摘要：针对河道中使用生物法投加菌剂去除氨氮导致的生物入侵风险等问题，利用受污染水体的底泥做接种污泥，培养出了一种高效去除氨氮的土著微生物，并研究了其在现场河道氨氮的处理效果。结果表明：富集、驯化后的高效土著微生物对氨氮有较好的去除效果，通过流加方式投加入目标污染水体，廊道内效果最高可在6d内使氨氮从21.98mg/L下降至0.158mg/L，外部河道最高可在6d内使氨氮从7.274mg/L下降至0.92mg/L。此高效土著微生物停止流加24d后廊道出水口及外部河道氨氮上升，推断其对氨氮的去除有效期为20d左右。
关键词：土著微生物；富集；氨氮；河道
Abstract：In view of the biological invasion risk caused by the biological method of adding bacteria agent to remove ammonia nitrogen in the river course, a kind of native microorganism with high efficiency of removing ammonia nitrogen was cultivated from the bottom sediment of polluted water body, and its treatment effect of ammonia nitrogen in the river course was studied. The results show that the highly efficient native microorganism enriched and domesticated has a good removal effect on ammonia nitrogen. It was added in target polluted water by flow adding method. The concentration of ammonia nitrogen in the corridor decreased from 21.98mg/L to 0.158mg/L and the concentration of ammonia nitrogen in the external river decreased from 7.274mg/L to 0.92mg/L within 6 days. After the high-efficiency indigenous microorganisms had been stopped adding in for 24 days, the concentration of ammonia nitrogen in the corridor outlet and the external river increased. It is concluded that its effective period of ammonia nitrogen removal is about 20 days.
Keywords：indigenous microorganisms；enrichment；ammonia nitrogen；the river
水体中的氨氮是指以游离态的氨分子（NH3）或铵根离子（NH4+）形式存在的化合氨，它是各种类型氨的危害中最大的一种存在形式，是水体受到污染的标志之一[1]。氨氮对水体的污染是一个世界性的问题，特别是在发展中国家，在过去的几十年里，由于工业化、城市化和经济的急速发展，导致了很多过剩的氨氮被排放到河流、湖泊、水库、地下水等水生环境中[2]，而一旦有过量的氨氮进入水生环境，就会刺激植物和藻类的过度、不平衡生长，进而导致氧气的消耗和水体的富营养化[3]，严重时还会导致水中的溶解氧含量下降[4]，水质黑臭、鱼类死亡，最终导致湖泊的干涸、消失[5]。因此如何降低水体中的氨氮含量是水生态修复的核心问题[6]。
目前降低水中氨氮含量的方法主要有投加化学药剂、外加菌种以及种植水生植物等方法。投加化学药剂虽然在短时间内可以起到较显著的作用，但成本高，且在治理后会出现反复现象，实效甚微[7]。外加菌种可以增加水体中脱氮微生物的数量，但存在外来菌种对水体的适应和生物入侵风险[8]。种植具有解氮作用的水生植物虽然可以吸收利用水体中的氨氮，但是水生植物的生长周期较长且需要及时收割，费用较高，作用有限。
针对现有技术中的问题开展研究，富集、驯化水体中土著微生物，达到高效去除水体氨氮的目的[9,10]。该方法首先通过合理的培养液配方培养来自本土环境的土著微生物并针对性富集筛选出土著微生物中的功能性菌种，然后将培养得到的含功能性菌种的菌液直接投加至目标河道中，其操作简便且不存在菌种的适应性及生物入侵风险问题，可高效降低目标河道氨氮含量，改善目标河道的生态环境和自净能力。
1 材料和方法
1.1 试验装置
本试验装置使用的是完全好氧式连续培养装置，用于富集、驯化土著微生物。反应器为塑料圆柱体，有效容积为100L，底部安装曝气头，通过转子流量计控制曝气量，充氧的同时进行一定程度的搅拌。本试验装置通过自动控制系统实现连续曝气、进水、出水的运行模式。
反应器运行期间运行期间反应器内温度保持在20~25℃，pH 保持在7 ~ 8.5范围，DO维持在1.5 ~5.0 mg/L，水力停留时间（HRT：Hydraulic Retention Time）为 24 h，污泥停留时间（SRT：Sludge Retention Time）与水力停留时间相同。
