NaCl盐度对吡啶缺氧反硝化降解的影响

薄鸿淼，岳秀萍，张小妹，米静

（太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原030024）

NaCl盐度对吡啶缺氧反硝化降解的影响

薄鸿淼，岳秀萍，张小妹，米静

（太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原030024）

采用批量实验研究NaCl盐度对常规活性污泥（非耐盐污泥）缺氧反硝化降解吡啶的影响。结果表明，吡啶降解受到盐度的影响，在盐度为5.0 g/L时，降解率最高。硝酸盐氮在盐浓度为2.5 g/L时，降解率可达85%，当盐度大于10.0 g/L时，氨氮浓度呈上升趋势，高盐度使微生物结构发生破坏是氨氮浓度升高的原因；在不同盐度条件下，总氮降解浓度会发生变化，在盐度为2.5 g/L时，总氮降解率最高。

盐度；吡啶；反硝化；污水处理

吡啶是含氮杂环化合物的代表，结构上的氮原子有较大的电负性，可以吸引环上的电子而变成缺电子体系，从而具有较强的极性，且吡啶很难被空气氧化，因此对吡啶的无害化处理过程非常困难〔1〕。此外，广泛应用吡啶的化工、印染、农药、石油等行业会产生大量的含盐废水〔2〕，废水中所含盐类物质多为Cl-、Na+、SO42-等〔3〕，虽然这些离子都是微生物生长所必需的的营养元素，在微生物生长过程中起着促进

酶反应、维持膜平衡和维持渗透压的重要作用，但若这些离子浓度过高，会对微生物产生抑制和毒害作用，高盐度会对微生物的酶促反应产生抑制，这样对吡啶含盐废水的处理将更加困难。

近年来，许多学者对吡啶的降解进行了探究。李咏梅等〔4〕在对吡啶的缺氧降解实验中发现，反硝化速率与进水中的硝酸盐氮浓度无关，反硝化反应为零级反应，且发现吡啶的降解速率大于喹啉、吲哚。金艳等〔5〕的研究表明，在吡啶缺氧降解过程中，有利于废水毒性削减的C/N为8左右。程静等〔6〕实验发现，吡啶在不同条件下的去除率为缺氧>好氧>厌氧。韩钰洁等〔7〕在研究吡啶单基质以及与苯酚共基质的降解时发现，吡啶的降解都遵循零级反应动力学，且单基质时厌氧污泥对吡啶的降解效果更好。白凡玉等〔8〕对吡啶反硝化过程动力学的研究表明，在以吡啶为单一碳源的反硝化过程中，NO2--N的积累率可以达到53.4%。

但以吡啶为C源在盐度条件下进行反硝化降解的报道并不多见，因此有必要对吡啶在盐度存在下缺氧反硝化降解的情况进行探究。本次实验采用焦化废水厌氧复合床（UBF）反应器反硝化段污泥，通过批次实验，探究在不同浓度NaCl存在的条件下吡啶的反硝化降解效果，以期对吡啶含盐废水的处理提供借鉴。

1 实验内容和方法

1.1 实验材料

采用间歇实验方法。接种污泥取自运行稳定的UBF反应器反硝化段污泥〔9〕。先对污泥曝气60min，曝气完成后，用清水清洗多次，将残留在污泥中的有机物等清洗干净，把氮气吹入装有污泥的容器中，以降低氧分压，使活性污泥中的溶解氧含量达到0.1 g/L以下。向污泥中加入用无氧水配制的培养液及微量元素溶液，污泥质量浓度为3 g/L，水温为30℃左右，初始pH为7.8。将污泥平均分成6份，分别装入摇瓶中，采用恒温摇床的方式使污泥和基质充分接触混合。为了保证是缺氧环境，实验过程中摇瓶要加封口膜密封。

培养液组成（g/L）：KH2PO40.2，K2HPO40.4，MgSO40.2，Fe2（SO4）30.01，MnSO40.01，NaCl0.1。

微量元素溶液组成（g/L）：FeCl3·6H2O 1.50，H3BO40.15，CuSO4·5H2O 0.03，MnCl·4H2O 0.12，Na2MoO4·2H2O 0.06，ZnSO4·7H2O 0.12，COCl2·6H2O 0.15。微量元素溶液的添加量按培养液的0.1%加入摇瓶中。

1.2 实验方法

实验过程所用底物是吡啶，COD为400 mg/L（吡啶质量浓度为180mg/L），实验所用C/N为8，氮源为硝酸钠配制的溶液，硝酸钠质量浓度为50 mg/L，底物与氮源均在实验开始时加入摇瓶中。向装有污泥的摇瓶中分别添加NaCl盐度，NaCl浓度分别为0、2.5、5.0、7.5、10.0、15.0 g/L。定时取样，用0.45μm滤纸过滤，测定滤液中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总氮含量，观察分析各指标的变化情况。

