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硝化細(xì)菌在污水凈化中的應(yīng)用

來源:建樹環(huán)保 2020-08-28 14:33:59 4123

  1 背景

  當(dāng)今經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,給人類帶來了更佳的物質(zhì)生活條件,同時(shí)也帶來了一些環(huán)境污染問題。生活污水、工業(yè)污水和農(nóng)業(yè)污水等污染水體,進(jìn)而給人類帶來了健康問題,影響了水生態(tài)平衡。其中水體富營(yíng)養(yǎng)化是水污染的普遍現(xiàn)象之一,而氨氮濃度是治理富營(yíng)養(yǎng)化污水的重要指標(biāo)。采用生物脫氮法去除污水中氨氮,具有操作簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn),在水產(chǎn)品養(yǎng)殖和污水處理中廣泛應(yīng)用。微生物中氮循環(huán)主要由生物體內(nèi)有機(jī)氮的合成、氨化作用、消化作用、反硝化作用和固氮作用組成。污水中的氨氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽;進(jìn)而通過反硝化作用,最終生成氮?dú)?。硝化?xì)菌的硝化作用是生物脫氮應(yīng)用中氨氮轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。因此,對(duì)硝化細(xì)菌更深入的研究,對(duì)污水處理中的氨氮去除具有重要意義。本文就硝化細(xì)菌在污水氨氮去除中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀進(jìn)行討論。

  2 硝化細(xì)菌的研究進(jìn)展

  硝化細(xì)菌分為自養(yǎng)和異養(yǎng)類型,目前自然界中已發(fā)現(xiàn)的硝化細(xì)菌大多數(shù)為自養(yǎng)硝化細(xì)菌,異養(yǎng)硝化細(xì)菌較少。自養(yǎng)硝化細(xì)菌分為氨氧化細(xì)菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(NOB),這兩類細(xì)菌分別參與硝化作用的氨氧化和亞硝酸氧化階段。AOB 和 NOB 共有9 種屬,20種。為了硝化細(xì)菌菌劑的高效應(yīng)用,研究學(xué)者從自然界中富集培養(yǎng)、分離純化與菌種鑒定、包埋固定化、擴(kuò)大培養(yǎng)和混合菌群多樣性研究,研究新發(fā)現(xiàn)菌株的生理特性和脫氮作用機(jī)制。硝化細(xì)菌研究領(lǐng)域涵蓋了菌種的分離鑒定、代謝機(jī)理、基因水平研究、菌劑的制備、菌種的保存以及硝化細(xì)菌檢測(cè)技術(shù)的研究。當(dāng)前,硝化細(xì)菌的研究獲得了一定的成效。比如養(yǎng)殖業(yè)往往采取人工投餌方式,加上魚等養(yǎng)殖產(chǎn)品的排泄物導(dǎo)致了養(yǎng)殖水體中氨、亞硝酸鹽超標(biāo)而使養(yǎng)殖產(chǎn)能低下。而定期投入一定的硝化細(xì)菌,大大改善養(yǎng)殖水質(zhì),為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來了更高的養(yǎng)殖效益。如專門培養(yǎng)觀賞性水生動(dòng)植物的水族箱、養(yǎng)魚池等,硝化細(xì)菌及時(shí)去除里面的氨氮、亞硝酸鹽等對(duì)魚類有毒物質(zhì)。此外,利用硝化細(xì)菌菌劑,活性污泥法、生物濾池和生物膜法等去除工業(yè)污水和生活污水中的氨氮,也獲得了一定成效。

  3 硝化細(xì)菌在污水凈化中的應(yīng)用情況

  硝化細(xì)菌主要應(yīng)用于處理養(yǎng)殖廢水和氨氮、亞硝酸鹽超標(biāo)的工業(yè)廢水和生活污水。硝化細(xì)菌廣泛應(yīng)用于廢水生化處理的工藝中,傳統(tǒng)的工藝有 A/O 法、A2/O法、接觸氧化法、SBR 工藝等。此外,新型生物脫氮技術(shù)也在研究發(fā)展中,包括厭氧氨氧化技術(shù)、硝化反硝化技術(shù)和短程硝化反硝化技術(shù)等。

  4 硝化細(xì)菌污水應(yīng)用瓶頸

  硝化細(xì)菌的研究已持續(xù)一百多年,但是硝化細(xì)菌的工業(yè)應(yīng)用技術(shù)尚存在問題。其在凈化污水的應(yīng)用中依然存在一些技術(shù)瓶頸。

