微生物共培养厌氧同步消化反硝化处理污水的研究
以塑料网为载体附着生长厌氧消化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌。
厌氧消化菌将有机污染物转化为小分子有机酸、醇类、醛类、二氧化碳和甲烷等，有机物厌氧消化产生的丙酸和丁酸等作为反硝化菌和厌氧氨氧化菌脱氮时的碳源被消耗，从而实现模拟污水中有机污染物和含氮污染物的协同、高效去除。
标签：微生物共培养；厌氧消化；反硝化；厌氧氨氧化
1 前言
微生物代谢具有一定的协同性，如厌氧消化菌在降解有机污染物时将产生小分子的有机酸、醇类和醛类，而这些小分子的有机物很容易被反硝化菌和厌氧氨氧化菌在脱氮时作为碳源而消耗，从而促进厌氧消化菌的代谢作用。
可见厌氧消化菌和反硝化菌、厌氧氨氧化菌在污染物的代谢过程中具有相互促进和协同作用。
本研究利用微生物共培养技术，以塑料网为载体共培养厌氧消化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌实现了污水中有机污染物、氨氮和硝态氮的协同、高效去除。
2 材料与方法
2.1 微生物的驯化、培养
厌氧消化菌培养基配方为（mg/L）：（NH4）2SO4 30，KH2PO4 30，KHCO3 500，MgSO4 200，FeCl3 100，CaCl2 30，C6H12O6 500，NaNO3 40；反硝化菌培养基配方为（mg/L）：（NH4）2SO4 60，KH2PO4 30，KHCO3 500，MgSO4 200，FeCl3 100，CaCl2 30，C6H12O6 200，NaNO3 200。
每升培养基添加微量元素液1～2 ml，微量元素液配方（g/L）：EDTA 50.0，ZnSO4 2.2，CaCl2 5.5，MnCl2·4H2O 5.06，FeSO4·7H2O 5.0，（NH4）6Mo7O2·4H2O 1.1，CuSO4·5H2O 1.57，CoCl2·6H2O 1.61。
分别接种污水处理厂的厌氧消化污泥和反硝化污泥到密闭的锥形瓶中驯化培养，每天更换一次培养基，并用高纯氮气排除系统内的氧气，培养期间溶液pH均控制在6.5～7.5之间。
控制污泥浓度在3500～4000mg/L，出水中COD和NO3-的浓度保持稳定，表明厌氧消化菌和反硝化菌已经驯化好了。
2.2 反应器的构建
以内径6cm、长10cm的圆柱形有机玻璃为反应器，两端采用螺母加盖固定，一端固定50mm×80mm网格间距为180μm的塑料网。
各接种20ml驯化培养好的厌氧消化菌和反硝化菌悬浮液到反应器培养4天后，用培养液洗掉网面上附着不牢的污泥，每天更换一次待处理的模拟污水，下部用磁力搅拌器搅拌（100rpm）。
2.3 模拟污水和分析测试方法
采用去离子水配制待处理的模拟污水（mg/L）：KH2PO4 30，KHCO3 500，
MgSO4 200，CaCl2 30，（NH4）2SO4 60，FeCl3 100，C6H12O6 500，NaNO3 100，每升添加1～2mL微量元素液，调节pH为7.0±0.2，每天更换一次处理污水。
相关指标的测定：用pH计（pHS-25型，上海精科雷磁）测定pH，用重铬酸钾微波消解快速测定法测定COD含量，用纳氏试剂分光光度法测量氨氮含量，用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法测定亚硝盐氮含量，用紫外分光光度法测量硝酸盐氮含量。
文中实验数据均为三次测定结果平均值。
3 实验结果与讨论
每天定时更换1次污水，连续运行10天后，测定进出水中COD、NH4--N、NO3--N和NO2--N的浓度，并计算去除率，结果如表1所示。
进水中COD、NH4--N 和NO3--N的浓度分别为535mg/L，12.7mg/L和16.5mg/L，而出水中的浓度分别为128mg/L、10.8mg/L和2.00mg/L。
可见COD、NH4--N和NO3--N的去除率分别为76.1%、15.0%和87.9%。
这说明共培养厌氧消化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌对COD和NO3--N有较好的去除率。
该微生物共培养体系对NH4--N的去除效果不明想，这可能与在厌氧体系中以葡萄糖作为碳源时，NO3--N易被異化还原为NH4--N，因此出水中NH4--N浓度较高，去除率相对较低。
出水中NO2--N 仅为0.10，说明NO2--N没有明显的积累。
已有的研究表明：在以C6H12O6为碳源的反硝化脱氮工艺中，当COD/NOx--N介于8.86～53时，同时存在反硝化和厌氧消化作用。
在本研究中进水的COD/NO3--N为32.2，结合进、出水中COD和NO3--N含量的变化，说明在该反应体系中存在明显的厌氧消化和反硝化协同作用。
因此共培养厌氧消化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌，利用微生物代谢的协同性，实现污水中有机污染物和含氮污染物的协同、高效去除是可行的。
4 结束语
污水中同时含有有机污染物和含氮污染物，利用微生物代谢的协同性，共培养厌氧消化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌，在同一个反应器内可实现污水中有机污染物和硝态氮污染物的协同、高效去除，减少了污水处理的工艺流程，可明显降低污水的处理成本，具有十分重要的意义。
参考文献
[1]国家环境保护总局《水和废水监测方法》编委会.水和废水监测方法（第四版）.北京：中国环境科学出版社，2002.
[2]Akunna J C，Bizeau C，Moletta R. Denitrification in anaerobic digesters：possibilities and influence of wastewater COD/N-NOX ratio [J].Environ. Technol，1992，13：825-836
[3]Quevedo M，Guynot E，Muxi L.Denitrifying potential of methanogenic sludge
[J].Biotechnol. Letters，1996，18 （12）：1363-1368
[4]Srinandan CS，D’souza G，Srivastava N，Nayak BB，Nerurkar AS. Carbon sources influence the nitrate removal activity，community structure and biofilm architecture. Bioresource Technology，2012，117：292-299.
指导教师：冉春秋（1976-），博士，副教授。