一種耐鹽復合菌種處理電鍍廢水的脫氮研究

李 紅

（廈門百仕潔環保科技有限公司，福建 廈門 361000）

某電鍍企業的生產廢水，經過本企業污水站預處理后，排入園區污水廠進行生化處理。由于該企業電鍍工藝中，使用大量氨水及硝酸，因此廢水中氮元素含量很高，生產中使用多種有機添加劑和無機鹽類，造成廢水成分復雜，鹽含量超過10 000 mg/L。該企業污水站采用物化法去除廢水中的重金屬、氰化物等，可達到排放標準，但廢水中氨氮、總氮超標嚴重，對園區污水廠生化系統沖擊較大，因此企業無法正常排水，嚴重影響了該企業的正常生產。

本中試即在此背景下，針對該電鍍企業物化處理后的廢水，采用某公司研發的一種耐鹽復合菌種進行脫氮研究，為污水站建立生化系統去除含氮污染物提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 實驗裝置與材料

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

實驗所用復合菌種是一種含有硝化細菌、反硝化細菌、光合細菌、酵母菌、生物酶和營養物質的復合微生物固體粉末菌種，能耐受的鹽分可達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，降解氨氮、總氮。

1.2 實驗廢水

取該電鍍企業污水站物化沉淀池出水為進水，出水達到園區污水廠納管標準，具體指標見表1。

對于城市污水，COD/TN被認為大于7以上，可以實現反硝化反應[1]。由表1可以看出，該電鍍廢水C/N在3～4之間，碳源不足，反硝化反應受到限制。

表1 進出水水質指標

該企業廢水中的氮元素除以氨氮形式存在外，多數以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比含有機氮的廢水降解速率快。

采用生化工藝處理廢水時，鹽濃度增加，細菌內部溶液濃度低于外界，又因為水從低濃度向高濃度移動的特性，導致細菌體內水分大量流失引起其內部生物化學反應環境變化，破壞其生物化學反應進程直至中斷，致使菌體死亡；同時，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質量濃度達到10.0 g/L時，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，氨氧化細菌的活性損失率為75.42%，亞硝酸鹽氧化細菌的活性損失率為42.9%。此廢水中鹽分達12 000 mg/L，對生化處理工藝影響很大。

1.3 實驗方法

微生物菌種馴化期間，采用間歇進出水的方式，連續曝氣，每天分析進出水指標，若出水氨氮、總氮達到納管標準的出水要求，則停止曝氣，進行排水。上清液排出后，重新進水，添加復合菌種，投加量為進水量的2.5‰（質量百分比）。

實驗過程中溶解氧（DO）控制在4～6 mg/L，通過液體NaOH自動加藥系統調節pH，pH維持在7.5～8.0，水溫為18～25 ℃。

實驗裝置的微生物菌種馴化成功后，開始連續進出水，復合菌種連續投加，投加量為進水量的1.5‰。每天分析進出水指標，考察其脫氮性能。

本實驗裝置為一個序批式生物膜反應器，復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計檢測，溶氧采用博取DOS-1707便攜式溶氧儀測定。

2 結果與討論

2.1 耐鹽復合菌種馴化階段

復合菌種的馴化共進行了六個批次，歷時20天，每個批次的出水總氮、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，出水總氮達到出水要求（≤45 mg/L）的馴化時間越來越短，第一批次6天達標，第四批次開始經過2天達標。出水氨氮起初在第2天達到出水要求，第三批次開始，第1天出水已達標。

耐鹽復合菌種對實驗廢水總氮去除率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脫氮時，氨氮去除率總是高于總氮去除率的情況不一致。原因為廢水中含有過高的鹽分，對氨氧化菌及亞硝酸鹽氧化菌的抑制作用比對亞硝酸鹽型反硝化菌和硝酸鹽型反硝化菌的抑制作用強，這與郭姿璇等[5]的研究結果一致。他們對進水C/N比約為10的SBR系統，配制不同鹽度研究系統微生物的影響，鹽度為10 g/L時，氨氧化菌活性系數為53%，亞硝酸鹽氧化菌活性系數為32%，亞硝酸鹽型反硝化活性系數為57%，硝酸鹽型反硝化活性系數為74%。本實驗污水中氮主要為氨氮和硝酸鹽氮，二者的初始濃度相當，反硝化菌對鹽分的抵抗能力比硝化菌更強，因此總氮去除率高于氨氮去除率。

經過6個批次的馴化，為確定合適的水力停留時間，考察微生物系統在6 h、12 h、20 h、24 h和48 h時的脫氮效果。不同停留時間裝置出水總氮濃度、氨氮濃度如圖2。

圖2 不同停留時間裝置出水總氮及氨氮濃度

從圖2可以看出，3個批次的實驗均在24 h后，出水總氮達到要求，第一批次在12 h時出水氨氮達標，第二、第三批次在6 h時達標。48 h時的出水總氮比24 h時的總氮下降并不多，主要是由于廢水中碳源不足，反硝化程度受到限制。結合考慮工程建設水池的投資成本，停留時間選擇24 h比較合適。

2.2 耐鹽復合菌種正常運行

經過了26天批次馴化，開始連續進出水，每日補充菌種，按照進水量的1.5‰投加。裝置進出水總氮/氨氮濃度及去除率如圖3所示。

圖3 連續運行進出水總氮/氨氮濃度及去除率

從圖3可見，連續10天進水總氮在90～143 mg/L之間，出水總氮在30～45 mg/L，全部達到出水要求，總氮去除率在62%～70%。進水氨氮在35～55 mg/L之間，出水氨氮在12～20 mg/L，全部達到出水要求，氨氮去除率在61%～69%。系統正常運行后，菌種會不斷進行繁殖，每日投加的菌種量也可以逐漸減少，后續還可進行菌種投加比例逐步減小的實驗。

3 結論

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

（2）耐鹽復合菌種批次馴化周期26天，投加量為進水量的2.5‰，連續進出水后，菌種投加量為進水量的1.5‰，并且隨著微生物系統的自我增殖，后期根據系統排泥量來補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）該企業電鍍污水站新建生化系統時，生化池水力停留時間按1天設計，能夠使出水氨氮、總氮穩定達到納管標準。