水體中氮素降解實驗以及小型污水處理器的模擬構建

李艷

人們在日常生活和工業生產中會排放出大量的污水，污水中含有許多對環境有害的物質，尤其是污水中的氮素會對人體和動植物產生將強烈的副作用，而且污水中的氮素還是水體富營養化的罪魁禍首，所以去除污水中的氮素對于人類生命健康以及環境保護是一項重要的任務。目前污水處理廠主要采用微生物法去除水中的氮素，除氮的微生物主要分為兩種，一種是硝化細菌，另一種是反硝化細菌，硝化細菌可以將氨氮轉化為硝態氮，反硝化細菌能夠將硝態氮轉化為氮氣排出水體，從而實現污水中氮素的去除。

一、創新實驗目的

本實驗選用污水處理廠的脫氮菌種進行除氮，同時在三角瓶中模擬污水處理廠處理氮素的流程，讓學生通過本實驗了解氮素的生物轉化途徑，并大概了解污水處理反應器的運行原理，提高學生對水體中污染物質的認知程度，強化學生的環保意識。

二、實驗儀器及用品

活性污泥，1000mL燒杯，曝氣頭，氣泵，納氏試劑，二苯胺試劑，刷鍋水。

三、實驗裝置圖及說明

實驗裝置如下圖：

四、實驗操作

1.首先在1000mL燒杯中裝入100mL的活性污泥（取自污水處理廠）和800mL刷鍋水。刷鍋水中含有大量的氮素，可以認為是含氮廢水。在燒杯中加入一管納氏試劑，這時污水會顯示出棕黃色，這是污水中的氨氮與納氏試劑反應的結果。

2.將曝氣頭連上氣泵，然后放入燒杯中，讓其沉入污水底部。打開氣泵開始曝氣。隨著反應的進行，會發現污水中的黃色變得越來越淡，直到最后消失。這時因為活性污泥中的硝化細菌利用氮素作為自己生命活動的能源，同時將氨氮轉化為了硝態氮。換言之就是微生物將污水中的氮素吃掉后，排放出另一種氮素進入水體。

3.當污水中的黃色完全消退后，將曝氣頭從水中拿出。這時污水進入缺氧狀態。將二苯胺試劑投入水體中，污水變為藍色。這是因為污水中的硝態氮與二苯胺試劑發生了反應。將污水靜置。

4.隨著時間的推移，會發現水中藍色變得越來越淺。這是因為水中的反硝化細菌在缺氧的條件下發揮了作用，它們將硝態氮轉化為了氮氣排出了水體。換言之就是微生物將氮素吃掉后，排出氣體脫離水體并進入空氣中。最后水體中的藍色徹底消失，說明水中的氮素已經全部被微生物轉化完畢，污水中的氮素在微生物的作用下完成了降解，污水得到了處理。

五、實驗創新點及其意義

本實驗完全模仿了污水處理廠中的序批式活性污泥反應器（SBR）處理污水的整個過程，可以說是一個小型的污水生物處理器。通過本實驗可以讓學生明白污水中氮素的生物處理方法，對微生物給人類社會作出的貢獻有一個全新的認識，是對學生對微生物知識的初步了解。

我國的環境破壞日益嚴重，水體中富營養化的報道越來越多，水體被污染的現象越來越普遍。這必須要求學生從小就樹立起較強的環保意識，這樣我國的可持續發展才有可能繼續下去。通過本實驗不僅可以加強學生的環保意識，還能讓學生們初步了解治理水中污染物的方法。通過生物對水體中氮素的去除實驗，讓學生在實際操作過程中激發其對環境保護的興趣，增強學生的主人翁責任感。