同步硝化反硝化高效菌脫氮性能研究與工程應用*

王學文 李世軍

(中國輻射防護研究院環境工程技術研究所，山西 太原 030006)

同步硝化反硝化高效菌脫氮性能研究與工程應用*

王學文 李世軍

(中國輻射防護研究院環境工程技術研究所，山西 太原 030006)

從太原市某污水處理廠的回流污泥中篩選出3株同步硝化反硝化高效菌，初步鑒定為青霉菌(Penicilliumsp.)，研究了3株青霉菌在A2/O工藝中的脫氮性能并應用于實際工程。結果表明：3株青霉菌的脫氮能力3#>1#>2#；體積比為1#∶2#∶3#=3∶2∶5的青霉菌混合液脫氮性能穩定，對氨氮和總氮的去除率高于單株青霉菌；實際工程應用驗證表明，3株青霉菌確實具有促進同步硝化反硝化的功能，出水的氨氮和總氮均可以達到《提取類制藥工業水污染物排放標準》(GB21905—2008)。

硝化 反硝化 青霉菌 脫氮 工程應用

傳統的生物脫氮理論認為，污水中氮的去除要通過好氧硝化和缺氧反硝化這兩個相對獨立的過程，普遍存在基建投資大、運行費用高及操作控制復雜等不足[1]。自20世紀80年代開始，國內外多項研究表明，反硝化也能在好氧條件下發生，使得硝化和反硝化在同一反應器中同時進行成為可能[2-4]，可以節省反應器體積，縮短反應時間，因此同步硝化反硝化工藝被認為在廢水生物脫氮領域具有很大的研究價值和應用前景[5]。近年來，對同步硝化反硝化高效菌的研究報道逐漸增多[6]。本研究通過菌株脫氮性能比較篩選出3株同步硝化反硝化高效菌，研究了其在A2/O工藝中的脫氮性能并應用于實際工程，為推廣應用提供理論與實踐依據。

1 材料與方法

1.1 菌株篩選

1.2 水質指標分析

氨氮采用納氏試劑分光光度法測定；總氮采用堿性過硫酸鉀消解—紫外分光光度法測定；COD采用CTL-12型COD快速測定儀測定；BOD5采用哈希BODTrakTMⅡ型分析儀測定。

1.3 菌株的脫氮性能比較

圖1 A2/O工藝流程Fig.1 Process flow of A2/O

圖2 工程應用基本工藝流程Fig.2 Basis process flow of engineering application

實驗廢水取自太原市某污水處理廠，氨氮為40.5 mg/L,總氮為55.3 mg/L，實驗分3組進行(每組各3個500 mL錐形瓶，其中1個為空白，另外2個為平行)，每組3個錐形瓶中均裝入450 mL實驗廢水，空白中加入5 mL無菌水，各組的平行中分別加入1#、2#、3#青霉菌5 mL，在室溫(20 ℃左右)、搖床振蕩(120 r/min)培養下，24 h后取上清液，測定總氮與氨氮。

1.4 A2/O工藝中的脫氮性能研究

實驗廢水取自太原市某污水處理廠，氨氮為30.5 mg/L,總氮為42.5 mg/L。實驗污泥取自太原市某污水處理廠的回流污泥。反應裝置為有機玻璃制成，長、寬、高分別為120、25、20 cm，容積為50 L，模擬A2/O工藝，由厭氧池、缺氧池、接觸氧化池、沉淀池組成。實驗分為兩組，工藝流程如圖1所示，其中實驗組在接觸氧化池內投加青霉菌混合液(菌液體積比為1#∶2#∶3#=3∶2∶5)100 mL,沉淀池內混合液不回流；對照組不投加青霉菌混合液，但沉淀池內混合液回流至缺氧池以保證微生物量。采用動態方式進水，實驗廢水從底部進水，高位溢流出水，通過空氣泵曝氣，穿孔布氣管供氧。待系統穩定運行后，測定實驗組和對照組出水的氨氮和總氮，為考察系統的穩定性，每天測定4次，連續運行2 d，共計測定8次，計算氨氮和總氮的平均去除率。

1.5 工程應用

工程應用在山西省某藥業有限公司污水處理站進行，廢水來源包括生產過程中產生的原藥洗滌廢水，過濾、萃取等單元操作中產生的廢水以及廠區的生活污水等。該污水處理站日處理能力≤200 t，設計進水負荷COD≤1 000 mg/L、BOD5≤500 mg/L、氨氮≤50 mg/L、總氮≤80 mg/L，出水可以達到《提取類制藥工業水污染物排放標準》(GB 21905—2008)，即COD≤100 mg/L、BOD5≤20 mg/L、氨氮≤15 mg/L、總氮≤30 mg/L。基本工藝流程如圖2所示，實際污水處理量為10 t/h，每天運行20 h。

工程應用分3個階段進行：第1階段，不改變原有工藝流程，分別測定進水、出水的氨氮和總氮，連續測定30 d；第2階段，在原有工藝的基礎上，停止混合液回流，其他工藝運行參數不變，分別測定進水、出水的氨氮和總氮，連續測定30 d；第3階段，在原有工藝的基礎上，停止混合液回流，在接觸氧化池A和接觸氧化池B分別投加青霉菌混合液(菌液體積比為1#∶2#∶3#=3∶2∶5)50 L，其他工藝運行參數不變，分別測定進水、出水的氨氮和總氮，連續測定30 d。

