SBR工藝中硝化作用細(xì)菌的氨氮耐受性實(shí)驗(yàn)研究

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簡介： 針對SBR脫氮工藝中起硝化作用的亞硝化菌和硝化菌對氨氮的不同耐受濃度，在實(shí)驗(yàn)室中利用微生物培養(yǎng)的方法對此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，找出了這兩種菌對氨氮的最適宜以及最高耐受濃度，為脫氮微生物的馴化培養(yǎng)以及以脫氮為目的SBR工藝的運(yùn)行提供了參考。
關(guān)鍵字：生物脫氮 亞硝化菌 硝化菌 氨氮耐受性

　　The Experiment Research of Endurance of Nitrifying Organisms to Ammonia Nitrogen Pan deng, Liu jun, Cai pei-juan.(School of Chemical and Environmental Engineering, Beijing Technology and Business University，Beijing 100037)

　　Abstract:The endurance concentration of nitrifying organisms in SBR to ammonia nitrogen is different so experiment were done to find out the optimum and maximal endurance concentration of nitrosomonas and nitrobacteria to ammonia nitrogen. The result provide reference to the engineering practice of the removal of ammonia nitrogen in SBR process.

　　Keywords: Unconventional pathways of nitrogen removal, nitrification , denitrification intermediate

　　氨氮在水體中濃度過高會使水體具有高耗氧性以及富營養(yǎng)化。目前，生物脫氮工藝中經(jīng)常會涉及到高濃度氨氮廢水的處理，比如說垃圾滲濾液中的氨氮濃度可以達(dá)到幾萬個(gè)mg/L甚至更高，在生物處理之前必須對其進(jìn)行其他的預(yù)處理，比如說物理化學(xué)處理、濃度稀釋等^[1]。如果能通過預(yù)處理使得進(jìn)入生化反應(yīng)器的氨氮濃度控制在合適的水平，一方面能避免因負(fù)荷過高使脫氮微生物失去活性和死亡，另一方面也可以提高反應(yīng)器的處理效率。

　　另外，近年來出現(xiàn)了廢水生物脫氮的新機(jī)理，比如說短程硝化反硝化，就是將硝化過程控制在亞硝酸鹽的階段，再以亞硝酸鹽為電子受體進(jìn)行反硝化。這個(gè)反應(yīng)的過程可以表示為

　　NH₄⁺NO₂^-N₂，相比NH₄⁺ NO₂^-NO₂^- NO₂^-N₂需氧量減少25%，碳源減少40%，并有反應(yīng)速率高，產(chǎn)生污泥量少等優(yōu)點(diǎn)^{[2] [3]}，控制氨氮濃度在一定的水平，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化亞硝化菌，淘汰硝化菌的目的。

　　1．生物脫氮的原理

　　廢水的生物脫氮由硝化過程和反硝化過程實(shí)現(xiàn)，氨氮氧化成亞硝酸鹽的硝化反應(yīng)是由兩組自養(yǎng)型好氧微生物通過兩個(gè)過程完成的。第一步是先由亞硝酸菌將氨氮（NH₄⁺-N）轉(zhuǎn)化為亞硝基氮（NO₂^--N）；第二步再由硝化菌將亞硝基氮轉(zhuǎn)化為硝基氮（NO₃^--N），這兩個(gè)反應(yīng)可以由以下兩個(gè)反應(yīng)式表示：

　　 NH₄⁺ + 1.5O₂ NO₂^-+ 2H⁺ + H₂0 （1）

　　 NO₂^- + 0.5O₂ NO₃^- （2）

　　 反硝化是由異養(yǎng)型微生物，在缺氧或厭氧的條件下將NO₂^-–N和NO₃^-–N還原為N₂，反硝化的生化過程可以由以下兩個(gè)反應(yīng)式表示：

　　NO₂^-+3H⁺0.5 N₂ + H₂0 + OH^- （3）

　　NO₃^-+5H⁺ 0.5 N₂ + 2H₂0 + OH^- （4）

　　2. 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果

　　2.1 SBR脫氮微生物的培養(yǎng)及脫氮效果

　　實(shí)驗(yàn)室中SBR反應(yīng)器是一個(gè)有效容積為4L的有機(jī)玻璃柱，每個(gè)周期10.5小時(shí)，實(shí)驗(yàn)工序?yàn)椋哼M(jìn)水→厭氧攪拌3hr→曝氣8hr →厭氧攪拌1.5hr→沉淀1hr→排水，每個(gè)周期排水2L進(jìn)水2L，曝氣階段溶解氧控制在2.5～3.0mg/L。采用試驗(yàn)進(jìn)水CODcr為720mg/L, NH₄⁺-N為110mg/L。經(jīng)過3個(gè)月的馴化，脫氮效果達(dá)到穩(wěn)定的水平，總氮的去除率達(dá)到90％以上，CODcr去除率達(dá)到95％以上，實(shí)驗(yàn)期間污泥濃度MLSS=3368mg/L。

　　2.2 亞硝化菌和硝化菌的NH₄⁺–N耐受性實(shí)驗(yàn)

　　于250 mL錐形瓶中分別加入100 mL(亞)硝化富集培養(yǎng)基，再取5滴活性污泥樣液接種到富集培養(yǎng)基中，在各錐形瓶中分別加入NH₄Cl溶液0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6mL、7mL ，于28゜C氣浴恒溫振蕩器中振蕩培養(yǎng)7天，觀察各瓶(亞)硝化細(xì)菌的生長情況。每隔一天在白瓷板上按1：1的比例加入格里斯試劑的Ⅰ液和Ⅱ液，然后用無菌滴管分別取一滴富集培養(yǎng)液的培養(yǎng)物于白瓷板上，可觀察到有些溶液的顏色逐漸變化。并且取各溶液用分光光度計(jì)測其吸光度。

