王 婷，趙仕沛，何新生，孫志華，馬 南

(河南省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，河南 鄭州 450001)

當(dāng)前，城市化進(jìn)程加快，工程用水、生活用水等逐漸增多，其排放的污水也越來(lái)越多。在這個(gè)背景下，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都開始研究污水處理方法。其中，Bojanowska-CzajkaAnnaa等[1]研究了電離輻射降解城市污水處理廠污水中的雙氯芬酸，該研究是用伽馬射線和電子束進(jìn)行的，研究發(fā)現(xiàn)使用伽馬輻射時(shí)，其降解效率更高，這很可能是由于電子束穿透污泥層的深度有限；Wang，R.等[2]研究了污水處理用含硅、鋁和淀粉的絮凝劑，在本研究中，通過(guò)聚合和包衣工藝成功地合成了一種新型復(fù)合絮凝劑，其由淀粉包覆的Na2SiO3·9H2O和Al2(SO4)3·18H2O組成。新型絮凝劑具有高效、環(huán)保的特點(diǎn)；毛珊瑛等[3]研究了基于生態(tài)修復(fù)的污水處理技術(shù)可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，該體系主要設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用層次分析法對(duì)指標(biāo)賦權(quán)，采用多屬性效用法評(píng)價(jià)社會(huì)因素。上述研究?jī)?nèi)容均能夠?yàn)槲鬯幚硖峁﹨⒖?，但是在污染物的去除率上效果不是特別好，為了及時(shí)處理污水，需要研究一個(gè)新的污水應(yīng)急處理方法。環(huán)保酵素含有各種有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)鹽，其可溶于水，可轉(zhuǎn)換，同時(shí)也是催化劑的主要成分。環(huán)保酵素可以作為一種清潔劑，可以加速油脂的分解，抑制水體的富營(yíng)養(yǎng)化，降低 COD，提高農(nóng)藥的降解速度，抑制細(xì)菌等，在處理大氣和廢水中起到了很好的作用。應(yīng)用環(huán)保酵素技術(shù)的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用到污水應(yīng)急處理中。

1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

實(shí)驗(yàn)中所應(yīng)用的主要儀器[4]與設(shè)備見表1。

表1 主要儀器設(shè)備Tab.1 Main instruments and equipment

本實(shí)驗(yàn)所收集的新鮮蔬菜來(lái)自于校園周邊水果蔬菜市場(chǎng)的新鮮餐廚垃圾[5]、水果果皮[6]等，實(shí)驗(yàn)用水直接從實(shí)驗(yàn)室中提取。環(huán)保酵素的綠植制作配比見表2。

表2 環(huán)保酵素的綠植制作配比Tab.2 Green plant production ratio of environmental protection enzymes

在好氧、厭氧發(fā)酵3個(gè)月后，該菌株的生長(zhǎng)狀況得到了較好的控制。有氧發(fā)酵[7]，可分解果皮中的粗纖維[8]，使反應(yīng)迅速，大型物料分解為細(xì)小物料，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的細(xì)菌和有害物質(zhì)[9]。制作過(guò)程如圖1所示。

圖1 環(huán)保酵素制作過(guò)程Fig.1 Production process of environmental protection enzyme

因此，在發(fā)酵過(guò)程中，必須要有氧的加入，不過(guò)發(fā)酵到了1個(gè)多月之后，就要將發(fā)酵瓶的蓋子封住，讓發(fā)酵的過(guò)程進(jìn)行無(wú)氧發(fā)酵，這樣可以保留活性物質(zhì)[10]，同時(shí)還可以將之前的有氧反應(yīng)中的危險(xiǎn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有效物質(zhì)。一段時(shí)間后，發(fā)酵液由渾濁變澄清[11]，果皮下沉，pH值[12]下降到3～4，基本判定成熟即可。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 環(huán)保酵素微生物檢測(cè)

