厭氧鐵氨氧化在三類汙水中對氨去除的探索

北極星水處理網訊:厭氧鐵氨氧化反應是在厭氧條件下由微生物驅動的氨氧化鐵還原反應，是關注的熱點之一。該文探究厭氧鐵氨氧化反應對實際汙水的處理效果，以三類汙水(城市生活汙水、農村生活汙水及礦山廢水)為研究對象，在試驗中添加厭氧鐵氨氧化菌液，研究厭氧鐵氨氧化反應對這三類汙水中氨的去除效果。論文選題有一定的意義，試驗方法正確，分析結果合理，對類似研究有一定的參考作用。

根據2015年中國環境質量公報，我國廢水氨氮排放總量已達229.9萬噸。對於城鎮汙水處理廠，現有的廢水處理工藝難以進一步提高對含高濃度氨氮廢水的除氮效率。而對於工業廢水，其中往往含有重金屬，會降低廢水處置過程中的微生物活性，導致除氮效率不高。傳統的廢水脫氮工藝通過硝化和反硝化過程實現脫氮;與之相比，厭氧氨氧化不需要大量曝氣，並且能在一個反應器內直接實現脫氮[6]。因此近年來厭氧氨氧化細菌及以據此建立的廢水脫氮工藝一直是學者們研究的熱點。

隨著厭氧反應研究的深入，不少研究者發現，在厭氧條件下一些金屬化合物可以作為電子受體將氨氮氧化。Luther等發現錳可以將土壤中的氨氮氧化;Gilson等在厭氧細菌培養試驗中發現U(Ⅵ)可以作為電子受體參與氨氧化反應等。2005年，Clement等在美國新澤西州的溼地土壤中發現Fe(Ⅲ)氧化氨氮現象;2006年，日本學者Sawayama在固定床反應器中以厭氧環境下鐵的絡合物(Fe(Ⅲ)-EDTA)作為電子受體，將氨氮氧化，並將此反應現象定義為厭氧鐵氨氧化反應。隨後Yang等和Ding等分別在熱帶雨林土壤和水稻土中發現厭氧鐵氨氧化反應。2013年，Huang等給厭氧鐵氨氧化下了一個定義，即厭氧鐵氨氧化是以鐵氧化物作為電子受體，將氨氮作為電子供體，在厭氧的條件下實現氨氧化的過程。

隨後的研究表明，這種反應由細菌Acidimicrobiaceae bacterium A6(簡稱A6)所驅動。厭氧鐵氨氧化反應和A6的發現，給厭氧條件下氨氧化工藝處理汙水提供了新的思路。Huang等利用A6及好氧氨氧化細菌建立混合反應器，將水中的氨氮最終轉化為氮氣，從而達到脫氮的目的。李祥等利用汙水廠活性汙泥嘗試馴化能從事氨氧化、鐵還原的菌種，在馴化期間氨氮最大轉化率為59.7%。這些研究中，厭氧鐵氨氧化反應能對模擬汙水有較好的除氮效果，但目前關於厭氧鐵氨氧化菌處理實際汙水還鮮有報導。

為此，本研究選擇廣西壯族自治區欽州市汙水廠處理汙水、欽州市小欖江水和廣東省汕尾市廢棄硫鐵礦廢水3類實際廢水進行研究。欽州汙水處理廠接收欽州市的城市生活汙水，進入生化池前的汙水含有較高濃度的氨氮。小欖江位於欽州汙水處理廠旁，接收四周農田的面源汙染。汕尾廢棄硫鐵礦是90年代封礦的硫鐵礦區，但由於地表徑流作用，流經廢棄硫鐵礦區的地表水中含有硫鐵礦物。而硫鐵礦物中的Fe(Ⅲ)或許可以作為厭氧鐵氨氧化反應的電子受體。本文擬通過對比厭氧鐵氨氧化菌對這三種廢水中的氨氮的去除效果，研究厭氧鐵氨氧化菌在不同實際汙水中的氨氮氧化效率，以期為厭氧鐵氨氧化菌處理實際汙水提供參考。

1試驗材料與方法

1.1試驗裝置和運行條件

試驗運行裝置：經高溫滅菌、規格為250 mL的血清瓶，矽膠塞與螺旋蓋密封瓶口。

裝置運行條件：血清瓶放置在氣浴恆溫震蕩箱中，溫度恆定為25 ℃，轉速為150 r/min。試驗汙水加入血清瓶前經高純氬氣曝氣20 min以除去DO。

1.2厭氧鐵氨氧化細菌來源本

研究中的厭氧氨氧化活性汙泥菌落是項目組的前期研究成果，來自于大寶山森林土，以氨氮(NH4+)和Fe(Ⅲ)富集培養得到具有較高厭氧鐵氨氧化反應速率的菌落。細菌培養液中含有的氮元素及鐵形態如表1所示。