1.2 接种污泥及实验对象
接种污泥取自上海市静安区候赵泵站廊道内黑臭底泥，取反应器的10%体积底泥接种至培养桶中。
实验对象为上海市静安区彭越浦河及沿河候赵泵站。彭越浦河河宽20m、深2m，沿河泵站较多，居民生活污水均通过雨污混流管进入泵站，其中候赵泵站日处理量较小，每日均有部分污水溢流进入外部河道（彭越浦河），造成河道水质变差，泵站出口氨氮长期保持在11mg/L以上，河道内氨氮高达4mg/L。遇到暴雨时泵站易放江，大量积蓄污水随雨水冲进河道，致河道黑臭。
1.3 培养基质
本试验采用人工配水方式。进水组成参照课题组前期小试研究，包括氯化铵、KH2PO4、无水葡萄糖、糖蜜、微量元素等。其中，氮磷质量比为8:1；无水葡萄糖提供有机碳源；糖蜜促进微生物生长。
1.4 培养方法
取10%目标水体底泥溶解于目标水体，加入第一培养液后原位曝气培养24h，使土著微生物快速生长；在培养桶中继续加入第二培养液后原位曝气培养24 h，以使土著微生物富集[11,12]；经48h培养后得到的菌液通过计量泵投加至目标污染水体中，菌液流加过程中进水使用第一培养液，可使土著微生物快速繁殖，在连续流加的同时保持高浓度微生物量，保证对氨氮的去除效果。
2 结果与讨论
2.1 土著微生物富集、驯化
土著微生物的富集、驯化培养总共历时两天，为静置曝气培养，第一步通过投加C/N为5：1的第一培养基快速提高微生物量，并控制其反应条件达到定向驯化的目的；第二步通过投加高浓度碳源培养基（第二培养基），利用底物不受限原理进一步提高微生物浓度，使用分光光度计在600nm下达到3.00Abs以上即可开始流加。
图2-1 土著微生物富集试验OD值变化
Fig.2-2 Changes of OD value in enrichment test of indigenous microorganisms
土著微生物富集过程中在600nm下的吸光度（OD值）变化如图2-1所示，从图中可以看出，微生物量在5h后快速升高，24h后升高至2.086Abs。24h后更换培养基，前5h为适应期，微生物生长较缓慢；5h后为快速生长期，微生物量快速增加，培养34h后基本达到3Abs。
由图2-1及课题组前期小试实验得出结论，使用第一培养基可使土著微生物快速繁殖，为保证流加时的生物量，故使用第一培养基进行后期流加实验。
2.2 土著微生物氨氮去除效果
针对彭越浦河及候赵泵站情况，我们在候赵泵站出口做一生态廊道，用以拦截污水，并安装曝气，将富集、驯化后的高效土著微生物通过不间断流加的方式投入出水口廊道，其出水口及上下游水质如图2-2所示。从图中可以看出，廊道出水口氨氮下降趋势明显，泵站在流加至第三天时遇暴雨放江，大量生活污水进入廊道，但在土著微生物的作用下氨氮得到了快速控制，未污染上下游河道。出水口氨氮在流加至第六天后稳定保持在1mg/L以下，且暴雨放江后三天内氨氮即可从21.98mg/L下降至0.158mg/L，能取得这么好的效果得益于前期廊道内高效土著微生物的积累。
土著微生物通过廊道缓慢向外部河道释放，此过程中可发现上下游100m以内河道水质均有较大改善，流加土著微生物6d后氨氮最高由5.45mg/L降至1mg/L以下并得到保持。反观其上游200m处，未得到土著菌处理区域氨氮仍然保持在2.5mg/L左右。
综上，本方法富集、驯化出的土著微生物对河道氨氮有较好的处理能力。
图2-2 土著微生物氨氮去除效果
Fig.2-2 Effect diagram of removal of ammonia nitrogen by indigenous microorganisms
图2-3 土著微生物氨氮去除效果重复试验
Fig.2-2 Repeated experimental renderings of the removal of ammonia nitrogen by indigenous microorganisms
2.3 土著微生物氨氮去除效果重复试验
前期现场试验发现停止流加一月后，候赵泵站出水口氨氮升高至21mg/L，为探索富集后的高效土著微生物对氨氮去除的保持效果及重复效果，我们对候赵泵站进行了重复试验，试验方式与2.2相同，水质变化如图2-3所示。
此次试验未遇放江，廊道出水口氨氮下降较快，流加至第八天后氨氮浓度由20.61mg/L下降并稳定保持在1mg/L以下。而外部河道氨氮浓度在流加土著微生物七天后即降至1mg/L以下并得到保持，此前河道内氨氮最高值达到7.274mg/L，位于下游50m河道处。
试验进行至第九天时停止流加，24d后出水口及河道氨氮上升，由此推断，高效土著微生物对氨氮的去除有效期为20d左右。
3 结论
（1）将富集、驯化后的高效土著微生物对氨氮有较好的去除效果，通过流加方式投加入目标污染水体，廊道内最高可在6d内使氨氮从21.98mg/L下降至0.158mg/L，外部河道可在6d内使氨氮从7.274mg/L下降至0.92mg/L。
（2）高效土著微生物停止流加24d后廊道出水口及外部河道氨氮上升，由此推断其对氨氮的去除有效期为20d左右。
参考文献
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论文作者:宗兵年通信作者,张念慈,韦联平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/2
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