乙酸钠促进石化废水COD降解的机理分析

付 欢，王 翀，李 杰

（1.中国石油锦西石化分公司，辽宁 葫芦岛 125001；2.成都质量监督总站，四川 成都 610000；3.沈阳质量监督站，辽宁 沈阳 110000）

石油化工废水中含有烃类化合物，苯、酚、硫类化合物、汽油、原油等，其中的难降解物质通过生物法不能有效降解，从而增加出水COD，增加后续工艺污水处理成本。水处理工程师在外加碳源乙酸钠促进生化工艺反硝化脱氮的工业应用中发现，乙酸钠可帮助提高了活性污泥系统对COD的去除能力。相对于乙酸钠促进生物反硝化脱氮的理论研究，乙酸钠促进COD降解的机理理论研究尚不成熟。

文中结合微生物共代谢、微生物细胞内聚合物和胞外聚合物等理论，分析乙酸钠促进活性污泥系统COD去除率提升的作用机理。同时在石化污水处理场A/O生化装置投加外加碳源乙酸钠，结合工业数据分析乙酸钠对A/O生化系统COD降解能力的影响。

1 微生物共代谢促进难降解物分解

微生物可将有机物作碳源，或合成新细胞；或进行好氧降解；或利用硝酸盐、硫酸盐、CO2及其它有机物作电子受体进行厌氧降解。此外微生物还能以共代谢进行有机物的降解：通过外加碳源和能源物质，将原本不能或不易被降解的物质代谢降解的现象。1959年E.R.Leadbetter等发现了甲烷产生菌（P.Methanic）把不能直接作为生长基质的乙烷，氧化成乙醇、乙醛的共氧化现象，并其定义为在生长基质存在的条件下，微生物对非生长基质的氧化。后来，H.L.Jensen正式提出共代谢的概念：存在生长基质时，微生物的活性会增强，从而对非生长基质的降解性能也会提高，此时微生物无论是通过氧化作用还是还原作用对非生长基质的降解都是共代谢的作用［1］。

乙酸钠作为在污水处理行业广泛采用的易降解物质，也被发现促进了许多难降解物质的微生物共代谢。

张雪杰等［2］研究石化废水处理时发现，将乙酸钠作为添加基质，活性污泥对废水中难降解有机物有促进分解的作用，从而提高了废水的COD去除率。

林丽婷［3］、汪卫等［4］在研究选矿废水中对COD贡献较大的难降解物质苯胺黑药的降解时发现，在基质中增加乙酸钠能够强化苯胺黑药的厌氧降解效能。

王淑红等［5］研究难降解物质2，3，6-三硝基苯酚的降解特性时发现，在基质中添加了乙酸钠后，2，3，6-三硝基苯酚的降解速率有所提高。

张成［6］发现基质中存在乙酸钠时，邻苯二甲酸二异辛酯的降解加快。

2 乙酸钠降低出水悬浮物

生物法反应器中，常见微生物以活性污泥形式集合存在，表现为肉眼可见的絮状物，被称为絮凝体或菌胶团，絮体直径为0.05～0.5 mm。活细菌、其它生物，死细胞依靠活性污泥细胞分泌的絮凝物质而絮凝在一起。活性污泥法要得到理想的污水处理效果，污泥在2沉池的沉降使泥水分离是关键的一步。

絮凝体的形成直接影响活性污泥的沉降，影响泥水分离效率，直接影响到出水水质。沉淀不好，出水悬浮物就会增加，就会增加出水的COD含量。所以要得到有优良沉降性能的活性污泥，首先要形成好的污泥絮凝体。