1.3試驗汙水理化性質分析

試驗汙水分別為廣西壯族自治區欽州市汙水處理廠的生化池進水、欽州市小欖江水以及廣東省汕尾市廢棄硫鐵礦區的地表水。三種試驗汙水的基本理化性質如表2所示。由於汕尾廢棄硫鐵礦汙水的pH值比較低，本研究根據厭氧鐵氨氧化菌生長的適宜pH，在汕尾廢棄硫鐵礦汙水中加入氫氧化鈉(1 mol/L)，將汙水pH調至4.5，後作為第四種試驗廢水參與整個研究(如表2所示)。

1.4測定項目與分析方法

分析方法參見文獻。NH4+-N採用納氏試劑分光光度法;NO2--N採用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法;NO3--N採用紫外分光光度法;總氮(TN)以NH4+-N、NO2--N和NO3--N三者之和表示。COD採用哈希DRB200、DR20800消解測定儀;pH採用奧克斯ST300可攜式pH計;DO採用奧克斯ST300可攜式溶解氧測定儀。

Fe(Ⅱ)和總鐵測定採用菲囉啉分光光度法。在pH為4~9時，菲囉啉與水中的Fe(Ⅱ)反應生成穩定的配合物，該配合物在波長為562 nm時有最大吸收。總鐵測定時，水中的Fe(Ⅲ)先用鹽酸羥胺還原成Fe(Ⅱ)，再用菲囉啉分光光度法測定。

1.5試驗方法

200 mL汙水經濾紙過濾後，倒入250 mL滅菌血清瓶中。加入約15 mL的厭氧鐵氨氧化菌液和5 mL三價鐵氧化物(5.36 mmol/L)。每個厭氧培養瓶通入氬氣充分曝氣20 min後放置厭氧培養箱內培養。一組試驗水樣設置3個平行樣及不添加菌液的空白樣。對每個厭氧培養瓶在培養第0 h、12 h、24 h、36 h、2 d、5 d、6 d、7 d、8 d、10 d分別取水樣5 mL。為避免空氣中的氧氣將水樣中的Fe(Ⅱ)氧化，保證測量的準確性，將血清瓶放入厭氧培養箱中取樣。試驗水樣及空白水樣使用孔徑為0.22 μm的針筒濾膜過濾至10 mL無菌離心管內，隨後測定NH4+-N、NO2--N、NO3--N、Fe(Ⅱ)、總鐵等指標。

2結果與討論

2.1欽州汙水廠進水中氮元素及鐵形態的轉化

欽州汙水處理廠除接收市鎮生活汙水外，也接收部分水產養殖業廢水。水產養殖廢水一般含有較高濃度的氨氮，因此試驗開始前，該汙水的氨氮濃度相對較高。在純厭氧的培養條件下，加入菌液的汙水氨氮濃度明顯降低，10 d內由初始的203.94 mg/L降低至122.26 mg/L。而未加菌液的汙水，氨氮略有下降，原因是欽州汙水廠進水偏鹼性，在鹼性條件下，汙水中的氨離子轉化成游離氨移至氣相中，導致未加菌液的汙水氨氮也略有下降。另外添加菌液的汙水中，硝態氮的濃度由初始的0.12 mg/L升高至37.17 mg/L，而未加菌液的汙水硝態氮的變化並不明顯(如圖1所示)。對比未加菌液的汙水，加菌液汙水中的硝態氮明顯升高。亞硝態氮在培養過程中沒有明顯的升高，與未加菌液的汙水變化趨勢相近。由氮元素守恆定律說明加入菌液的汙水中，氨氮被氧化成硝態氮，轉化的量為37.13 mg/L。加入菌液後汙水的總氮變化如圖2所示，在0~6 d內由204.10 mg/L降低至157.94mg/L，而6~10d總氮沒有明顯變化。汙水中的總氮下降，且汙水處於厭氧狀態，說明部分氨氮可能被氧化成氮氣，轉化量為44.55 mg/L。

圖1 欽州汙水廠進水中氮元素的轉化：(a)未加菌液;(b)添加菌液

圖2 欽州汙水廠進水中總氮的變化

北極星環保網聲明：此資訊系轉載自北極星環保網合作媒體或網際網路其它網站，北極星環保網登載此文出於傳遞更多信息之目的，並不意味著贊同其觀點或證實其描述。文章內容僅供參考。