利用微生物与植物协同去除污水中COD/总氮/总磷的效果研究

来源:http://www.shuizhifenxi.com/ 作者:余氯检测仪 时间:2018-07-30

  摘要:

  试验设3个污水处理组,第Ⅰ组为微生物处理组、第Ⅱ组为植物处理组、第Ⅲ组为植物微生物协同处理组,分别在处理4、8、12、16 d时取样测量样品中总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)浓度;采用SPSS进行数据处理。结果显示,3个处理组都使污水中TN、TP、COD浓度显著降低,表明3种处理方法都具有很好的污水处理效果。其中第Ⅲ组处理效果最好,处理16 d,使污水中TN浓度从21.5607 mg/L降低到5.2704 mg/L,TP浓度从6.1695 mg/L降低到0.8279 mg/L,COD浓度从215.3 mg/L降低到52.8 mg/L。

  关键词:微生物;植物;总氮(TN);总磷(TP);化学需氧量(COD)

  随着城市的发展,生活污水的治理越来越受到人们的关注,在城市生活污水中总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)等主要污染物,会导致水体出现严重的污染现象,其中以水体富营养化的危害最大。水体富营养化是由于氮、磷被大量连续排放到水体中而使水生生物大量繁殖后造成的一系列后果。因此处理城市污水成为亟待解决的问题。在众多处理方法中,生物方法因其处理效果好、投入少、方便管理等优点成为研究热点。其中微生物扮演着极其重要的角色,微生物参与氨化、硝化、反硝化作用从而达到除氮除COD的目的,它还能富集水中的磷从而达到除磷的目的;与此同时,水生植物在污水处理中的作用也同样受到关注[10~12]。杨银科等[1]用枯草芽孢杆菌有效处理了某西安高校内富营养化湖水。唐静杰等[2]使用不同水生植物去除营养盐氮、磷,并且研究了植物对根际微生物的生长促进作用。李先会[3]证明了水生植物与微生物在处理水体污染时有很好的协同作用。常会庆等[4]研究了植物分泌物和功能微生物的相互作用对于植物-微生物系统净化水质效果扮演的重要作用。胡智勇[5]发现植物微生物协同处理污水时所产生的大量微生物大部分生活在植物的根系周围,成为植物的根际微生物,增强协同处理的除污能力。相关研究显示植物和微生物在处理水体污染时都有相当好的处理效果[6~8]。

  本研究旨在比较微生物、植物单独处理和协同处理对污水中TN、TP、COD处理效果的差异,从而得到既处理效果较好又省时省力的污水处理方法,为太原城市污水处理工作起到一定的指导作用。

  1材料与方法

  1.1试验材料

  污水取自太原市区南沙河(主要是城市生活废水);微生物从南沙河河水中培养得到,将1 mL河水接种到事先做好的牛肉膏蛋白胨培养基中,38℃下摇瓶培养5 d,用1 mL离心管分装后存放于4℃冰箱中备用;植物为美人蕉(Canna indica),在使用前将其叶片连同根部一起洗净并用蒸馏水冲洗、浸泡两天备用。

  1.2试验设计

  设微生物单独处理(Ⅰ组)、植物单独处理(Ⅱ组)、植物微生物协同处理(Ⅲ组)3个组,各组内均设3个重复。取2 000 mL污水灭菌后,分别向Ⅰ组接入1 mL前期制备存放于离心管中的微生物、Ⅱ组放入适量生长状况良好的美人蕉小苗、Ⅲ组接入1 mL前期制备存放于离心管中的微生物并放入等量生长状况良好的美人蕉小苗,38℃光照培养箱中培养。之后每四天取一次污水样品,5 000 r/min离心取上清液测定其TN、TP、COD浓度。每次取样前向其中添加蒸馏水至上一次取样后的体积,摇匀后取样。   1.3测定方法

  采用GB 11894―89碱性过硫酸钾硝解紫外分光光度法测定污水样品中总氮(TN);采用GB 11893―89钼酸铵分光光度法测定污水样品中总磷(TP);采用GB 11914―89重铬酸钾法测定污水样品中化学需氧量(COD)。

