污泥水溶性有機物對硝化活性的影響

靳大偉 呂思琳 賈春芳（揚州大學環境科學與工程學院，江蘇 揚州 225000）

污泥水溶性有機物對硝化活性的影響

靳大偉 呂思琳 賈春芳（揚州大學環境科學與工程學院，江蘇 揚州 225000）

在耗氧活性污泥法處理城市生活污水的過程中會產生大量富含氮、磷、鉀等元素以及腐殖質、有機質的污泥，因此污泥農用的資源化利用方法前景看好。但直接農用會影響土壤及微生物，進而危害植物生長。目前污泥處理后對土壤中氮的硝化作用尚缺少系統深入的研究，故本文通過使用蚯蚓處理污泥并將產生的蚓糞中的某些具體成分施加到土壤中，放置不同時間后利用納氏試劑比色法及紫外分光光度法測得污泥中硝態氮與氨氮含量來計算硝化速率，進而反映污泥處理后產生蚓糞中某些水溶性有機物對土壤硝化活性的影響，這對于城市生活污泥資源化利用的實際操作有一定的實際意義。

活性污泥法；城市生活污泥；氮的硝化；DOM

1 研究目的及過程

通過本項目研究明確不同的DOM組分、濃度、培養時間對污泥硝化活性的影響，為正確闡述污泥中氮元素的轉化機制、城市生活污泥的資源化利用以及豐富地球化學循環中氮元素的循環提供科學依據。

本項目的前期處理首先采集并制備了污泥樣品，保存于冰箱中；然后由查找相關文獻確定污泥中不同的DOM組分和濃度，按表1所示成分和劑量添加至土樣混合液中，并平行分組與正常條件下放置0h、12h、10d、20d、30d、40d，待達到放置時間后繼續保存于冰箱中等候下一步的測試。

表1 外源有機物濃度添加表

前期處理完成后，每組取10g土樣加入250ml具塞錐形瓶中，加入100ml磷酸鹽緩沖液（pH7.1-7.4），0.2ml 0.25M的硫酸銨和1ml的氯酸鉀，使硝氮停止氧化。從每個錐形瓶中取搖勻的土樣混合液放入離心機中離心以獲得上清液，使用納氏試劑比色法和紫外分光光度法測定曝氣前的氨氮、硝態氮濃度。剩余的混合液繼續留在錐形瓶中，25℃恒溫振蕩曝氣24h，取搖勻的混合液依次加入0.05ml 1%的乙基汞硫代水楊酸鈉，終止氨根氧化，按上述兩種方法測定曝氣后的氨氮、硝態氮濃度，每組實驗樣品測定均為平行雙樣以保證數據質量。

2 研究數據及處理

硝化反應是指在氨化細菌作用下有機氮化合物分解轉化為氨氮，硝化細菌進一步將氨氮轉化為硝酸鹽的過程[1]，通過測得的氨氮、硝氮濃度我們便可以計算出不同時間和不同DOM添加劑量下對土壤中硝化活性的影響程度，總體硝化活性與放置時間的對照如圖1所示。

由圖1可以看出，以40d為例，酪氨酸處理硝化活性抑制率隨投放劑量增加成上升趨勢，T2和T3間有較大跨度，最大抑制率可達65%左右；葡萄糖處理硝化活性抑制率總體與酪氨酸呈現相反趨勢，但無明顯跨度斷層，T1達最大值，抑制率近75%，T3逐步穩定在45%左右。

3 研究結果分析

從研究所得數據來看，隨著DOM投放劑量的增加城市生活污泥經蚯蚓處理后對土壤的硝化活性的抑制率亦呈遞增趨勢。有文獻指出，污泥中DOM含量下降約30%，與此同時污泥硝化作用明顯增強，可見，DOM對硝化作用及氮素有明顯影響[2]。本次研究結果與Khwairakpam和Bhargave及Silvia的研究結果基本一致。同時，本次研究還發現了在放置20d后污泥硝化活性整體有了較大幅度的提升，推測可能原因一是20d硝化細菌進入對數增長期，菌體大量繁殖表現為硝化活性增強[3]；二是隨著硝化過程發展可能將餓型硝化細菌篩選為優勢種，進而穩定硝化細菌種群數量并減少種間競爭，使得硝化活性的到增強[4]。

從實踐指導意義出發，在污泥脫氮處理工藝中應著重考慮BOD5對硝化作用的影響，設計生物脫氮系統時也應將BOD負荷作為重要參數。目前的污泥處理新工藝在生物脫氮中使用異養菌完成硝化反應，將有機物作為菌體能源，如短程(或簡捷)硝化反硝化、同時硝化反硝化和厭氧氨氧化等工藝方法具有良好發展前景，在之后的污水處理廠修建時可考慮此類工藝以減少能耗投資。此外，蚯蚓消化城市生活污泥后應通過如放置一段時間后在排入環境等方法進一步處理使蚓糞中DOM含量下降以免干預環境中土壤的硝化作用和自然界氮元素循環。

[1]蔣展鵬,楊宏偉.環境工程學.北京:高等教育出版社,2013.

[2]Khwairakpam M,Bhargava R.Vermitechnology for sewage sludge recycling.Journal of Hazardous Materials,2009,161,948–954.

[3]王家玲,李順鵬,黃正.環境微生物學(第二版).北京:高等教育出版社,2004.

[4]郝曉地,張向萍,曹亞莉,王啟林.利用分子生物等技術確定活性污泥硝化細菌的衰減特征.環境科學學報,2009.

圖1 添加DOM放置不同時間對應的污泥硝化活性