1.3 测试分析方法

吡啶测试方法：紫外分光光度法；氨氮：纳氏试剂比色法；亚硝酸盐氮：N-1-萘基乙二胺比色法；硝态氮：麝香草酚分光光度法；总氮测定方法：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法。

2 结果与分析

2.1 不同盐度条件下吡啶降解效果

图1是在不同盐度条件下吡啶在活性污泥系统中的降解曲线。

图1 吡啶降解曲线

由图1可知，不同盐度下，吡啶都得到了很好的降解，降解率都在90%以上。但在降解初期，不同盐度下吡啶的降解速率不同。从图1可以看出，在盐度为0时，吡啶降解最快，这是因为污泥吸附作用最强，吸附降解率可达89%；在盐度不为0时，污泥的吸附作用对吡啶降解的影响有所减弱，且随着盐浓度的升高，吸附作用越来越弱，说明盐度对活性污泥的吸附能力有影响。分析认为是由于NaCl盐度影响了细菌表面电位，进而影响污泥吸附能力，盐浓度越大，影响作用越明显，所以吡啶浓度下降速率变慢。

在盐度≤10.0 g/L时，吡啶浓度呈下降趋势，只是降解速率略微不同；当盐度＞10.0 g/L时，有一段时间吡啶的浓度几乎是不变的，这是因为受到高盐度的影响，吡啶降解菌的活性暂时受到抑制，而在经过一段时间的适应后，系统中的吡啶又开始陆续降解，这是因为吡啶降解细菌逐渐适应了较高盐度的环境，这说明这些细菌的细胞结构和生理功能均能适应较高的含盐环境。

观察吡啶降解曲线可知，在盐度为5.0 g/L时吡啶的降解率最高。

2.2 硝酸盐氮降解曲线

图2是在不同盐度条件下硝酸盐氮的降解曲线。

图2 硝酸盐氮浓度变化曲线

由图2可以看出，在盐度为0~2.5 g/L时，活性污泥系统中的硝酸盐氮浓度变化基本一致，在最初降解阶段，硝酸盐氮浓度迅速下降，下降率达到50%左右，这说明在盐度低于2.5 g/L时，硝酸盐氮反硝化降解菌活性较强，能迅速利用硝酸盐氮进行反硝化，硝酸盐氮浓度随着反应的进行不断下降，降解率达到了85%以上。在盐度为5.0时，降解情况与盐度0~2.5 g/L时类似，只是降解率只有78%。在盐度为7.5 g/L时，前期硝酸盐氮浓度随反应的进行不断下降，但到反应12 h时出现了硝酸盐氮浓度升高，之后又降低的现象，最终降解率为62%。在盐度分别为10.0、15.0 g/L时，硝酸盐氮的降解在反应后期有持续增高的趋势，分析认为这是两方面的原因：一是因为在高盐度的条件下，硝酸盐氮的生成速率大于降解速率；二是因为高盐度环境下一部分反硝化菌出现解体现象，促使硝酸盐氮浓度升高。

2.3 亚硝酸盐氮降解曲线

图3是在不同盐度条件下亚硝酸盐氮的降解曲线。

图3 亚硝酸盐氮浓度曲线

在反应初期，亚硝态氮浓度迅速上升，说明亚硝酸盐氮反硝化菌受到盐度冲击的影响不大，在盐度为2.5 g/L时，亚硝酸盐氮的累计率最高，可以达到60%；在盐度大于2.5 g/L时，随着盐度的升高，亚硝酸盐氮的积累率下降，在盐度为15.0 g/L时，亚硝酸盐氮的积累率为30%；随着反硝化过程的进行，亚硝酸盐氮的浓度呈现先升高后下降的趋势，但在反应完成时，亚硝酸盐氮的浓度不为0，这是因为硝酸盐氮还原菌和亚硝酸盐还原菌受盐度的影响不同，盐度在较低时（≤2.5 g/L）对硝酸盐还原菌的活性起促进作用，而盐度>2.5 g/L时对亚硝酸盐氮还原菌起促进作用。

