硝化菌在顏染料高氨氮廢水處理的作用

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摘要：隨著環保壓力的加大，工業廢水中高氨氮去除問題迫在眉睫。在維持原處理工藝及構筑物不變的情況下，硝化菌劑應用于顏染料高氨氮廢水的處理，表現出良好的處理效果，具有處理成本低、易于操作、無二次污染等優勢。

關鍵詞：高氨氮；顏染料；生物強化；硝化菌劑

顏染料及其中間體是我國關乎基本民生的傳統優勢產業，其產量占全球染料供應產業的60%，2014年9月的騰格里沙漠污染事件（寧夏明盛染化公司污染事件）將整個染料行業推到了環保的高壓之下。在環保高壓和需求回暖的背景下，小規模染料企業被迫退出，染料壟斷企業則憑借規模優勢，提高染料價格，成為最終的受益者。然而嚴重增加了原本利潤較低的印染企業的生產成本，使其雪上加霜，進而影響整個紡織行業的發展。顏染料及其中間體廢水水質復雜，具有高氨氮、高色度、高含鹽量、可生化性差等特點，是難處理的工業廢水之一。顏料在生產過程中一般會加入大量的氯化銨作為反應物，因此生產過程中產生的廢水中氨氮含量較高，導致C/N比嚴重失衡，廢水處理難度非常大，該廢水也是工業廢水治理的難點，嚴重影響了該行業的發展[1]。“十二五”環保規劃中，氨氮已繼COD、SO2之后成為污染物實施總量控制的新指標，而且在一些特定流域的污水出水水質執行標準由一級B標準提高到一級A標準，要求所有排污單位最后出水氮素含量氨氮小于5mg/L，總氮小于15mg/L，這對已建和新建污水廠也相應提出了污水深度脫氮的技術需求[2]。

1高氨氮廢水的處理方法

氮在溶液中以分子態氮、有機態氮、氨態氮、硝態氮、亞硝態氮及硫氰化物和氰化物等多種形式存在，而氨氮是最主要的存在形式之一[3]。目前，國內外關于氨氮廢水的處理方法主要有兩類：（1）物化法：吹脫法、電化學法、化學沉淀法、折點加氯法、離子交換法、膜吸收法和高級氧化法，該方法操作簡單，效率高，但存在設備投資大，能耗多，運行費用高，易造成二次污染等；（2）生物法：能夠有效和徹底地去除廢水中的氨氮，處理過程穩定可靠，操作簡便，運行成本低，不會造成二次污染等優點。

2硝化菌在高氨氮廢水處理中的應用

硝化菌是一類具體硝化作用的細菌，分為異養型和自養型，目前被發現了的硝化細菌大多數是自養型的，分為亞硝酸鹽菌（AOB）和硝酸鹽菌（NOB）兩個菌群，分別參與氨氧化和亞硝酸氧化階段。但是硝化細菌的生長周期長，對溶解氧、溫度以及有毒物質敏感。在污水處理系統中的很難維持較高的濃度，易流失，但是在脫氮過程中起著至關重要的作用，關系到污水廠氨氮出水是否達標[4]。顏染料廢水具有成分復雜、毒性大等特點，在該廢水中，硝化菌的硝化活性會受到抑制，不易富集，導致出水氨氮濃度高。當污水處理系統中的硝化功能崩潰后，通過投加活性污泥恢復費時、費力。因此，為了維持高氨氮廢水處理系統運行的穩定性，需保持生物反應體系中硝化菌的數量，也是今后處理高氨氮廢水的發展方向[5]。為了保證高氨氮廢水處理系統中硝化菌的數量，可對該系統進行生物強化。生物強化（Bioaugmentation）是指將從自然環境中篩選得到的或經過基因改造的菌種投加到自然生態系統或人工系統中，以達到增強其處理效果的目的[6,7]。生物強化可以針對待處理目標，投加特定的促生長物質（俗稱“營養鹽”），來提高原位生態環境中功能微生物的生長，也可以投加相應的微生物菌劑，該菌劑是具有特定降解性能的微生物菌株或菌群，可通過長期馴化得到或從特定環境中分離純化得到，或通過基因改造手段得到。目前已具有一些具有特定降解性能的商業菌劑[8]。利用生物強化手段處理高氨氮廢水方面也有相應的文獻報道。Jiao等利用本研究組馴化獲得的脫氮菌劑，成功地強化了一個用于地表水深度脫氮的生物接觸氧化溝系統，兩周后氨氮和總氮去除率提高到60.1%和50.3%[9]。天津凱英科技發展股份有限生產的硝化菌劑在強化高氨氮廢水處理方面具有顯著的效果，并在一些顏染料企業得到了很好的應用。

3硝化菌在顏染料廢水處理中的應用

（1）山東某顏料化工廠在生產一些無機顏料過程中產生大量酸性廢水，該廢水成分復雜，有機物含量較低，氨氮含量高，可生化性較差。該廠采用化學沉淀法對廢水進行處理，出水氨氮濃度高，導致下游污水處理廠進水氨氮負荷高，造成其出水氨氮不達標。針對該公司廢水處理現狀，我公司對其進行升級改造，在絮凝池后增加好氧曝氣池，在好氧池中同時投加活性污泥和硝化菌劑進行硝化功能啟動。投加活性污泥和硝化強化劑2天后生化池中硝化功能就已基本建立完成，氨氮濃度由158mg/L降至3mg/L，去除率達到98%。當系統穩定后，廢水日處理量在1000m3/d，系統進水氨氮濃度為在150~185mg/L，出水氨氮均維持在6.5mg/L以下，遠遠低于45mg/L的排放標準。（2）山東某化工廠主要生產顏染料中間體，主要用于合成有機顏料及偶氨類顏料等，產品種類較多，生產過程中產生三種高濃度、高鹽度氨氮廢水。現有生化系統對廢水中氨氮的去除率較低，為保證出水氨氮達標，之前采用在生化系統末端投加次氯酸鈉進行深度氧化的方法，該方法運行成本較高。在曝氣生物濾池中投加了硝化菌劑，經過三天的馴化期，池內硝化功能基本建立，連續運行時，進水氨氮200mg/L，出水氨氮濃度＜40mg/L，滿足排放要求，該方法操作簡單，而且減少了深度氧化的藥劑成本。（3）紹興市某公司印染廢水處理系統處理量約為2500-3000m3/d，處理工藝為氣浮加多級生化，處理過程中產生亞硝酸鹽氮積累的情況，導致處理出水COD偏高。為解決該問題，在維持原處理工藝及構筑物不變的情況下，通過投加硝化菌劑強化處理，亞硝酸鹽氮積累情況消除，COD隨之大幅下降，達到了目標要求。結語綜上所述，在維持原處理工藝及構筑物不變的情況下，硝化菌劑在顏染料高氨氮廢水具有良好的處理效果，通過投加硝化菌劑可快速啟動高氨氮廢水處理系統的硝化功能。并且具有處理成本低、易于操作、無二次污染等優勢。隨著生物脫氮機理的不斷突破和發展，生物脫氮技術在未來高氨氮廢水處理中優勢將更加明顯，具有廣闊的前景。

作者:楊華軍 張軼凡 孫曉瑩 李紅霞 單位:1.天津創業環保集團股份有限公司 2.天津凱英科技發展股份有限公司