  (1)自身因素的限制。目前發(fā)現(xiàn)的硝化細(xì)菌多數(shù)為自養(yǎng)型,少量異養(yǎng)型。自養(yǎng)型硝化細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖周期長(zhǎng)

  (10h以上),生長(zhǎng)緩慢,自然條件下硝化菌群的富集培養(yǎng)與馴化時(shí)間周期長(zhǎng)且有效菌體濃度低下,而單一菌種的擴(kuò)大培養(yǎng),菌體濃度較高,但是其硝化作用效果不如富集培養(yǎng)的菌種。另外,異養(yǎng)型硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)周期比自養(yǎng)型長(zhǎng),但對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)。

  (2)外界因素的限制。硝化細(xì)菌在工業(yè)應(yīng)用中硝化作用效果,除了受自身特性的影響菌,菌種的生長(zhǎng)繁殖對(duì)外界因素較為敏感性。比如溫度、pH 值、DO、C/N、有機(jī)物濃度、消毒劑[8]、有毒物質(zhì)和重金屬等[9],將直接影響硝化細(xì)菌的硝化作用效果。

  綜上,目前市售硝化細(xì)菌菌劑種類繁多,硝化作用效果參差不齊,大多數(shù)為生物直投法使用。硝化細(xì)菌菌劑的凈化效果除了受生長(zhǎng)環(huán)境的影響,主要受菌劑本身特性的影響。就處理效果而言,國(guó)產(chǎn)菌劑的除氨氮效果一般;而部分進(jìn)口產(chǎn)品效果相對(duì)顯著,但價(jià)格高,其中商業(yè)菌劑市場(chǎng)份額最大的是 EM 和諾維信。市售硝化細(xì)菌為復(fù)合菌劑,含有多種功能不同的細(xì)菌組分,如光合菌劑、枯草芽孢桿菌等。盡管進(jìn)口復(fù)合菌劑有較好的效果,但在工業(yè)應(yīng)用中不具有針對(duì)性,且需要定期添加菌劑維持。其出售菌劑都是按照固定的細(xì)菌類別配比制備而成。但是處理不同的污水,由于水質(zhì)原因和生長(zhǎng)條件的不同,復(fù)合菌劑中的某些成分,不但不能在該條件下生長(zhǎng)繁殖,還可能短時(shí)間內(nèi)衰亡,在污水處理中不起任何作用。故復(fù)合菌劑在實(shí)際應(yīng)用中,菌劑部分成分為無效組分,在一定程度上是一種資源浪費(fèi)。原因是投放的菌劑無法適應(yīng)被投放的生長(zhǎng)環(huán)境,對(duì)外界做出應(yīng)激反應(yīng),難以進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖,逐步衰亡,因此無法長(zhǎng)期保持較好的硝化作用能力,維持較好的氨氮去除效果。如何獲取不同極端條件下能適應(yīng)生長(zhǎng)的硝化細(xì)菌菌種,如具有耐酸、耐堿、耐高溫、耐低溫、耐高鹽濃度、耐低 DO 等基因特性的菌株是當(dāng)務(wù)之急。如此,根據(jù)處理污水的特性制備菌劑,保證菌種的精準(zhǔn)高效投放,使菌種在治理目標(biāo)— 污水中進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖,持續(xù)性保持一定的硝化作用能力,達(dá)到持續(xù)凈化的效果。

  5 發(fā)展前景

  硝化細(xì)菌菌劑是一種安全性較高的菌劑。硝化細(xì)菌在污水處理中的應(yīng)用需要更深層次的研究,以獲得更高效的工程應(yīng)用效果。獲得生長(zhǎng)繁殖周期較短、利于擴(kuò)大培養(yǎng)、硝化作用活性更強(qiáng)、適應(yīng)能力較好的硝化細(xì)菌菌劑。根據(jù)不同的污水水質(zhì),選取最佳的菌種,配制更高效的復(fù)合菌劑,使其快速適應(yīng)污水的環(huán)境,進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖,維持更為持久高效的氨氮去除效果。研究者甚至可通過基因手段整合硝化細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)基因,增強(qiáng)菌劑對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力,提高菌劑的效能,降低污水處理成本,提高氨氮去除環(huán)保技術(shù)的水平。

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