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摘要：面对水资源短缺和严重的污染问题，生活废水的处理和再利用已成为很多学者的研究课题。为研究环保酵素处理生活废水的可行性，本文通过采用厨余垃圾制备酵素，对生活废水和模拟废水进行批量实验，探讨酵素去除NH4+-N、TP以及COD的效果、反应过程和主要控制因素。
关键词：环保酵素；NH4+-N；TP；COD；生活废水
1实验部分
1.1酵素制备
酵素制备主要采用乐素昆博士的配制方法。即将水、黑糖、厨房鲜垃圾（包括树叶、水果皮，准备丢掉的蔬菜或植物）以质量比1:3:10倒进塑胶缸里，顺时方向搅均。将容器盖紧自然发酵，置于空气流通和阴凉处。每天将瓶口稍微打开，泄放气体，避免瓶子被撑破。发酵3个月后过滤备用。所得酵素pH为3.7，COD为79.47g/L，NH4+-N、TP、TDS的质量浓度分别为78.89、80.24、756mg/L，温度14℃。
1.2实验废水
本次实验所用废水来自2种途径：一是为实验室配制的模拟废水，主要目的是考察酵素对废水中单一污染物质的净化效果；二是为生活废水，主要考察酵素对多种污染物质混合作用下的净化效果。其中NH4+-N、COD及TP模拟废水采用NH4Cl、KH2PO4和邻苯二甲酸氢钾试剂进行配制。生活废水取自学校生活废水。
1.3实验方案
1）处理模拟废水。取6个洁净的瓶子，准确移取含NH4+-N溶液300mL，于室温下分别加入0、15、30、60、90、120mL的酵素，即模拟废水中酵素的体积分数分别为0、5%、10%、20%、30%、40%，敞口静置（每天搅拌3次），注意观察体积变化，随时补充水分，分别于0、1、2、4、6、8、10、20、30、45d后分别取出测试，计算NH4+-N的去除率。考察酵素投加量、时间对NH4+-N的处理效果。同理，含磷废水与含COD废水按照上述方法进行操作。配制好后模拟废水COD和NH4+-N、TP的质量浓度分别为4.464g/L和25.76、40.92mg/L。
2）处理生活废水。取2个洁净的瓶子，各准确移取生活废水300mL，分别加入30mL酵素，敞口静置（每天搅拌3次），注意观察体积变化，随时补充水分，分别于0、2、4、6、8、10、15、20、30天后依次取出1瓶测试。生活废水COD和NH4+-N、TP的质量浓度分别为198mg/L和37.16、3.12mg/L。
1.4分析方法
主要分析项目为pH、COD和NH4+-N、TP、TDS含量，除pH使用酸度计进行测试外，其它项目均采用水质分析仪进行分析。
2结果与讨论
2.1处理COD模拟废水
图1和表1是不同酵素投加量下，COD模拟废水的COD及其去除率和pH随时间的变化。
图1 COD模拟废水COD随时间的变化
从图1和表1可以看出，不同量的酵素加入到COD模拟溶液45d后，没有出现降解的现象，相反COD还增加了20%～120%。从变化过程看，随着时间的延长，COD变化趋势具有一致性。可分为3个阶段：1）上升阶段，时间约为1～5d，COD基本增加到原来的2倍左右，且随着投加量的增加变化幅度也相对较大。2）缓慢下降阶段，时间约为5～20d，COD慢慢下降，基本上恢复到初始量。3）平稳阶段，COD变化不大。没有加入酵素的模拟水在45d的实验中，COD基本没有什么变化，表明模拟水中的有机物并没有发生自然降解作用。
表1 COD模拟废水的COD去除率和pH
上述实验表明，COD的起伏变化与酵素量有明显的关系。但这种关系不是去除COD，而是使溶液中COD增加。出现这种现象的原因可归结为2个方面：1）酵素发酵后COD较高，达到79.47g/L，酵素加入到模拟废水后，模拟废水的COD迅速增加，而酵素自身较高的COD抑制了COD的降解；2）配制的COD溶液与酵素溶液混合后，pH较低，在2.5～3.4，经过45d反应后，尽管有所上升，但仍在3.7～4.2，酸性溶液不利于酵素的作用。因此，高COD与较低pH抑制了酵素的活性，导致了酵素中的各种微生物不适应这样的环境条件而发生自溶现象，使得COD升高。
