一種耐鹽復(fù)合菌種處理電鍍廢水的脫氮研究

李 紅

（廈門百仕潔環(huán)保科技有限公司，福建 廈門 361000）

某電鍍企業(yè)的生產(chǎn)廢水，經(jīng)過本企業(yè)污水站預(yù)處理后，排入園區(qū)污水廠進(jìn)行生化處理。由于該企業(yè)電鍍工藝中，使用大量氨水及硝酸，因此廢水中氮元素含量很高，生產(chǎn)中使用多種有機(jī)添加劑和無機(jī)鹽類，造成廢水成分復(fù)雜，鹽含量超過10 000 mg/L。該企業(yè)污水站采用物化法去除廢水中的重金屬、氰化物等，可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但廢水中氨氮、總氮超標(biāo)嚴(yán)重，對(duì)園區(qū)污水廠生化系統(tǒng)沖擊較大，因此企業(yè)無法正常排水，嚴(yán)重影響了該企業(yè)的正常生產(chǎn)。

本中試即在此背景下，針對(duì)該電鍍企業(yè)物化處理后的廢水，采用某公司研發(fā)的一種耐鹽復(fù)合菌種進(jìn)行脫氮研究，為污水站建立生化系統(tǒng)去除含氮污染物提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與材料

中試裝置包括進(jìn)水泵1臺(tái)、出水泵1臺(tái)、好氧池1個(gè)（有效容積10 L）、增氧泵2臺(tái)、微孔曝氣盤2個(gè)，好氧池內(nèi)懸掛纖維束填料。

實(shí)驗(yàn)所用復(fù)合菌種是一種含有硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、光合細(xì)菌、酵母菌、生物酶和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的復(fù)合微生物固體粉末菌種，能耐受的鹽分可達(dá)30 000 mg/L，屬于耐鹽菌種。該菌種在水中通過多酶促氧化還原反應(yīng)，降解氨氮、總氮。

1.2 實(shí)驗(yàn)廢水

取該電鍍企業(yè)污水站物化沉淀池出水為進(jìn)水，出水達(dá)到園區(qū)污水廠納管標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見表1。

對(duì)于城市污水，COD/TN被認(rèn)為大于7以上，可以實(shí)現(xiàn)反硝化反應(yīng)[1]。由表1可以看出，該電鍍廢水C/N在3～4之間，碳源不足，反硝化反應(yīng)受到限制。

表1 進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)

該企業(yè)廢水中的氮元素除以氨氮形式存在外，多數(shù)以NO3-N的形式存在，這都是易被污微生物利用的氮源形式[2]。盡管碳源不足，但其初始的硝化速率和反硝化速率都會(huì)比含有機(jī)氮的廢水降解速率快。

采用生化工藝處理廢水時(shí)，鹽濃度增加，細(xì)菌內(nèi)部溶液濃度低于外界，又因?yàn)樗畯牡蜐舛认蚋邼舛纫苿?dòng)的特性，導(dǎo)致細(xì)菌體內(nèi)水分大量流失引起其內(nèi)部生物化學(xué)反應(yīng)環(huán)境變化，破壞其生物化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程直至中斷，致使菌體死亡；同時(shí)，鹽析作用使得脫氫酶活性降低。李玲玲等[3]的研究顯示，人工配制的水樣中，NaCl質(zhì)量濃度達(dá)到10.0 g/L時(shí)，硝化菌的硝化能力明顯降低，比硝化速率降低86%。秦健等[4]的研究也表明，人工配制的含鹽水樣中，鹽度上升至1.0%時(shí)，氨氧化細(xì)菌的活性損失率為75.42%，亞硝酸鹽氧化細(xì)菌的活性損失率為42.9%。此廢水中鹽分達(dá)12 000 mg/L，對(duì)生化處理工藝影響很大。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

微生物菌種馴化期間，采用間歇進(jìn)出水的方式，連續(xù)曝氣，每天分析進(jìn)出水指標(biāo)，若出水氨氮、總氮達(dá)到納管標(biāo)準(zhǔn)的出水要求，則停止曝氣，進(jìn)行排水。上清液排出后，重新進(jìn)水，添加復(fù)合菌種，投加量為進(jìn)水量的2.5‰（質(zhì)量百分比）。

實(shí)驗(yàn)過程中溶解氧（DO）控制在4～6 mg/L，通過液體NaOH自動(dòng)加藥系統(tǒng)調(diào)節(jié)pH，pH維持在7.5～8.0，水溫為18～25 ℃。

實(shí)驗(yàn)裝置的微生物菌種馴化成功后，開始連續(xù)進(jìn)出水，復(fù)合菌種連續(xù)投加，投加量為進(jìn)水量的1.5‰。每天分析進(jìn)出水指標(biāo)，考察其脫氮性能。

本實(shí)驗(yàn)裝置為一個(gè)序批式生物膜反應(yīng)器，復(fù)合菌種脫氮過程屬于同步硝化反硝化。

1.4 分析方法

中試過程中總氮采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法、氨氮采用納氏試劑分光光度法，pH值采用雷磁PHB-3便攜式pH計(jì)檢測(cè)，溶氧采用博取DOS-1707便攜式溶氧儀測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 耐鹽復(fù)合菌種馴化階段