2 結果與分析

2.1 菌株的脫氮效果比較

從表1可以看出，3株菌株對氨氮和總氮都有一定的脫除作用，但脫氮效果有一定的差異。1#菌株對氨氮和總氮去除率分別為28.9%、26.2%；2#菌株對氨氮和總氮去除率分別為17.5%、19.5%；3#菌株對氨氮和總氮去除率分別為36.9%、36.1%。3株菌株脫氮能力3#>1#>2#。3株菌株對氨氮和總氮都有脫除效果初步證實均具有硝化與反硝化功能。此外，根據菌株的脫氮能力及體積比的方便，確定青霉菌混合液的體積比為1#∶2#∶3#=3∶2∶5。

表1 3株高效菌對氨氮和總氮的去除率

2.2 A2/O工藝中的脫氮性能

8次測定結果發現，系統能穩定運行。從表2可以看出，對照組和實驗組對氨氮的去除率分別為83.5%、91.2%，對總氮的去除率分別為58.8%、76.9%。由此可見，A2/O具有較好的硝化和反硝化功能，使用青霉菌能進一步提升同步硝化反硝化功能。與2.1節中使用單株青霉菌相比，氨氮和總氮去除率大幅度提高，主要原因是活性污泥與青霉菌協同作用。實驗組脫氮效率高于對照組是因為A2/O工藝只在厭氧池和缺氧池內進行脫氮反應，而青霉菌可以使脫氮反應在好氧池中也能進行。

表2 A2/O工藝中氨氮和總氮的去除率

2.3 青霉菌脫氮性能工程應用

2.3.1 第1階段

從圖3可以看出，山西某藥業有限公司污水處理站脫氮性能基本穩定。氨氮平均進水質量濃度為17.2 mg/L，出水為2.8 mg/L，去除率為83.7%；總氮平均進水質量濃度為24.5 mg/L，出水為7.1 mg/L，去除率為71.0%。出水的氨氮和總氮均達到GB 21905—2008。

2.3.2 第2階段

從圖4可以看出，氨氮平均進水質量濃度為17.5 mg/L，出水為5.4 mg/L，去除率為69.1%；總氮平均進水質量濃度為22.5 mg/L，出水為18.5 mg/L，去除率為17.8%。由于第2階段停止了混合液回流，氨氮和總氮的去除率受到了影響，尤其是總氮。這說明，缺少混合液回流會大大限制反硝化反應的進行。

2.3.3 第3階段

從圖5可以看出，氨氮平均進水質量濃度為18.2 mg/L，出水為2.2 mg/L，去除率為87.9%；總氮平均進水質量濃度為23.1 mg/L，出水為5.5 mg/L，去除率為76.2%。氨氮和總氮的去除率與第1、2階段相比都有不同程度的提高，說明3株青霉菌確實具有促進同步硝化反硝化的功能。

3 結 論

(1) 從太原市某污水處理廠的回流污泥中分離得到3株青霉菌，脫氮能力3#>1#>2#。

圖3 第1階段運行結果Fig.3 Results of the first phase

圖4 第2階段運行結果Fig.4 Results of the second phase

圖5 第3階段運行結果Fig.5 Results of the third phase

(2) 以體積比為1#∶2#∶3#=3∶2∶5配成青霉菌混合液，可以大幅度提高青霉菌的同步硝化反硝化功能。

(3) 在實際工程應用中驗證，3株青霉菌確實具有促進同步硝化反硝化的功能，出水的氨氮和總氮均可以達到GB 21905—2008。

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Nitrigenromovalperformanceandengineeringapplicationofsimultaneousnitrificationanddenitrificationefficientbacteria

WANGXuewen,LIShijun.

(InstituteofEnvironmentalEngineeringTechnology,ChinaInstituteforRadiationProtection,TaiyuanShanxi030006)

3 simultaneous nitrification and denitrification effective bacteria were iseolecated from returned sludge of a wastewater plant in Taiyuan,which were primarily identified asPenicilliumsp.. Nitrigen removal performance of 3Penicilliumsp. were studied in A2/O process and were also applied in engineering. Results showed that nitrogen removal performance was 3#>1#>2#. Mixtrue of 3Penicilliumsp. with volume ratio of 1#∶2#∶3#=3∶2∶5 had stable nitrogen removal performance and showed better ammonia nitrogen and total nitrogen reomval rates than singlePenicilliumsp.. In the engineering application verification,3Penicilliumsp. was conformed simultaneous nitrification and denitrification function with effluent ammonia nitrogen and total nitrogen meeting “Discharge standard of water pollutants for pharmaceutical industry extraction products category” (GB 21905-2008).

nitrification； denitrification；Penicilliumsp.； nitrogen removal； engineering application

2016-06-29)

王學文，男，1975年生，碩士，副研究員，主要從事環境微生物及其工程應用研究。

*山西省工業廢水高效處理工藝優化研究社會發展攻關項目(No.20130313006-4)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.05.014