硝化菌在颜染料高氨氮废水处理的作用

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摘要：随着环保压力的加大，工业废水中高氨氮去除问题迫在眉睫。在维持原处理工艺及构筑物不变的情况下，硝化菌剂应用于颜染料高氨氮废水的处理，表现出良好的处理效果，具有处理成本低、易于操作、无二次污染等优势。

关键词：高氨氮；颜染料；生物强化；硝化菌剂

颜染料及其中间体是我国关乎基本民生的传统优势产业，其产量占全球染料供应产业的60%，2014年9月的腾格里沙漠污染事件（宁夏明盛染化公司污染事件）将整个染料行业推到了环保的高压之下。在环保高压和需求回暖的背景下，小规模染料企业被迫退出，染料垄断企业则凭借规模优势，提高染料价格，成为最终的受益者。然而严重增加了原本利润较低的印染企业的生产成本，使其雪上加霜，进而影响整个纺织行业的发展。颜染料及其中间体废水水质复杂，具有高氨氮、高色度、高含盐量、可生化性差等特点，是难处理的工业废水之一。颜料在生产过程中一般会加入大量的氯化铵作为反应物，因此生产过程中产生的废水中氨氮含量较高，导致C/N比严重失衡，废水处理难度非常大，该废水也是工业废水治理的难点，严重影响了该行业的发展[1]。“十二五”环保规划中，氨氮已继COD、SO2之后成为污染物实施总量控制的新指标，而且在一些特定流域的污水出水水质执行标准由一级B标准提高到一级A标准，要求所有排污单位最后出水氮素含量氨氮小于5mg/L，总氮小于15mg/L，这对已建和新建污水厂也相应提出了污水深度脱氮的技术需求[2]。

1高氨氮废水的处理方法

氮在溶液中以分子态氮、有机态氮、氨态氮、硝态氮、亚硝态氮及硫氰化物和氰化物等多种形式存在，而氨氮是最主要的存在形式之一[3]。目前，国内外关于氨氮废水的处理方法主要有两类：（1）物化法：吹脱法、电化学法、化学沉淀法、折点加氯法、离子交换法、膜吸收法和高级氧化法，该方法操作简单，效率高，但存在设备投资大，能耗多，运行费用高，易造成二次污染等；（2）生物法：能够有效和彻底地去除废水中的氨氮，处理过程稳定可靠，操作简便，运行成本低，不会造成二次污染等优点。

2硝化菌在高氨氮废水处理中的应用

硝化菌是一类具体硝化作用的细菌，分为异养型和自养型，目前被发现了的硝化细菌大多数是自养型的，分为亚硝酸盐菌（AOB）和硝酸盐菌（NOB）两个菌群，分别参与氨氧化和亚硝酸氧化阶段。但是硝化细菌的生长周期长，对溶解氧、温度以及有毒物质敏感。在污水处理系统中的很难维持较高的浓度，易流失，但是在脱氮过程中起着至关重要的作用，关系到污水厂氨氮出水是否达标[4]。颜染料废水具有成分复杂、毒性大等特点，在该废水中，硝化菌的硝化活性会受到抑制，不易富集，导致出水氨氮浓度高。当污水处理系统中的硝化功能崩溃后，通过投加活性污泥恢复费时、费力。因此，为了维持高氨氮废水处理系统运行的稳定性，需保持生物反应体系中硝化菌的数量，也是今后处理高氨氮废水的发展方向[5]。为了保证高氨氮废水处理系统中硝化菌的数量，可对该系统进行生物强化。生物强化（Bioaugmentation）是指将从自然环境中筛选得到的或经过基因改造的菌种投加到自然生态系统或人工系统中，以达到增强其处理效果的目的[6,7]。生物强化可以针对待处理目标，投加特定的促生长物质（俗称“营养盐”），来提高原位生态环境中功能微生物的生长，也可以投加相应的微生物菌剂，该菌剂是具有特定降解性能的微生物菌株或菌群，可通过长期驯化得到或从特定环境中分离纯化得到，或通过基因改造手段得到。目前已具有一些具有特定降解性能的商业菌剂[8]。利用生物强化手段处理高氨氮废水方面也有相应的文献报道。Jiao等利用本研究组驯化获得的脱氮菌剂，成功地强化了一个用于地表水深度脱氮的生物接触氧化沟系统，两周后氨氮和总氮去除率提高到60.1%和50.3%[9]。天津凯英科技发展股份有限生产的硝化菌剂在强化高氨氮废水处理方面具有显著的效果，并在一些颜染料企业得到了很好的应用。

3硝化菌在颜染料废水处理中的应用

（1）山东某颜料化工厂在生产一些无机颜料过程中产生大量酸性废水，该废水成分复杂，有机物含量较低，氨氮含量高，可生化性较差。该厂采用化学沉淀法对废水进行处理，出水氨氮浓度高，导致下游污水处理厂进水氨氮负荷高，造成其出水氨氮不达标。针对该公司废水处理现状，我公司对其进行升级改造，在絮凝池后增加好氧曝气池，在好氧池中同时投加活性污泥和硝化菌剂进行硝化功能启动。投加活性污泥和硝化强化剂2天后生化池中硝化功能就已基本建立完成，氨氮浓度由158mg/L降至3mg/L，去除率达到98%。当系统稳定后，废水日处理量在1000m3/d，系统进水氨氮浓度为在150~185mg/L，出水氨氮均维持在6.5mg/L以下，远远低于45mg/L的排放标准。（2）山东某化工厂主要生产颜染料中间体，主要用于合成有机颜料及偶氨类颜料等，产品种类较多，生产过程中产生三种高浓度、高盐度氨氮废水。现有生化系统对废水中氨氮的去除率较低，为保证出水氨氮达标，之前采用在生化系统末端投加次氯酸钠进行深度氧化的方法，该方法运行成本较高。在曝气生物滤池中投加了硝化菌剂，经过三天的驯化期，池内硝化功能基本建立，连续运行时，进水氨氮200mg/L，出水氨氮浓度＜40mg/L，满足排放要求，该方法操作简单，而且减少了深度氧化的药剂成本。（3）绍兴市某公司印染废水处理系统处理量约为2500-3000m3/d，处理工艺为气浮加多级生化，处理过程中产生亚硝酸盐氮积累的情况，导致处理出水COD偏高。为解决该问题，在维持原处理工艺及构筑物不变的情况下，通过投加硝化菌剂强化处理，亚硝酸盐氮积累情况消除，COD随之大幅下降，达到了目标要求。结语综上所述，在维持原处理工艺及构筑物不变的情况下，硝化菌剂在颜染料高氨氮废水具有良好的处理效果，通过投加硝化菌剂可快速启动高氨氮废水处理系统的硝化功能。并且具有处理成本低、易于操作、无二次污染等优势。随着生物脱氮机理的不断突破和发展，生物脱氮技术在未来高氨氮废水处理中优势将更加明显，具有广阔的前景。

作者:杨华军 张轶凡 孙晓莹 李红霞 单位:1.天津创业环保集团股份有限公司 2.天津凯英科技发展股份有限公司