2.1 乙酸钠影响污泥絮凝性

关于絮凝体形成机理研究结果有很多，其中研究胞内聚合物（糖原和PHB）在活性污泥的合成与降解，及其对活性污泥性能的影响，是对活性污泥絮凝体形成的1种解释。

胞内聚合物是活性污泥细菌体内碳源或能量贮藏的1种形式，胞内聚合物有多糖、类脂、多聚磷酸盐和硫粒等。当培养基中存在能形成胞内聚合的物质时，微生物细胞就会积累有渗透惰性的，且不溶于培养基水分中的多糖、中性脂肪和聚β-羟基丁酸酯（Poly-β-hydrobutyrate，PHB）等，此类物质可被用于作碳源能源和被用于细胞代谢。其中PHB的形成过程是：当碳源过剩时，微生物细胞NADH氧化酶活性降低，NADH逐渐增多，抑制了柠檬酸合成酶及异柠檬酸脱氢酶，阻断了三羧酸循环，没被利用的乙酰辅酶A积累到一定程度，辅酶A对乙酰辅酶A酰基转移酶的抑制就被克服，乙酰辅酶A便缩合成乙酰乙酸辅酶A并启动了PHB的合成［7］。当缺乏胞外碳源时，PHB可做能源延长微生物的生命。

孙明［8］的研究发现乙酸钠为底物所培养的污泥中胞内糖原含量较低，而PHB的含量是胞内糖原的2倍，胞内聚合物的变化接近于PHB的变化。

王杰［9］研究发现乙酸钠对比其它碳源，微生物合成胞内聚合物的量最大，可能与乙酸钠含有CO基团，在微生物细胞内直接与乙酰辅酶A（CH3COCOA）完成结合，而启动胞内聚合物的形成有关。由于耗能少，使存储物增多。

Chudoba的AC-SC假说认为，基质进入细胞，并在细胞内积累。被活性污泥去除的基质的量，分为被氧化部分和被积累贮存部分。被微生物积累的有机物被氧化，积累能力恢复，微生物才能进行新陈代谢。沉降性能不好的活性污泥也积累了一定胞内聚合物，但这些胞内聚合物只是极少部分降解或者以极慢的速度降解。而沉降性好的污泥中的有机物更积极地参与了微生物的代谢，即胞内聚合物积累后得到了及时降解，有利于活性污泥的絮凝和沉降［8］。

孙明［8］在研究中还发现，乙酸钠使污泥更积极的合成了胞内聚合物并能有效的降解。

2.2 乙酸钠影响污泥絮凝性能

胞外聚合物（Extracallular Polymer，ECP）是包围在细胞膜外的具有粘性的物质，一般为聚糖、蛋白质、核酸、类脂、腐殖质、纤维等。有理论认为其对活性污泥的絮凝沉降有重要作用。因为胞外聚合物中的脂类、蛋白质等疏水分子，使活性污泥表面呈局部疏水性；胞外聚合物还有阴离子基团，可以和2价阳离子结合，所以胞外聚合物可构成空间三维结构，便于维持活性污泥絮体的完整性。胞外聚合物带负电，因此其浓度增加将导致活性污泥絮体表面负电荷增加，从而影响活性污泥污泥絮凝性能。

以乙酸钠为底物的污泥，细胞合成的胞外聚合物以多糖为主。刘燕［10］发现以乙酸钠为底物时，所培养的活性污泥的胞外多糖的量增加较多。

2.3 乙酸钠改善污泥沉降性能

马鲁铭等的研究发现，丝状菌的COD降解速率和胞内有机物形成速率较慢，且整个过程几乎速率不变；胞内有机聚合物形成量比菌胶团污泥少；而菌胶团污泥有极明显的初期COD快速降解与胞内有机物聚合物快速形成阶段。由于大部分丝状菌都不具备底物贮存能力。使以乙酸钠为底物培养的活性污泥菌胶团在在与丝状菌的种群竞争中获得了优势，从而抑制丝状菌的过量生长，有利于污泥絮体在2沉池内的沉降分离［11］。

3 乙酸钠工业实验

总结某石化污水处理场A/O生化装置工业数据，发现3个现象。

3.1 乙酸钠促进含硫化物废水的COD降解

当A/O生化装置入水硫化物均值为4 mg/L时，受硫化物的影响，污水中的有机物较难降解，随着硫化物冲击时间的增加，A/O生化反应器的COD去除率逐渐降低，从91.04%降至86.94%，平均值为89.68%。

