垃圾滲瀝液廠碳源的選擇及反硝化效果研究

林威

摘 ? 要：垃圾滲瀝液，氨氮含量高，C/N比例失調，在生物處理的過程中必須加入碳源以保證出水水質的總氮的達標排放，不同的碳源，反硝化效果和投加成本也不盡相同。基于垃圾滲瀝液廠的處理工藝，先通過小試實驗，對常用的幾種外碳源的反硝化速率、亞硝酸鹽氮的累積情況進行研究，并篩選出合適的外加碳源，同時，通過試驗表明當生化系統污泥濃度達到17g/L時系統的反硝化效果及總氮去除率達到最好。

關鍵詞：垃圾滲瀝液 ?反硝化 ?外加碳源 ?污泥濃度

中圖分類號：X703 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）02（b）-0127-03

垃圾填埋場滲濾液中成分復雜，污染物濃度高，毒性大，氨氮含量高，C/N比例失調，極易造成出水水質總氮的超標排放，作為微生物代謝的能量來源和必要物質，碳源在滲瀝液脫氮處理的過程中起著非常重要的作用，是反硝化反應得以順利進行的必備條件[1]。外碳源的投加勢必會增加滲瀝液處理系統的運行費用，這就要求最大限度的提高碳源的利用率，既要保證脫氮效果又要盡可能的減少碳源的投加量，降低投加成本，因為不同的碳源產生的反硝化效果差異較大，同時不同的污泥濃度以及反映溫度，對反硝化效果也有著極大地影響。

1 ?材料與方法

1.1 實驗用水

實驗研究在福建某垃圾滲瀝液廠進行，該廠采用MBR工藝，實驗用活性污泥取自該垃圾滲瀝液廠厭氧池，其主要指標見表1。

1.2 實驗裝置和方法

用1L量筒分別準確量取900mL混合液后倒入混凝攪拌器中（裝置詳見圖1），開啟攪拌器，調節轉速，確?；旌弦簲嚢杈鶆?，同時測定6個燒杯中溶解氧及溫度。

用量筒量取100mLC/N為5/1含硝酸鉀的不同碳源溶液分別倒入2至6號燒杯中進行反硝化實驗（1號燒杯為空白試驗，僅投加硝酸鉀溶液，無外加碳源）;30s后立即取樣（0min），隨后每隔30min取一次樣，反應120min后結束實驗，樣品離心后取其上清液過濾后測定，觀察120min內不同時間段COD、總氮、硝氮、亞硝氮的變化情況，研究不同碳源的反硝化性能。

將反硝化段污泥稀釋至不同的濃度，分別按照上述實驗方案添加碳源與硝酸鉀混合溶液，觀察120min內不同時間段COD、總氮、硝氮、亞硝氮的變化情況。

1.3 檢測方法

COD、硝氮、亞硝氮按照國家環保局發布的標準方法測定，總氮通過連華科技總氮測定儀測定。

2 ?結果與討論

2.1 不同碳源的反硝化速率的比較

分別按上述試驗方式將甲醇、乙酸、乙酸鈉、混合醇、果葡糖漿、焚燒廠廢液、復合生物碳源BioC-1M這幾種碳源按比例添加，結果如圖2所示?？梢钥闯鰩追N碳源的反硝化速率乙酸最好，其次是混合醇，果葡糖漿、焚燒廠廢液、BioC-1M次之，乙酸鈉和甲醇反硝化速率最低。

一般來講，當甲醇作為外加碳源使用時需進行活性污泥馴化，甲醇的馴化過程是一種生長速度緩慢的甲醇營養型微生物的逐漸富集過程[2]，因此使用未經馴化的活性污泥進行實驗，甲醇的反硝化速率僅高于空白。而乙酸鈉反硝化速率理論上應與乙酸基本相當，但是，在幾次實驗過程中發現，乙酸鈉的反硝化速率僅僅高于空白和未經馴化的甲醇，這可能是因為垃圾滲瀝液中含有大量的鉀、鈉離子，鉀鈉又互為電離抑制劑，大量的鉀元素抑制乙酸鈉的電離，使其不能形成乙酸為微生物所利用，導致其反硝化速率較低。