在生產(chǎn)環(huán)境酵素[13]之后，從當(dāng)日起，在第1、14、28、42、56、70 d中，對(duì)2個(gè)環(huán)境酵素中的菌落總數(shù)、酵母菌和霉菌測(cè)定[14]，霉菌[15]、酵母按GB 4789.15—2016檢測(cè)[16]。于環(huán)境發(fā)酵后30 d，分別對(duì)2種環(huán)保酵素、沙門氏菌、志賀菌、金黃色葡萄球菌[17]4種細(xì)菌進(jìn)行了測(cè)定。其中，大腸桿菌[18]計(jì)數(shù)參照GB 4789.3—2016；沙門氏菌參照GB 4789.4—2016；志賀氏菌參照國(guó)標(biāo)GB 4789.5—2012。

2.2 環(huán)保酵素主要功效酶活力測(cè)定

在制作環(huán)保酵素后30 d，分別對(duì)2種環(huán)保酵素、脂肪酶、α-淀粉酶進(jìn)行酶活性測(cè)定[19]，其中，以 GB/T 23527—2009測(cè)定蛋白酶的活力[20]。

2.3 環(huán)保酵素有機(jī)酸的定性和定量測(cè)定

在環(huán)境發(fā)酵后30 d，以 HPLC法測(cè)定了環(huán)保酵素中各個(gè)指標(biāo)的含量。

3 污水水質(zhì)指標(biāo)

以某水務(wù)公司的污水水樣為例，該地污水外觀呈灰黑色，并有一定的臭味，如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象Fig.2 Experimental subjects

主要的水質(zhì)指標(biāo)見表3。

通過(guò) Spss20.0、Excel2010、 Sigmaplot13.0等軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和圖形處理。

表3 污水主要水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Testing standard of main water quality index of sewage

4 結(jié)果分析

4.1 環(huán)保酵素投加量的影響

通過(guò)實(shí)驗(yàn)探討不同比例環(huán)保酵素對(duì)污水各項(xiàng)指標(biāo)的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 環(huán)保酵素的投加量對(duì)河涌污水各指標(biāo)去除率的影響Fig.3 Effect of amount of environmental protection enzyme on removal rate of each index of river sewage

由圖3能夠發(fā)現(xiàn)，在處理時(shí)間增加后，CODcr、總磷和總氮的去除率呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)。在各項(xiàng)指標(biāo)處理中，第3天的變化最大，說(shuō)明環(huán)保酵素應(yīng)用時(shí)，需要一定的時(shí)間才能夠發(fā)揮作用，在處理1周后，去除率達(dá)到最高。其中，在環(huán)保酵素投配比上也有一定的差距，在投配比為1∶1 000 時(shí)，CODcr、總磷和總氮的去除率是最大的，并且去除率能夠達(dá)到國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。在污水投加環(huán)保酵素處理后，污水中的pH變化情況如圖4所示。

圖4 pH值變化Fig.4 Change of pH value

基于圖4能夠發(fā)現(xiàn)，在投加環(huán)保酵素后，pH值先出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，pH值隨著投加量的增加而減小。

4.2 環(huán)保酵素陳化時(shí)間的影響

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取酵素與污水的投配比為1/1 000，研究環(huán)保酵素陳化時(shí)間對(duì)污水中各項(xiàng)指標(biāo)去除率的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 環(huán)保酵素陳化時(shí)間對(duì)污水各指標(biāo)去除率的影響Fig.5 Effect of aging time of environmental protection enzymes on the removal rate of various indexes of sewage

由圖5可知，不同陳化時(shí)間處理的環(huán)保酵素均對(duì)河涌污水各指標(biāo)有去除效果，隨著處理時(shí)間的增加，污水各項(xiàng)指標(biāo)的去除率逐漸增大。經(jīng)過(guò)對(duì)比可知，本文選擇的1年、2年、3年酵素中，陳化3年的環(huán)保處理效果最好，尤其是在總氮的去除率上。

4.3 環(huán)保酵素制作材料的影響

選取酵素與污水的投配比為1/1 000、陳化3年的環(huán)保酵素，不同制作原料的環(huán)保酵素對(duì)污水各指標(biāo)的去除率是不同的。為保證達(dá)到最優(yōu)的去除效果，分析制作材料對(duì)各指標(biāo)的影響，結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同制作原料的環(huán)保酵素對(duì)污水各個(gè)指標(biāo)的去除率Fig.6 Removal rate of various indicators of sewage by environmental protection enzymes from different raw materials