　　顏色變化主要是由于培養(yǎng)時(shí)間不同，對NH₄⁺-N耐受性不同，(亞)硝化細(xì)菌消耗的營養(yǎng)物量不同，產(chǎn)生的NO₂^-的量不同，與格里斯試劑反應(yīng)，所得溶液顏色深淺不同，因此可采取用分光光度計(jì)測定亞硝化細(xì)菌的生長情況，以衡量其對NH₄⁺-N的耐受性能力。

　　2.3亞硝化細(xì)菌的氨氮耐受性試驗(yàn)

　　按2.2所述的方法振蕩培養(yǎng)7天，每隔一天觀察。加入0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6 mL NH₄Cl溶液的培養(yǎng)液顏色逐漸由淺粉色變到深紅色；但加入NH₄Cl溶液為7mL的，顏色并沒有漸增，一直都是淺粉色。

　　以蒸餾水為參比，取各溶液用分光光度計(jì)測其500nm處的吸光度：用干凈的移液管吸取不同濃度的2mL培養(yǎng)液分別于潔凈試管中，再在每根試管中分別滴加一滴格里斯試劑Ⅰ液和一滴Ⅱ液，然后用移液管吸取1 mL 的Ⅰ液和1mL的Ⅱ液，果然試管中的培養(yǎng)液中加入0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6 mL NH₄Cl溶液的顏色是深紅色，而加入7mLNH₄Cl溶液的培養(yǎng)液是淺紅色。在500nm處測其吸光度，發(fā)現(xiàn)所有的培養(yǎng)液的吸光度都是無窮大，于是又分別從格樣液中吸出1 mL的樣液于另一干凈試管中，再吸取4mL的蒸餾水于此試管中，即將樣液稀釋5倍。再裝樣液于比色皿中，測其吸光度數(shù)據(jù)見表1，根據(jù)表1中數(shù)據(jù)作圖1和圖2。

　　表1 不同的NH₄Cl加入量下不同培養(yǎng)時(shí)間亞硝化菌樣品的吸光度

　　由圖1可知，在加入0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6 mL下亞硝化菌均可生長，當(dāng)加入4mL26.2mg/L的NH₄Cl溶液時(shí)，此時(shí)培養(yǎng)液NH₄⁺-N濃度是26.2×4/1000=104.8mg/L，樣品的吸光值達(dá)到最大，說明亞硝化細(xì)菌生長數(shù)量最多，相比較而言該濃度是亞硝化菌的最適宜耐受濃度。由圖2可以看出，當(dāng)加入NH₄Cl溶液為7mL時(shí)，培養(yǎng)7天，吸光度幾乎沒有變化，說明細(xì)菌的數(shù)量并沒有明顯的增加，說明在NH₄⁺-N濃度為183.4 mg/L時(shí)亞硝酸細(xì)菌的生長幾乎被抑制了。由于培養(yǎng)液NH₄⁺-N濃度間隔較大，以致曲線上的點(diǎn)連續(xù)性并不理想，不能完全以104.8mg/L和157.2mg/L作為亞硝化菌對NH₄⁺-N的最適宜和最大耐受濃度。但可以從曲線上估計(jì)出亞硝化菌對NH₄⁺-N的最適宜耐受濃度為100mg/L～150mg/L；最高耐受濃度為180mg/L左右。

　　2.4 硝化細(xì)菌的氨氮耐受性試驗(yàn)

　　方法基本與亞硝化菌的實(shí)驗(yàn)方法相同，只是顯色劑是二苯胺－硫酸試劑，觀察到的變化是加入NH₄Cl溶液0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6mL的培養(yǎng)液，顏色由淺藍(lán)色變到深藍(lán)色；加入7mLNH₄Cl溶液，顏色基本一直是淺藍(lán)色。測其吸光度數(shù)據(jù)見表2，根據(jù)表2中數(shù)據(jù)作圖3和圖4。

　　表2 不同的NH₄Cl加入量下不同培養(yǎng)時(shí)間硝化菌樣品的吸光度

　　由圖3可知，在加入0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6 mL下硝化菌均可生長，當(dāng)加入3mL26.2mg/L的NH₄Cl溶液時(shí)，此時(shí)培養(yǎng)液NH₄⁺-N的濃度是26.2×3/1000=78.6mg/L，樣品的吸光值達(dá)到最大，說明亞硝化細(xì)菌生長數(shù)量最多，相比較而言該濃度是硝化菌的最適宜耐受濃度。由圖4可以看出，當(dāng)加入NH₄Cl溶液為7mL時(shí)，培養(yǎng)7天，吸光度幾乎沒有變化，說明細(xì)菌的數(shù)量并沒有明顯的增加，說明在NH₄⁺-N濃度為183.4 mg/L時(shí)亞硝酸細(xì)菌的生長幾乎被抑制了。同樣的道理，可以從曲線上上估計(jì)亞硝化菌對NH₄⁺-N的最適宜耐受濃度為75mg/L～100mg/L；最高耐受濃度為180mg/L左右。

　　3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

　　通過對亞硝化菌和硝化菌的專項(xiàng)培養(yǎng)，找出亞硝化菌對NH₄⁺-N的最適宜耐受濃度為100mg/L～150mg/L；最高耐受濃度為180mg/L左右；硝化菌對NH₄⁺-N的最適宜耐受濃度為75mg/L～100mg/L；最高耐受濃度為180mg/L左右。

　　參考文獻(xiàn)

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