2.2处理TP模拟废水
图2和表2是不同酵素投加量下，TP模拟废水的TP含量及其去除率和pH随时间的变化。
从图2和表2可以看出，TP含量随时间的变化过程与COD较为相似，同样出现了含量升高的现象。但TP含量的变化过程较为复杂，没有明显的规律性，增长率相对较小，为20%～30%。初始pH为3.0～5.1，45d后没有明显的变化。同样说明了在单一因素的高TP、低pH的模拟废水中，不利于酵素对磷发生作用。
2.3处理NH4+-N模拟废水
图3和表3是不同酵素投加量下，NH4+-N模拟废水NH4+-N含量及其去除率和pH随时间的变化。
从图3和表3可以看出，NH4+-N含量的变化与COD和TP有所不同，酵素对其有明显的作用效果，总体表现为下降过程，去除率为20%～80%，其中体积分数为5%和10%的酵素对NH4+-N去除的效果最好，达到80%左右。从变化过程看，NH4+-N含量先升高而后快速下降至平稳，这表明酵素对模拟废水中NH4+-N的去除不是一个快速的化学反应过程，而是一个生物化学过程。这个变化与一般菌的生长过程比较吻合。开始阶段，酵素里的菌在纯NH4+-N里有一个适应过程，在适应期内有菌体死亡，发生自溶现象，将细胞内所含NH4+-N释放出来，导致NH4+-N含量上升；当菌逐渐适应环境，营养物质不断被消耗，菌将氮类物质转化为自身部分，使得NH4+-N含量下降并趋于平稳。在实验过程中，实验瓶内出现大量气泡，可能是生物反应释放的二氧化碳气体。
2.4处理生活废水
生活废水加入体积分数10%的酵素进行处理，进一步观察酵素对污染物的去除效果。
从图4可以看出，酵素对TP作用效果不大，但对COD和NH4+-N去除效果明显。从变化过程看，COD和NH4+-N、TP含量呈现一直下降趋势，最终，COD、NH4+-N、TP的去除率分别为80.1%、84.6%、55.6%。另外，pH也有明显升高，从4.5升高到5.8。与模拟废水相比，酵素在成分复杂和较高的pH生活废水中具有明显的去除率。但是由于酵素本身的COD和NH4+-N、TP含量较高，使得反应时间较长，且溶液中各项污染物含量还是很高，因此要解决这个问题，降低酵素中的COD和NH4+-N、TP含量是关键。
图4 酵素的体积分数10%生活废水处理情况
3结论
垃圾酵素制作方法简单、成本低廉，发酵后为强酸性、棕黄色液体。批实验结果表明酵素具有处理污水及改善水质的可行性。但工艺条件不同，反应过程及去除效果也存在明显的差异。
单一成分废水批实验结果表明，酵素对COD和磷酸盐废水处理效果不明显，且存在COD和磷酸盐含量上升的现象。从COD和磷酸盐含量随时间的变化看，具有明显的规律性，呈现上升→下降→平稳的变化趋势，可能与细菌生长变化过程有关，这些现象表明酵素自身高COD和较低pH不利于生物作用，从而限制了酵素对水质的去除作用。相反，酵素对NH4+-N具有明显的去除作用，体积分数5%～10%的酵素对NH4+-N的去除效果达到70%。
同单一成分批实验相比，酵素处理生活废水具有明显的效果。体积分数10%的酵素对COD、NH4+-N和TP的去除率分别为80%、85%和50%。这主要是生活废水的较高pH和多成分为垃圾酵素的生物反应提供了有利条件，因此取得了比较好的去除效果。若将酵素作为一种替代方法应用于水处理系统当中，还必须做进一步的实验研究，比如酵素的制作材料、发酵时间、过滤放置时间，pH、反应时间，酵素的含量等，这些因素都会影响酵素净化水质的效果。
参考文献
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论文作者:姚旭燕
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/19
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