2.2 不同碳源亞硝酸鹽氮累積情況

亞硝酸鹽氮作為反硝化過程的中間產物，其累計不但對生物和人體健康產生嚴重威脅，而且會對反硝化均產生毒害作用，使反硝化過程受到嚴重的抑制[4]。亞硝酸鹽的累積受到多種因素的影響，包括碳氮比（C/N）、碳源類型等一系列環境因素。因此我們將所用碳源按照相同的C/N進行試驗，從圖3可以看出相同的C/N，不考慮反硝化效率極低的空白及甲醇，乙酸鈉、果葡糖漿、焚燒廠廢液、復合生物碳源BioC-1M這幾種碳源在反應時間內都發生了不同程度的亞硝酸鹽氮富集的情況，并且在反應完成后NO2-N仍有大量的累積不能完全降解;混合醇在整個反應過程中均未出現明顯的亞硝酸鹽的累積;乙酸在30min時亞硝酸鹽出現最高的累積峰值，后隨著反應的繼續進行，在90min時NO2-N能快速的降解至零。因為NO3-N和NO2-N對電子供體（碳源）的競爭是造成NO2-N累積的原因之一，在有限碳源的情況下NO3-N的競爭能力較強，首先被還原，而NO2-N競爭能力較弱，無法及時還原，從而造成累積，說明乙酸和混合醇在同等的條件下相對其他幾種碳源能提供足夠的電子維持NO3-N及NO2-N還原反應。

2.3 不同污泥濃度對反硝化速率的影響

不同的工藝條件對碳源的利用有著不一樣的反硝化效果，因此污泥濃度也對反硝化速率有著一定的影響，從圖4可以看出，反硝化速率并不是污泥濃度越高越好，而是達到了一定濃度后反而有抑制作用，適宜的污泥濃度更有利于污泥的活性，通過試驗獲得反硝化速率較優時，應保持在污泥濃度范圍進行研究。第一階段，試驗選擇了污泥濃度分別為35.2g/L、17.5g/L、8.70g/L、4.31g/L展開，數據詳見表2。

從表2可以看出，污泥濃度對反硝化速率有著較大的影響，污泥濃度為35.2g/L時反硝化速率最低，污泥濃度為17.5g/L時反硝化速率最佳，隨著污泥濃度的下降反硝化速率也降低，說明污泥濃度過高或過低均會影響反硝化速率，污泥濃度低反硝化速率低的原因是沒有足夠的微生物參與到反硝化反應中。因此，第二階段的試驗以17.5g/L高低兩側選擇污泥濃度、結合反硝化速率與上清液中總氮的含量兩個指標展開，試驗結果見圖4、圖5。

從圖4、圖5可以看出，隨著污泥濃度的降低，反硝化速率逐漸升高，但是上清液總氮濃度又隨著污泥濃度的減少而增加，這是因為反硝化速率與污泥濃度成反比，隨著污泥濃度升高，反硝化速率按比例遞減，而總氮的去除量又與污泥中微生物的數量有著一定的關系，數量越多，去除的總氮就越多，因此綜合反硝化速率和上清液總氮含量兩個因素來考量，認為污泥濃度控制在17.0～26.3g/L之間較為適宜。

3 ?結語

（1）在甲醇、乙酸、乙酸鈉、混合醇、果葡糖漿、焚燒廠廢液、復合生物碳源BioC-1M這幾種試驗碳源中，乙酸、混合醇在投加后反硝化速率表現優秀。

（2）乙酸鈉由于鈉離子的存在，不適用于垃圾滲瀝液廠進水。

（3）乙酸和混合醇在同等的條件下相對其他幾種碳源能提供足夠的電子維持NO3-N及NO2-N還原反應，在反應完成前沒有造成亞硝酸鹽的累積。

（4）不同的污泥濃度對反硝化速率及總氮的去除率有一定的影響，污泥濃度控制在17.0～26.3g/L之間較為適宜。

參考文獻

[1] Pochana K， Keller J. Study of factors affecting simultaneous nitrification and denitrification （SND）[J]. Water Science & Technology，1999，39（6）：61-68.

[2] 王淑瑩，殷芳芳，侯紅勛，等.以甲醇作為外碳源的生物反硝化[J].北京工業大學學報，2009，35（11）：1521-1526.

[3] 葛士建，王淑瑩，楊岸明，等.反硝化過程中亞硝酸鹽積累特性分析[J].土木建筑與環境工程，2011，33（1）：140-146.

[4] 田建強.反硝化過程中亞硝酸鹽積累的影響因素[J].有色冶金設計與研究， 2008， 29（3）：42-44.