剂投加量为1∶1时，TN、TP的去除率最低；随着食藻虫的投加量增大，TN、TP去除率均呈增大趋势，在比值为5∶1时，TN、TP去除率均达到最大，分别为40.31%、38.22%，主要是因为饥饿胁迫导致食藻虫对TN、TP摄食率显著增加。另外，食藻虫摄食浮游植物，一定程度上降低了水体的叶绿素含量，提高透明度，改善了水体的光照条件，使得菌剂中的光合细菌利用光能进行能量代谢，有效降解水体中的氨氮及其他有机物。当食藻虫投加过量时，TN、TP去除率又明显下降。这是因为大量的食藻虫在捕食藻类的同时排放一定量的溶解性有机碳，使得水体中N、P等营养元素过多[11，12]，导致水体中N、P元素浓度增大，水质恶化。另外，由于细菌的代谢繁殖活动消耗水中的活性磷酸盐，并将有机磷转化为无机磷，导致水体中磷元素增加[13]。

2.2.2 pH值对处理效果的影响

取适量水样，分别将pH调至4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0。在m(食藻虫)∶m(高效菌剂)为5∶1，温度为35 ℃，反应2 h后分别取样测定，计算TN、TP去除率，探讨pH值对吸附效果的影响，试验结果如图2所示。

由图2可知：随着pH的增大，TN、TP去除率呈先增后降的趋势，试验开始时TN、TP去除率逐渐增加，主要是因为pH的增大对食藻虫体内消化酶有着一定的刺激作用，提高了食藻虫的摄食和消化能力；另外，pH的增大提高了菌剂中枯草芽孢杆菌膜的渗透性，枯草芽孢杆菌会分泌大量的淀粉酶等胞外酶，迅速降解水体中的有机物，提高食藻虫的生长率和对营养物质的吸收。当pH为7.0时，TN、TP去除率均达到最大，分别为36.49%、34.56%。pH>7.0时，TN、TP的去除率逐渐降低，主要是因为pH的增大会解离微生物细胞质膜上的活性基团，而微生物细胞质膜上的活性基团对营养物质的吸收作用与pH密切相关。pH过低或过高，对食藻虫的摄食速度、微生物细胞的繁殖速率均会产生不利影响，从而影响水体中N、P的降解[14，15]，抑制高效菌剂与水体中有机物的结合。

2.2.3 反应温度对处理效果的影响

取适量水样，m(食藻虫)∶m(菌剂)为5∶1，pH为7，反应2 h后分别取样测定，反应温度对TN、TP去除效果的影响结果如图3所示。

温度是影响浮游动物生长、繁殖和数量变化极为重要的因素，且会影响动物的摄食效率，加快食藻虫生长繁殖及菌剂中微生物繁殖，促进富营养化水体有害物质的吸收[16-18]。由图3可知：反应温度为15～35 ℃时，TN、TP去除率随温度的升高而增加，当温度达到35 ℃时，TN、TP去除率均达到最大，分别为44.34%、42.29%。这主要是因为温度升高可加快微生物的新陈代谢，间接制约水体中N、P等理化因子的含量。温度继续升高，则会影响食藻虫正常生理活动，生长繁殖受到抑制，活动能力降低，导致其摄食率降低并开始出现死亡[19]。同时，温度过高或过低均会抑制微生物的活动和酶的活性，使得菌剂中微生物生长受到影响，导致水体中TN、TP去除率降低[20]。

2.2.4 反应时间对处理效果的影响

取适量水样，反应温度为35 ℃，m(食藻虫)∶m(菌剂)为5∶1，pH为7.0，改变反应时间，探讨反应时间对TN、TP去除效果的影响，试验结果如图4所示。

由图4可知：当反应时间<2 h时，TN、TP的去除效果随着时间的增加而提高，上升趋势由慢到快。由于菌剂在开始时处于细菌的调整期，数量较少；随着时间的增加，菌剂进入细菌对数期和稳定期，增强了TN、TP的去除效果。当反应时间为2 h时，食藻虫联合菌剂对富营养化水体中的N、P吸附基本达到平衡，TN、TP去除率达到最大，分别为46.62%、48.86%。当反应时间>2 h的N、P的去除效果逐渐降低，主要是因为反应进行到一段时间后，随着营养物质的消耗，难以维持食藻虫的增长，数量开始下降，甚至死亡，且菌剂中的硝化菌经亚硝化作用产生过量的亚硝酸盐，降低了TN、TP的去除效果。

3 结论

通过对富营养化水体进行食藻虫和菌剂联合试验，探讨了两者的质量比、反应温度、pH和反应时间4个因素对富营养化水体处理效果的影响，其结论如下：

1)m(食藻虫)∶m(菌剂)、pH、反应温度和反应时间的升高均有利于提高N、P去除率；但随着取值不断上升并超过特定值后，对N、P的去除率则出现不同程度的负影响。

2)通过单因素和正交试验可得，食藻虫联合高效菌剂处理富营养化水体的最优化条件为：m(食藻虫)∶m(高效菌剂)为5∶1，pH值为7.0，反应时间为2 h，反应温度为35 ℃，TN和TP的去除率达到最大，分别为46.62%、48.86%。

3)食藻虫联合高效菌剂处于富营养化水体具有能耗低、投资少、去除效率高的优点，在富营养化水体中可与水生植物等其他技术联合应用。该研究可为实际工程应用提供理论基础和技术支持。

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食藻虫联合高效菌剂处理富营养化水体*

0 引言

1 试验部分

1.1 试验材料

1.2 试验装置及方法

1.3 试验设计

2 结果与分析

2.1 正交试验

2.2 单因素试验

3 结论

TREATMENT OF WATER EUTROPHICATION WITH DAPHNIA MAGNA AND A NEW HIGH-EFFICIENCY FUNGICIDE

食藻虫联合高效菌剂处理富营养化水体*

0 引 言

1 试验部分

1.1 试验材料

1.2 试验装置及方法

1.3 试验设计

2 结果与分析

2.1 正交试验

2.2 单因素试验

3 结 论

TREATMENT OF WATER EUTROPHICATION WITH DAPHNIA MAGNA AND A NEW HIGH-EFFICIENCY FUNGICIDE

0 引言

3 结论