同步硝化反硝化高效菌脱氮性能研究与工程应用*

王学文 李世军

(中国辐射防护研究院环境工程技术研究所，山西 太原 030006)

同步硝化反硝化高效菌脱氮性能研究与工程应用*

王学文 李世军

(中国辐射防护研究院环境工程技术研究所，山西 太原 030006)

从太原市某污水处理厂的回流污泥中筛选出3株同步硝化反硝化高效菌，初步鉴定为青霉菌(Penicilliumsp.)，研究了3株青霉菌在A2/O工艺中的脱氮性能并应用于实际工程。结果表明：3株青霉菌的脱氮能力3#>1#>2#；体积比为1#∶2#∶3#=3∶2∶5的青霉菌混合液脱氮性能稳定，对氨氮和总氮的去除率高于单株青霉菌；实际工程应用验证表明，3株青霉菌确实具有促进同步硝化反硝化的功能，出水的氨氮和总氮均可以达到《提取类制药工业水污染物排放标准》(GB21905—2008)。

硝化 反硝化 青霉菌 脱氮 工程应用

传统的生物脱氮理论认为，污水中氮的去除要通过好氧硝化和缺氧反硝化这两个相对独立的过程，普遍存在基建投资大、运行费用高及操作控制复杂等不足[1]。自20世纪80年代开始，国内外多项研究表明，反硝化也能在好氧条件下发生，使得硝化和反硝化在同一反应器中同时进行成为可能[2-4]，可以节省反应器体积，缩短反应时间，因此同步硝化反硝化工艺被认为在废水生物脱氮领域具有很大的研究价值和应用前景[5]。近年来，对同步硝化反硝化高效菌的研究报道逐渐增多[6]。本研究通过菌株脱氮性能比较筛选出3株同步硝化反硝化高效菌，研究了其在A2/O工艺中的脱氮性能并应用于实际工程，为推广应用提供理论与实践依据。

1 材料与方法

1.1 菌株筛选

1.2 水质指标分析

氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定；总氮采用碱性过硫酸钾消解—紫外分光光度法测定；COD采用CTL-12型COD快速测定仪测定；BOD5采用哈希BODTrakTMⅡ型分析仪测定。

1.3 菌株的脱氮性能比较

图1 A2/O工艺流程Fig.1 Process flow of A2/O

图2 工程应用基本工艺流程Fig.2 Basis process flow of engineering application

实验废水取自太原市某污水处理厂，氨氮为40.5 mg/L,总氮为55.3 mg/L，实验分3组进行(每组各3个500 mL锥形瓶，其中1个为空白，另外2个为平行)，每组3个锥形瓶中均装入450 mL实验废水，空白中加入5 mL无菌水，各组的平行中分别加入1#、2#、3#青霉菌5 mL，在室温(20 ℃左右)、摇床振荡(120 r/min)培养下，24 h后取上清液，测定总氮与氨氮。

1.4 A2/O工艺中的脱氮性能研究

实验废水取自太原市某污水处理厂，氨氮为30.5 mg/L,总氮为42.5 mg/L。实验污泥取自太原市某污水处理厂的回流污泥。反应装置为有机玻璃制成，长、宽、高分别为120、25、20 cm，容积为50 L，模拟A2/O工艺，由厌氧池、缺氧池、接触氧化池、沉淀池组成。实验分为两组，工艺流程如图1所示，其中实验组在接触氧化池内投加青霉菌混合液(菌液体积比为1#∶2#∶3#=3∶2∶5)100 mL,沉淀池内混合液不回流；对照组不投加青霉菌混合液，但沉淀池内混合液回流至缺氧池以保证微生物量。采用动态方式进水，实验废水从底部进水，高位溢流出水，通过空气泵曝气，穿孔布气管供氧。待系统稳定运行后，测定实验组和对照组出水的氨氮和总氮，为考察系统的稳定性，每天测定4次，连续运行2 d，共计测定8次，计算氨氮和总氮的平均去除率。

1.5 工程应用

工程应用在山西省某药业有限公司污水处理站进行，废水来源包括生产过程中产生的原药洗涤废水，过滤、萃取等单元操作中产生的废水以及厂区的生活污水等。该污水处理站日处理能力≤200 t，设计进水负荷COD≤1 000 mg/L、BOD5≤500 mg/L、氨氮≤50 mg/L、总氮≤80 mg/L，出水可以达到《提取类制药工业水污染物排放标准》(GB 21905—2008)，即COD≤100 mg/L、BOD5≤20 mg/L、氨氮≤15 mg/L、总氮≤30 mg/L。基本工艺流程如图2所示，实际污水处理量为10 t/h，每天运行20 h。