  1.4数据分析

  采用SPSS 19软件进行数据统计分析,两因素方差分析不同处理方法与不同处理时间对污水中TN、TP、COD浓度影响的显著性,并进行多重比较。

  2结果与分析

  2.13种方法处理污水TN效果

  对3种处理方法不同处理时间污水中TN含量进行方差分析(表1)可以看出,相同处理时间不同处理方法对污水中TN含量有极显著影响(P<0.01);相同处理方法不同处理时间对污水中TN含量同样有极显著影响(P<0.01);处理方法×处理时间对污水中TN的处理效果存在显著影响(P<0.05)。

  对3组处理的TN浓度进行多重比较(表2)可知,各样品的TN浓度与原水样相比都明显降低,处理16 d,由之前的21.5607 mg/L分别降至7.1670、10.0343 mg/L和5.2704 mg/L。其中,第Ⅲ组的TN浓度除原水样外均显著低于第Ⅰ组(P<0.05),说明第Ⅲ组比第Ⅰ组在不同时间都表现出更好的TN处理效果。与第Ⅱ组相比,第Ⅲ组TN浓度在4、8 d呈现显著差异(P<0.05),在12、16 d呈现极显著差异(P<0.01),说明第Ⅲ组比第Ⅱ组在不同时间都表现出更好的TN处理效果。总之,植物微生物协同处理(Ⅲ组)对污水中TN的去除效果要明显好于微生物单独处理(Ⅰ组)和植物单独处理(Ⅱ组)。

  对第Ⅲ组不同处理时间的TN含量进行多重比较(表3)可看出,第Ⅲ组不同处理时间的TN浓度均呈现极显著差异(P<0.01),且呈现递减趋势,说明第Ⅲ组即植物微生物协同处理组各个样品的TN浓度随处理时间增加不断降低。

  2.23种方法处理污水TP效果

  对3种处理方法不同处理时间污水中总TP含量进行方差分析(表4)可以看出,相同处理时间不同处理方法对污水中TP含量有极显著影响(P<0.01);相同处理方法不同处理时间对污水中TP含量有极显著影响(P<0.01);处理方法×处理时间对污水中TP的处理效果存在极显著影响(P<0.01)。

  对3组处理的TP浓度进行多重比较(表5)可知,各样品的TP浓度与原水样相比都出现明显降低,处理16 d,由之前的6.1695 mg/L分别降低到2.7863、1.8717 mg/L和0.8279 mg/L。第Ⅲ组与第Ⅰ组相比,TP含量在4 d呈现显著差异(P<0.05),在8、12、16 d呈现极显著差异(P<0.01),说明第Ⅲ组比第Ⅰ组在不同时间都表现出更好的TP处理效果。与第Ⅱ组相比,除原水样外,第Ⅲ组TP含量都呈现极显著差异(P<0.01),说明第Ⅲ组比第Ⅱ组在不同时间都表现出更好的TP处理效果。即植物微生物协同处理(Ⅲ组)对污水中TP的去除效果要明显好于微生物单独处理(Ⅰ组)和植物单独处理(Ⅱ组)。

  对第Ⅲ组不同处理时间的TP含量进行多重比较(表6)可看出,除12 d与16 d TP浓度没有显著差异外,其它各样品不同处理时间都呈现极显著差异(P<0.01),且呈现递减趋势,说明第Ⅲ组即植物微生物协同处理组各个样品的TP浓度在0~12 d时间段内随处理时间增加不断降低,且差异极显著。12 d与16 d的TP浓度没有显著差异,可能是由于植物微生物处理12 d时TP浓度已经降低到比较低的水平。

  2.33种方法处理污水COD效果

  对3种处理方法不同处理时间污水中COD含量进行方差分析(表7)可以看出,相同处理时间不同处理方法对污水中COD含量影响有极显著差异(P<0.01);相同处理方法不同处理时间对污水中COD含量影响有极显著差异(P<0.01);处理方法×处理时间对污水中COD的处理效果存在极显著差异(P<0.01)。