基于圖6可知，在超過(guò)3 d后，各項(xiàng)指標(biāo)的去除率都逐漸增多，經(jīng)過(guò)對(duì)比能夠發(fā)現(xiàn)，在各個(gè)指標(biāo)去除上，能夠看到COD去除率、總磷去除率、總氮去除率中混合類酵素的去除率均高于其他原料的酵素，因此，混合類酵素去除效果最好。

4.4 pH的影響

pH會(huì)對(duì)環(huán)保酵素反應(yīng)環(huán)境的污水處理產(chǎn)生影響，影響的結(jié)果如圖7所示。

圖7 pH對(duì)環(huán)保酵素處理污水各指標(biāo)的去除率Fig.7 Effect of pH on removal rate of various indicators of environmental enzyme treated sewage

在COD的去除效率和總磷的去除效率上，投加環(huán)境酶的污水均高于pH值為7的對(duì)照組，連續(xù)處理一周后，投加環(huán)境酶的污水的各項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)的去除率均高于對(duì)照組。在試驗(yàn)的第3天，COD和總磷的去除速率呈指數(shù)增長(zhǎng)，總氮的去除速率則呈線性增長(zhǎng)。第5天后，混合體系中各匯總指標(biāo)去化率趨于均衡。

4.5 對(duì)污泥性狀影響

接下來(lái)，分析環(huán)保酵素技術(shù)處理后，對(duì)污泥性狀的影響，污泥沉降比能夠反映出污水處理體系中污泥量與污泥的沉降性能，結(jié)果如圖8所示。

圖8 酵素對(duì)活性污泥沉降比Fig.8 Sedimentation ratio of enzyme to activated sludge

從圖8可以看出，采用環(huán)境發(fā)酵技術(shù)后，活性污泥的沉降率降低得很快，表明使用酶可以改善其沉淀特性。其主要原因在于，發(fā)酵過(guò)程中微生物數(shù)量的增加，可以將大量的大分子轉(zhuǎn)化為低分子的有機(jī)物質(zhì)，從而促進(jìn)污泥中微生物的生長(zhǎng)與增殖。

5 結(jié)論

(1)當(dāng)環(huán)保酵素/污水比例為1∶1 000時(shí)，環(huán)保酵素對(duì)廢水各項(xiàng)指標(biāo)的脫除率最高；環(huán)境發(fā)酵/廢水比例大于1∶1 000時(shí)，環(huán)保酵素濃度過(guò)高。

(2)陳化時(shí)間對(duì)環(huán)保酵素處理污水的影響主要體現(xiàn)在，環(huán)保酵素陳化時(shí)間越長(zhǎng)，環(huán)保酵素中各種酶成分含量越多，成分也更完全。對(duì)污水各指標(biāo)的去除率，陳化時(shí)間為 3 年(2013 年制作)>陳化時(shí)間為 2 年(2014 年制作)>陳化時(shí)間為 1 年。

(3)發(fā)酵材料不同會(huì)影響環(huán)保酵素中酶的含量和活性，從而影響其處理效果。不同發(fā)酵材料的環(huán)保酵素，發(fā)酵時(shí)蛋白質(zhì)的含量不同，蛋白質(zhì)的降解過(guò)程是發(fā)酵的限速過(guò)程之一?；旌项惌h(huán)保酵素對(duì)兩種不同水質(zhì)廢水各指標(biāo)去除比單一酵素高，原因是混合酵素比單一材料制作的環(huán)保酵素的酶成分更為全面，且向混合類環(huán)保酵素中加入水果，如蘋果、梨等可以提高酵素中淀粉酶和蛋白酶活性。

(4)酶對(duì)活性污泥的沉淀效果有明顯的改善，但是酶的使用量太大，會(huì)對(duì)活性污泥絮體和廢水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成一定的影響，所以實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要適量。