工程应用分3个阶段进行：第1阶段，不改变原有工艺流程，分别测定进水、出水的氨氮和总氮，连续测定30 d；第2阶段，在原有工艺的基础上，停止混合液回流，其他工艺运行参数不变，分别测定进水、出水的氨氮和总氮，连续测定30 d；第3阶段，在原有工艺的基础上，停止混合液回流，在接触氧化池A和接触氧化池B分别投加青霉菌混合液(菌液体积比为1#∶2#∶3#=3∶2∶5)50 L，其他工艺运行参数不变，分别测定进水、出水的氨氮和总氮，连续测定30 d。

2 结果与分析

2.1 菌株的脱氮效果比较

从表1可以看出，3株菌株对氨氮和总氮都有一定的脱除作用，但脱氮效果有一定的差异。1#菌株对氨氮和总氮去除率分别为28.9%、26.2%；2#菌株对氨氮和总氮去除率分别为17.5%、19.5%；3#菌株对氨氮和总氮去除率分别为36.9%、36.1%。3株菌株脱氮能力3#>1#>2#。3株菌株对氨氮和总氮都有脱除效果初步证实均具有硝化与反硝化功能。此外，根据菌株的脱氮能力及体积比的方便，确定青霉菌混合液的体积比为1#∶2#∶3#=3∶2∶5。

表1 3株高效菌对氨氮和总氮的去除率

2.2 A2/O工艺中的脱氮性能

8次测定结果发现，系统能稳定运行。从表2可以看出，对照组和实验组对氨氮的去除率分别为83.5%、91.2%，对总氮的去除率分别为58.8%、76.9%。由此可见，A2/O具有较好的硝化和反硝化功能，使用青霉菌能进一步提升同步硝化反硝化功能。与2.1节中使用单株青霉菌相比，氨氮和总氮去除率大幅度提高，主要原因是活性污泥与青霉菌协同作用。实验组脱氮效率高于对照组是因为A2/O工艺只在厌氧池和缺氧池内进行脱氮反应，而青霉菌可以使脱氮反应在好氧池中也能进行。

表2 A2/O工艺中氨氮和总氮的去除率

2.3 青霉菌脱氮性能工程应用

2.3.1 第1阶段

从图3可以看出，山西某药业有限公司污水处理站脱氮性能基本稳定。氨氮平均进水质量浓度为17.2 mg/L，出水为2.8 mg/L，去除率为83.7%；总氮平均进水质量浓度为24.5 mg/L，出水为7.1 mg/L，去除率为71.0%。出水的氨氮和总氮均达到GB 21905—2008。

2.3.2 第2阶段

从图4可以看出，氨氮平均进水质量浓度为17.5 mg/L，出水为5.4 mg/L，去除率为69.1%；总氮平均进水质量浓度为22.5 mg/L，出水为18.5 mg/L，去除率为17.8%。由于第2阶段停止了混合液回流，氨氮和总氮的去除率受到了影响，尤其是总氮。这说明，缺少混合液回流会大大限制反硝化反应的进行。

2.3.3 第3阶段

从图5可以看出，氨氮平均进水质量浓度为18.2 mg/L，出水为2.2 mg/L，去除率为87.9%；总氮平均进水质量浓度为23.1 mg/L，出水为5.5 mg/L，去除率为76.2%。氨氮和总氮的去除率与第1、2阶段相比都有不同程度的提高，说明3株青霉菌确实具有促进同步硝化反硝化的功能。

3 结 论

(1) 从太原市某污水处理厂的回流污泥中分离得到3株青霉菌，脱氮能力3#>1#>2#。

图3 第1阶段运行结果Fig.3 Results of the first phase

图4 第2阶段运行结果Fig.4 Results of the second phase

图5 第3阶段运行结果Fig.5 Results of the third phase

(2) 以体积比为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) 在实际工程应用中验证，3株青霉菌确实具有促进同步硝化反硝化的功能，出水的氨氮和总氮均可以达到GB 21905—2008。

[1] 刘欢，骆灵喜，李旭宁，等.膜生物反应器好氧反硝化菌的筛选与鉴定[J].环境污染与防治，2015，37(4)：26-29.

[2] LUKOW T,DIEKMANN H.Aerobic denitrification by a newly isolated heterotrophic bacterium strain TL1[J].Biotechnology Letters,1997,19(11):1157-1159.

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[6] 乔森，刘雪洁，周集体.异养硝化-好氧反硝化在生物脱氮方面的研究进展[J].安全与环境学报,2014,14(2):128-135.

[7] 赵中艳.一株青霉菌异养硝化和好氧反硝化特性的研究[J].水资源保护，2008，24(2)：73-75.

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)

王学文，男，1975年生，硕士，副研究员，主要从事环境微生物及其工程应用研究。

*山西省工业废水高效处理工艺优化研究社会发展攻关项目(No.20130313006-4)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.05.014