  对3组处理的COD浓度进行多重比较(表8)可知,各样品的COD浓度与原水样相比都出现明显降低,处理16 d,由之前的215.3 mg/L分别降低到81.0、92.3 mg/L和52.8 mg/L。第Ⅲ组与第Ⅰ组相比,COD含量在4 d呈现显著差异(P<0.05),在8、12、16 d呈现极显著差异(P<0.01),说明第Ⅲ组比第Ⅰ组在不同时间都表现出更好的COD处理效果。与第Ⅱ组相比,COD含量在8 d呈现显著差异(P<0.05),在4、12、16 d呈现极显著差异(P<0.01),说明第Ⅲ组比第Ⅱ组在不同时间都表现出更好的COD处理效果。即植物微生物协同处理(Ⅲ组)对污水中COD的去除效果要明显好于微生物单独处理(Ⅰ组)和植物单独处理(Ⅱ组)。

  对第Ⅲ组不同处理时间的COD含量进行多重比较(表9)可看出,不同处理时间COD浓度除12 d与16 d之间呈显著差异(P<0.05)外,其它都呈现极显著差异(P<0.01),且呈现递减趋势,说明第Ⅲ组即植物微生物协同处理组各个样品中的COD浓度随处理时间增加不断降低。

  3结论与讨论

  植物微生物协同处理组处理污水16 d,使污水中TN浓度从21.5607 mg/L降低到5.2704 mg/L,TP浓度从6.1695 mg/L降低到0.8279 mg/L,COD浓度从215.3 mg/L降低到52.8 mg/L,处理效率分别为75.56%、86.58%、75.48%,均达到较好的处理效果。

  通过对污水TN、TP、COD处理数据的多重比较得出,各种污染物的浓度都随着处理时间的延长逐渐降低,最后污水中各污染物浓度与原水样的浓度均存在极显著差异,并且植物微生物协同处理组对各种污染物的处理效果都要明显好于微生物单独处理组和植物单独处理组。说明植物微生物协同处理比微生物单独处理和植物单独处理能更有效降低污水中TN、TP和COD浓度,这主要是由植物与微生物之间存在的相互作用引起的。植物为微生物提供较好的生存环境和部分营养物质,进而加强微生物的生物活性,微生物在生长过程中又能把水中的氮、磷等转变为植物更容易吸收的盐类,方便植物吸收利用,这种相互促进作用,使得植物微生物协同处理在处理污水TN、TP、COD方面发挥了更好的除污效果。

  参考文献:

  [1]

  杨银科, 王文科, 邓红章, 等. 枯草芽孢杆菌与绿萝对富营养化水体的净化[J]. 中国农学通报, 2012, 28(27):209-212.

  [2]唐静杰, 成小英, 张光生. 不同水生植物-微生物系统去除水体氮磷能力研究[J]. 中国农学通报, 2009,25(22):270-273.

  [3]李先会. 水生植物-微生物系统净化水质效应研究[D].无锡:江南大学, 2008.

  [4]常会庆, 丁学峰, 蔡景波. 水生植物分泌物对微生物影响的研究[J]. 水土保持研究, 2007, 14(4):57-60.

  [5]胡智勇. 几种水生植物根际微生物的数量动态及其协同去污能力的初步研究[D].宁波:宁波大学, 2009.

  [6]李聪聪, 吴振东, 周青, 等. 植物-微生物共代谢系统在湖泊修复中的作用[J]. 上海环境科学, 2012, 31(6):240-243.

  [7]汪孝岚, 曹文平, 汪银梅, 等. 根系微生物在环境污染治理中的应用及其发展[J]. 节水灌溉, 2013(6):4-7.

  [8]吴林坤, 林向民, 林文雄. 根系分泌物介导下植物-土壤-微生物互作关系研究进展与展望[J]. 植物生态学报, 2014, 38 (3): 298-310.

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  [10]袁东海, 任全进, 高士祥. 几种湿地植物净化生活污水COD、总氮效果比较[J]. 应用生态学报, 2004, 15(12):2337-2341.

  [11]张敏, 郭彬, 傅庆林. 高效去除水体中氮、磷的植物及组合植物研究[J]. 浙江农业学报, 2011, 23(6):1210-1215.

  [12]洪春来, 王卫平, 朱凤香, 等. 不同湿地植物对污水中氮和磷的吸收动力学特性[J]. 浙江农业学报, 2011, 23(1):122-126.

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