SBR工藝中硝化作用細菌的氨氮耐受性實驗研究
摘要：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，在實驗室中利用微生物培養的 方法 對此進行了實驗 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以及以脫氮為目的SBR工藝的運行提供了 參考 。
關鍵詞：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
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化。 目前 ，生物脫氮工藝中經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到幾萬個mg/L甚至更高，在生物處理之前必須對其進行其他的預處理，比如說物理化學處理、濃度稀釋等[1]。如果能通過預處理使得進入生化反應器的氨氮濃度控制在合適的水平，一方面能避免因負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器的處理效率。
另外，近年來出現了廢水生物脫氮的新機理，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 受體進行反硝化。這個反應的過程可以表示為
NH4+NO2-N2，相比NH4+ NO2-NO2- NO2-N2需氧量減少25%，碳源減少40%，并有反應速率高，產生污泥量少等優點[2] [3]，控制氨氮濃度在一定的水平，可以實現優化亞硝化菌，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現，氨氮氧化成亞硝酸鹽的硝化反應是由兩組自養型好氧微生物通過兩個過程完成的。第一步是先由亞硝酸菌將氨氮(NH4+-N)轉化為亞硝基氮(NO2--N);第二步再由硝化菌將亞硝基氮轉化為硝基氮(NO3--N)，這兩個反應可以由以下兩個反應式表示：
NH4+ + 1.5O2 NO2-+ 2H+ + H20 (1)
NO2- + 0.5O2 NO3- (2)
反硝化是由異養型微生物，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反應式表示：
NO2-+3H+0.5 N2 + H20 + OH- (3)
NO3-+5H+ 0.5 N2 + 2H20 + OH- (4)
2. 實驗過程及結果
2.1 SBR脫氮微生物的培養及脫氮效果
實驗室中SBR反應器是一個有效容積為4L的有機玻璃柱，每個周期10.5小時，實驗工序為：進水→厭氧攪拌3hr→曝氣8hr →厭氧攪拌1.5hr→沉淀1hr→排水，每個周期排水2L進水2L，曝氣階段溶解氧控制在2.5～3.0mg/L。采用試驗進水CODcr為720mg/L, NH4+-N為110mg/L。經過3個月的馴化，脫氮效果達到穩定的水平，總氮的去除率達到90%以上，CODcr去除率達到95%以上，實驗期間污泥濃度MLSS=3368mg/L。
2.2 亞硝化菌和硝化菌的NH4+–N耐受性實驗
于250 mL錐形瓶中分別加入100 mL(亞)硝化富集培養基，再取5滴活性污泥樣液接種到富集培養基中，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7天，觀察各瓶(亞)硝化細菌的生長情況。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液的培養物于白瓷板上，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測其吸光度。
顏色變化主要是由于培養時間不同，對NH4+-N耐受性不同，(亞)硝化細菌消耗的營養物量不同，產生的NO2-的量不同，與格里斯試劑反應，所得溶液顏色深淺不同，因此可采取用分光光度計測定亞硝化細菌的生長情況，以衡量其對NH4+-N的耐受性能力。
2.3亞硝化細菌的氨氮耐受性試驗
按2.2所述的方法振蕩培養7天，每隔一天觀察。加入0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6 mL NH4Cl溶液的培養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溶液的培養液是淺紅色。在500nm處測其吸光度，發現所有的培養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，測其吸光度數據見表1，根據表1中數據作圖1和圖2。
表1 不同的NH4Cl加入量下不同培養時間亞硝化菌樣品的吸光度
培養時間加入NH4Cl的濃度第1天第3天第5天第7天
0.Omg/L0.5630.7080.8561.437
26.2mg/L0.5750.7360.8721.469
52.4g mg/L0.586 0.7430.9021.492
78.6 mg/L0.6070.7510.9341.546
104.8 mg/L0.6480.7741.1792.500
131.0 mg/L0.6310.7630.9741.323
157.2 mg/L0.4820.5170.7180.976
183.4 mg/L0.4570.4590.4620.465
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，當加入4mL26.2mg/L的NH4Cl溶液時，此時培養液NH4+-N濃度是26.2×4/1000=104.8mg/L，樣品的吸光值達到最大，說明亞硝化細菌生長數量最多，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，當加入NH4Cl溶液為7mL時，培養7天，吸光度幾乎沒有變化，說明細菌的數量并沒有明顯的增加，說明在NH4+-N濃度為183.4 mg/L時亞硝酸細菌的生長幾乎被抑制了。由于培養液NH4+-N濃度間隔較大，以致曲線上的點連續性并不理想，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 硝化細菌的氨氮耐受性試驗
方法 基本與亞硝化菌的實驗方法相同，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的培養液，顏色由淺藍色變到深藍色;加入7mLNH4Cl溶液，顏色基本一直是淺藍色。測其吸光度數據見表2，根據表2中數據作圖3和圖4。
表2 不同的NH4Cl加入量下不同培養時間硝化菌樣品的吸光度
培養時間加入 NH4Cl的量第1天第3天第5天第7天
0.Omg/L0.4730.5450.6170.724
26.2mg/L0.5750.6260.7420.781
52.4g mg/L0.586 0.7430.7920.848
78.6 mg/L0.6070.7510.9340.973
104.8 mg/L0.5890.7160.8250.816
131.0 mg/L0.5690.6310.6610.737
157.2 mg/L0.4620.4990.5310.552
183.4 mg/L0.4000.4040.4020.397
由圖3可知，在加入0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6 mL下硝化菌均可生長，當加入3mL26.2mg/L的NH4Cl溶液時，此時培養液NH4+-N的濃度是26.2×3/1000=78.6mg/L，樣品的吸光值達到最大，說明亞硝化細菌生長數量最多，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，當加入NH4Cl溶液為7mL時，培養7天，吸光度幾乎沒有變化，說明細菌的數量并沒有明顯的增加，說明在NH4+-N濃度為183.4 mg/L時亞硝酸細菌的生長幾乎被抑制了。同樣的道理，可以從曲線上上估計亞硝化菌對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. 實驗結果與討論
通過對亞硝化菌和硝化菌的專項培養，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
1.高延耀，夏四清，周增炎.城市污水生物脫氮除磷工藝評述.環境 科學 1999,20(1):110～112
2.陳際達，曲中堂，鄧鑰，劉崢，汪俊.亞硝酸鹽反硝化脫氮.重慶大學學報.2002，25(3)：81～83
3.任勇祥，彭黨聰，王志盈，袁林江.亞硝酸型硝化反硝化工藝處理焦化廢水中試 研究 。西安建筑 科技 大學學報。2002，34(256～259)
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