復(fù)合菌種的馴化共進(jìn)行了六個(gè)批次，歷時(shí)20天，每個(gè)批次的出水總氮、氨氮濃度如圖1所示。

圖1 馴化階段出水總氮及氨氮濃度

從圖1可以看出，出水總氮達(dá)到出水要求（≤45 mg/L）的馴化時(shí)間越來越短，第一批次6天達(dá)標(biāo)，第四批次開始經(jīng)過2天達(dá)標(biāo)。出水氨氮起初在第2天達(dá)到出水要求，第三批次開始，第1天出水已達(dá)標(biāo)。

耐鹽復(fù)合菌種對(duì)實(shí)驗(yàn)廢水總氮去除率60%～78%，氨氮去除率48%～67%，氨氮去除率低于總氮去除率。這與通常污水處理廠生化系統(tǒng)脫氮時(shí)，氨氮去除率總是高于總氮去除率的情況不一致。原因?yàn)閺U水中含有過高的鹽分，對(duì)氨氧化菌及亞硝酸鹽氧化菌的抑制作用比對(duì)亞硝酸鹽型反硝化菌和硝酸鹽型反硝化菌的抑制作用強(qiáng)，這與郭姿璇等[5]的研究結(jié)果一致。他們對(duì)進(jìn)水C/N比約為10的SBR系統(tǒng)，配制不同鹽度研究系統(tǒng)微生物的影響，鹽度為10 g/L時(shí)，氨氧化菌活性系數(shù)為53%，亞硝酸鹽氧化菌活性系數(shù)為32%，亞硝酸鹽型反硝化活性系數(shù)為57%，硝酸鹽型反硝化活性系數(shù)為74%。本實(shí)驗(yàn)污水中氮主要為氨氮和硝酸鹽氮，二者的初始濃度相當(dāng)，反硝化菌對(duì)鹽分的抵抗能力比硝化菌更強(qiáng)，因此總氮去除率高于氨氮去除率。

經(jīng)過6個(gè)批次的馴化，為確定合適的水力停留時(shí)間，考察微生物系統(tǒng)在6 h、12 h、20 h、24 h和48 h時(shí)的脫氮效果。不同停留時(shí)間裝置出水總氮濃度、氨氮濃度如圖2。

圖2 不同停留時(shí)間裝置出水總氮及氨氮濃度

從圖2可以看出，3個(gè)批次的實(shí)驗(yàn)均在24 h后，出水總氮達(dá)到要求，第一批次在12 h時(shí)出水氨氮達(dá)標(biāo)，第二、第三批次在6 h時(shí)達(dá)標(biāo)。48 h時(shí)的出水總氮比24 h時(shí)的總氮下降并不多，主要是由于廢水中碳源不足，反硝化程度受到限制。結(jié)合考慮工程建設(shè)水池的投資成本，停留時(shí)間選擇24 h比較合適。

2.2 耐鹽復(fù)合菌種正常運(yùn)行

經(jīng)過了26天批次馴化，開始連續(xù)進(jìn)出水，每日補(bǔ)充菌種，按照進(jìn)水量的1.5‰投加。裝置進(jìn)出水總氮/氨氮濃度及去除率如圖3所示。

圖3 連續(xù)運(yùn)行進(jìn)出水總氮/氨氮濃度及去除率

從圖3可見，連續(xù)10天進(jìn)水總氮在90～143 mg/L之間，出水總氮在30～45 mg/L，全部達(dá)到出水要求，總氮去除率在62%～70%。進(jìn)水氨氮在35～55 mg/L之間，出水氨氮在12～20 mg/L，全部達(dá)到出水要求，氨氮去除率在61%～69%。系統(tǒng)正常運(yùn)行后，菌種會(huì)不斷進(jìn)行繁殖，每日投加的菌種量也可以逐漸減少，后續(xù)還可進(jìn)行菌種投加比例逐步減小的實(shí)驗(yàn)。

3 結(jié)論

（1）通過耐鹽復(fù)合菌種降解電鍍高鹽廢水氨氮的中試，確定該復(fù)合菌種完全耐受鹽分達(dá)到12 000 mg/L的廢水，脫氮效果明顯，總氮和氨氮去除率均達(dá)到60%～70%。

（2）耐鹽復(fù)合菌種批次馴化周期26天，投加量為進(jìn)水量的2.5‰，連續(xù)進(jìn)出水后，菌種投加量為進(jìn)水量的1.5‰，并且隨著微生物系統(tǒng)的自我增殖，后期根據(jù)系統(tǒng)排泥量來補(bǔ)充菌種自然代謝和隨水流失的部分即可，投加量可逐漸減少。

（3）該企業(yè)電鍍污水站新建生化系統(tǒng)時(shí)，生化池水力停留時(shí)間按1天設(shè)計(jì)，能夠使出水氨氮、總氮穩(wěn)定達(dá)到納管標(biāo)準(zhǔn)。