相同水质条件下（入水硫化物均值为4 mg/L），向A/O生化装置入水投加40 mg/L乙酸钠（COD增量），A/O生化装置的COD去除率会随着投加时间的增加而不断上升，从91.60%逐渐升至93.08%，平均值为91.51%，见表1。

表1 A/O生化装置的COD去除率/%

该石化污水处理场的A/O生化装置，在经历入水硫化物冲击时，出现了COD去除率下降的现象；而投加乙酸钠时，其COD去除率却有所提高，说明乙酸钠促进了该装置活性污泥对含硫化物废水COD的降解。

3.2 乙酸钠促进含油废水的COD降解

石油类污染物作为难降解物质，会附着在微生物细胞表面，堵塞微生物呼吸代谢通道，造成微生物死亡。一般认为当A/O生化装置入水油含量大于30 mg/L时，就超过了其油类污染物承受能力，会降低污泥活性，使出水水质恶化。

在研究某石化污水处理场A/O生化装置时，发现当A/O生化装置入水油含量持续为40 mg/L时其COD去除率从91.99%降至88.46%，均值为90.14%，说明装置内微生物受到了难降解的石油类物质影响，污泥活性被抑制。但同样水质条件下，向A/O生化装置投加60 mg/L乙酸钠（COD增量）其COD去除率虽然也有所下降，但普遍高于未投加乙酸钠时期，为93.65%至90.83%，均值为92.29%，见表2。

表2 入水油含量40 mg/L、投加60 mg/L乙酸钠（COD增量）时与对照组的COD去除率对比

当该A/O生化装置入水油含量持续为50 mg/L时，COD去除率从89.88%降至85.33%，呈断崖式趋势下降，均值为88.08%，说明高浓度石油类物质加剧了对活性污泥微生物生理代谢的抑制。

相同水质条件下，向A/O生化装置投加乙酸钠30 mg/L（COD增量）时，其COD去除率维持在89.07%～91.61%，均值为90.22%，普遍高于投加乙酸钠时期，见表3。

表3 入水油含量50 mg/L、投加30 mg/L乙酸钠（COD增量）时与对照组的COD去除率对比

当A/O生化装置入水油持续大于30 mg/L时，其活性污泥活性受到抑制，COD去除率下降，且入水油含量越高，COD去除率下降速度越快，抑制作用越明显。但向A/O生化装置投加乙酸钠，虽然活性污泥活性也被石油类污染物抑制，但其COD去除率普遍高于未投加乙酸钠的对照组。说明A/O生化装置中有乙酸钠时，乙酸钠促进了微生物对含油废水COD降解。

3.3 连续投加乙酸钠的效果

当石化污水处理场A/O生化装置持续处理低碳氮比废水时（油含量小于30 mg/L，入水COD低于600 mg/L，但入水氨氮为40～70 mg/L），其出水悬浮物逐渐在15.5～21.0 mg/L，COD去除率在85.68%～87.55%。而相同水质条件下，向A/O生化装置投加40 mg/L乙酸钠（COD增量），其COD去除率从87.91逐渐升至90.83%，A/O生化装置出水悬浮物从16.1 mg/L逐渐降至11.7 mg/L左右，说明出水水质明显高于未投加乙酸钠时期，见表4。

表4 A/O生化按40 mg/L（COD增量）比例投加乙酸钠时COD去除率和出水悬浮物变化

4 结束语

乙酸钠作为微生物易降解物质，已被发现促进了污水处理过程中许多难降解物质的微生物共代谢反应。

由于乙酸钠可促进微生物胞内聚合物的产生并容易被微生物代谢，并且能影响微生物胞外聚合物的构成，所以乙酸钠有明显的改善活性污泥菌胶团絮凝性能，改善污泥沉降性能，避免丝状菌膨胀的作用。

在研究石化污水处理A/O生物装置的工业案例中发现，A/O生化装置被硫化物和含油废水冲击时，投加乙酸钠有增强微生物活性的作用；在处理低碳氮比污水时，投加乙酸钠有改善污泥絮凝沉降性能，提高COD去除率的作用。