2.4 氨氮浓度降解曲线

吡啶是含氮杂环化合物，其降解过程包括异化反硝化和同化反硝化。异化反硝化就是在反硝化菌的作用下将硝酸盐氮转化为含氮气体的过程，同化反硝化是指NO3--N被还原为氨的过程。而后氨被吸收，参与菌体的合成，成为菌体的组成部分并会有氨氮的生成，大约有4%的硝酸盐氮发生同化反硝化〔10〕作用合成菌体，其余的为异化反硝化过程，所以根据测出的氨氮浓度可以判断反硝化过程中的氨化程度。

图4是在不同盐度条件下，反硝化过程中的氨氮含量曲线。

从图4可以看出，在盐度为2.5~7.5 g/L时，氨氮浓度在反应开始后立刻上升，且浓度变化速率与氨氮最高浓度都比盐度为0时的大，说明在盐度小于7.5 g/L时，盐度存在的条件可以提高氨化细菌的活性，活性（最大氨化速率）是没有盐度时的1.15~ 1.23倍；在反应6 h后，氨氮浓度开始下降，这可能有两方面的原因，一方面是基质浓度下降，氨化速率

变慢，发生硝化反应，且反硝化过程的进行消耗了氨氮；另一方面是厌氧氨氧化菌的作用使氨氮的浓度降低。在盐度>10.0 g/L时，反硝化过程初期氨氮浓度为零，这是因为在刚开始高盐度对发生氨化反应的细菌冲击较大，在2 h后，氨氮浓度逐渐升高，且一直处于升高的趋势，这是因为在高盐度条件下，污泥的内源消耗愈加明显，菌体受到盐度的抑制，部分微生物的细胞结构遭到破坏，发生溶胞现象，胞内含氮物质溶出，导致反应体系氨氮浓度升高。

图4 氨氮浓度曲线

2.5 TN降解曲线

图5是总氮降解曲线。

图5 总氮降解曲线

由图5可知，在盐度为2.5 g/L时，总氮降解效果较好，初始质量浓度与终了总氮质量浓度相差可达20mg/L，这说明在此盐度下能够生成较多的含氮气体。在其他盐浓度条件下，总氮浓度呈下降趋势，但降解程度不尽相同，在盐度为15 g/L时，总氮质量浓度下降最少，只下降了6mg/L，这可能是高盐度影响了反硝化过程的顺利进行，阻碍了含氮气体的生成；盐度为0时，总氮质量浓度下降可达14mg/L，与在盐质量浓度为2.5 g/L时相比，下降程度减弱，这是因为在低盐度存在的环境下，反硝化整体过程的运行受到促进作用，利于总氮的降解。

3 结论

（1）盐度会对吡啶缺氧反硝化降解产生影响，在盐度为5.0 g/L时，吡啶降解率最高，对吡啶降解起促进作用；在盐度大于10.0 g/L时，吡啶降解菌会受到抑制，但这种抑制是可恢复的，在经过一段时间的适应后吡啶继续降解，说明吡啶降解菌具有较强的耐盐性，在高盐度条件下仍然具有降解吡啶的能力。

（2）在盐度为5.0 g/L时吡啶降解效果最佳，但硝酸盐氮和氨氮的最佳作用盐度为2.5 g/L，相比吡啶降解菌，硝酸盐氮反硝化菌和氨化细菌的最适盐浓度降低，其对盐的抗耐性不如吡啶降解菌。

（3）在不同盐度条件下，反应体系中的总氮呈下降趋势，这是因为在反应过程中生成含氮气体，在后续的实验过程中，可以对产生的含氮气体进行收集，分析产生气体的种类，可以探究吡啶降解过程中氮源的转化途径。

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Influences of NaClsalinity on anoxic denitrification degradation of pyridine

Bo Hongmiao，Yue Xiuping，Zhang Xiaomei，Mi Jing
（Collegeof EnvironmentScience&Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

Using batch experiments，the influencesof NaCl salinity on anoxic denitrification degradation of pyridine by conventionalactivated sludge（non-salt tolerantsludge）have been studied.The resultsshow thatpyridine degradation isaffected by salinity.The degradation rate is the highest，when the salinity is5.0 g/L.The degradation rate of nitratenitrogen can reach 85%，when the salinity is2.5 g/L.When salinity ishigher than 10.0 g/L，ammonia nitrogen concentration tends to rising up.High salinity causesmicrobial structure to be damaged，which results in the rising up ofammonia nitrogen concentration.Under different salinity conditions，the totalnitrogen degradation concentrationmay change.When the salinity is2.5 g/L，the degradation of totalnitrogen is thehighest.

salinity；pyridine；denitrification；wastewater treatment

X703

A

1005-829X（2016）11-0089-04

薄鸿淼（1991—），硕士在读。电话：15034114698，E-mail：1039570904@qq.com。

2016-08-21（修改稿）