处理高氨氮废水亚硝化细菌培养实验研究

摘要：现如今，我国的科技发展十分迅速，为培养适应高氨氮废水短程硝化要求的亚硝化细菌，采用选择性传代培养及序批式定向培养对亚硝化细菌富集过程及影响因素进行研究，分析了水温、pH、溶解氧浓度等培养条件对亚硝化效果的影响。结果表明，富集的亚硝化细菌为短杆状亚硝化单胞菌，菌体大小为0.75μm×0.3μm，在水温T=(28±1)℃、pH=(7.6±1)、ρ(DO)=(1.2±0.2)mg/L的培养条件下，随着培养时间的延长和初始氨氮浓度的提高，亚硝化细菌逐渐适应了高氨氮水质环境，亚硝化细菌浓度达到2.4×109CFU/mL，氨氧化速率达到21.8mg/(L•h)，亚硝酸氮累积率≥96.0%。

关键词：亚硝化细菌;短程硝化;氨氮;富集培养

引言

氨氮含量是污水水质中的一项重要指标，近年来的氮污染问题急剧增加，因此有关废水的生物脱氮研究日益受到重视。含有氨氮的废水生物脱氮无论是理论还是实践上，人们普遍认为“硝化-反硝化”是处理含氮废水的有效方法，其中硝化作用是由亚硝化细菌和硝化细菌共同完成的，而亚硝化细菌的亚硝化作用是脱氮过程中决定反应速度的重要一步。目前，短程硝化反硝化生物脱氮在处理含氨氮废水中受到越来越广泛的重视。同传统的生物脱氮技术比较，短程生物脱氮具有缩短反应时间、增大了硝化和反硝化速率、减少硝化需氧量、节省碳源以及减少污泥排放量等优点。无论是普遍的“硝化-反硝化”过程还是短程硝化型反硝化过程，亚硝化细菌始终是重要的决定因素。虽然关于亚硝化细菌菌株本身的研究较多，但探讨亚硝化细菌用于对含氨氮废水进行处理的研究较少，因此作者从某城市污水处理厂活性污泥中筛选了一株对氨氮有较强作用的亚硝化细菌，探讨了该亚硝化型细菌对不同浓度氨氮废水的作用，以及温度、pH值和溶解氧等影响因素对氨氮去除的影响。通过试验研究表明该亚硝化细菌处理氨氮废水的处理能力较强，最终希望能够将该细菌应用于对含氨氮废水的短程硝化处理上。

1 材料与方法

1.1菌源及培养基

菌源为杭州某城市污水处理厂好氧段活性污泥。培养基成分：(NH4)2SO42g、K2HPO₄0.75g、NaH₂PO₄0.25g、MgSO₄•7H₂O0.03g、MnSO₄•4H₂O0.03g，培养基配置好后投加Na₂CO₃调节pH至8.1～8.2，在121℃高温高压下灭菌20min。

1.2实验装置

选择性传代培养采用恒温振荡培养箱，亚硝化细菌定向培养装置如图1所示，主体为圆柱形容器，有效容积为20L，配有空气压缩机、曝气头、温控器、计量泵、在线DO仪及在线pH计。

图1定向培养装置

1.3方法

1.2.1培养基亚硝化细菌富集培养基

0.4%(NH4)2SO4、0.1%K2HPO₄、0.05%MgSO₄、0.2%NaCl、0.04%FeSO₄，0.5%CaCO₃混匀溶解。调节pH值至8.0～8.2。亚硝化细菌液体培养基：亚硝化细菌富集培养基稀释5倍，即为亚硝化细菌液体培养基，其中NH+4-N浓度为206mg/L。

1.2.2亚硝化细菌培养条件优化

1.2.2.1温度

选取一定量的长势较好的亚硝化细菌，加入500mL亚硝化细菌液体培养基，于500mL摇瓶中，调pH值为8，在15、25、30、35、40℃下，110r/min摇床培养。1.2.2.2Na₂CO₃浓度选取一定量的长势较好的亚硝化细菌，加入500mL亚硝化细菌液体培养基，于500mL摇瓶中，调pH值为8，分别加入0.1%、0.2%、0.4%，1%Na2CO3，110r/min，最适温度下摇床培养。

1.2.2.3NH₄HCO₃浓度

选取一定量的长势较好的亚硝化细菌，加入500mL亚硝化细菌液体培养基，于500mL摇瓶中，调pH值为8，分别加入0.02%、0.1%、0.2%、0.3%NH₄HCO₃，110r/min，最适温度，最适Na₂CO₃浓度下摇床培养。

2 结果与讨论

2.1选择性传代培养效果

选择性传代培养第4批次、第5批次亚硝化效果如图2所示，经过5批次选择性传代培养，亚硝化速率得以提高，亚硝化细菌逐渐成为优势菌，第5批次培养第10d，ρ(NH4+-N)=0，NO2-N累积率达到93%。

2.2亚硝化细菌的形态特征

在分离平板上挑选点状粉红色单菌落，进行生理生化实验和扫描电镜分析，分离菌株为格兰氏阴性，需氧性实验阳性，不需要有机生长因子，观察扫描电镜成像可知为短杆状，菌体大小约0.75μm×0.3μm，根据形态特征及生化特征分析，分离菌株为亚硝化单胞菌属。

2.3培养条件对亚硝化效果的影响

高氨氮水质驯化过程中的亚硝化效果如图6所示，随着培养时间的延长和初始NH4+-N浓度的提高，经过22d的连续培养，亚硝化细菌逐渐适应了高氨氮水质环境，NH4+-N去除率≥94.5%，氨氧化速率达到21.8mg/(L•h)。NH4+-N在好氧条件下被稳定地转化为NO₂--N，亚硝化细菌得到了有效富集，亚硝化细菌浓度达到2.4×109CFU/mL，亚硝酸氮累积率≥96.0%。当初始ρ(NH4+-N)≥400mg/L，NH4+-N去除率有所下降，分析认为，在pH及水温不变的前提下，提高初始氨氮浓度在脱氮初期造成了游离氨浓度的升高，进而在一定程度上抑制了初期亚硝化细菌的活性，随着亚硝化作用的持续进行，游离氨浓度有所降低，但氨氧化速率仍受到一定影响。

结语

1)选择性传代培养可从市污水处理厂好氧段活性污泥中富集亚硝化细菌，经过5批次选择性传代培养，亚硝化速率和NO2--N累积率得以提高，亚硝化细菌逐渐成为优势菌，第5批次培养第10天，NH₄+-N全部去除NO₂--N累积率达到93%，分离的亚硝化细菌为亚硝化单胞菌属，短杆状，菌体大小约0.75μm×0.3μm。2)在初始ρ(NH4+-N)=200mg/L的情况下，最适宜培养亚硝化细菌的条件为：pH=8、水温T=30℃、ρ(DO)=1mg/L。

参考文献：

[1]邢丽贞，郑德瑞，孔进，等.高氨氮废水短程硝化过程中N₂O释放实验研究[J].环境科学学报，2016，36(4)：1260-1265.

[2]康达，郑平，胡倩怡.厌氧氨氧化结构体、形态与功能[J].化工学报，2016，67(10)：4040-4046.

项目来源 新疆维吾尔自治区科技支疆项目(2017E0257)

原标题：处理高氨氮废水亚硝化细菌培养实验研究