不同種類外加碳源對污水廠活性污泥反硝化的影響研究

石飛 馮植飛 何宇虹 范勇 王菁 何佳睿 周凡杰 鄭應(yīng)俊

摘要：為了考察不同種類外加碳源對反硝化的影響，取污水廠生化池缺氧段前端混合污泥2L，添加碳源后用六聯(lián)磁力攪拌機(jī)混合低速攪拌，測試時間為120 min。實(shí)驗(yàn)表明，8#碳源反硝化速率最大，其次為2#、1#、3#、9#乙酸和乙酸鈉碳源，4#和5#碳源反硝化速率較慢，且去除率不足50%，難以滿足要求。但最終選擇何種碳源應(yīng)綜合考慮碳源投加比例、碳源價格等多種因素。

關(guān)鍵詞：污水廠；活性污泥反硝化；碳源

國內(nèi)當(dāng)前大部分污水處理廠由于原水中碳源不足，導(dǎo)致出水的硝酸鹽氮濃度高，使TN一直處于超標(biāo)狀態(tài)，為了解決這一問題，污水廠一般采取提高系統(tǒng)脫氮效率或反硝化容量的方法包括擴(kuò)大缺氧區(qū)體積或外投碳源。但是在生化池體積一定的情況下，擴(kuò)大缺氧區(qū)體積將降低好氧區(qū)體積，會影響系統(tǒng)的硝化效果，可能導(dǎo)致系統(tǒng)出水氨氮不能達(dá)標(biāo)。這樣只有擴(kuò)建污水廠，才能同時滿足硝化和反硝化過程的需求，然而擴(kuò)建污水處理廠所需經(jīng)費(fèi)驚人。實(shí)踐表明，外投碳源可以提高系統(tǒng)脫氮效率，為避免外投碳源過量，增加系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，需要優(yōu)化外碳源投量，從而最大程度優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行[1]。

然而，不同外碳源對系統(tǒng)的反硝化過程影響不同，即使外碳源投加量相同，處理效果也不同。有些外碳很投加后可以快速響應(yīng)，而有些外碳源投加后需要經(jīng)過一段適應(yīng)和馴化期后才能起到作用，從而具有滯后性，不能最大程度優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行[2]。因此對加入的碳源種類進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)，不僅可保障其出水TN濃度達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，而且可以確保反硝化反應(yīng)最大程度優(yōu)化運(yùn)行[3]。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與分析指標(biāo)

主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備：六聯(lián)磁力攪拌器（CJJ-931），便攜式DO測定儀（HACH），紫外-可見分光光度計，COD消解儀。

分析指標(biāo)及方法：實(shí)驗(yàn)主要測定的指標(biāo)包括COD、NO3--N、MLSS、DO等，COD快速消解法，NO3--N采用紫外分光光度法，DO便攜式溶解氧儀。

1.2商品碳源

根據(jù)市場考察，初步篩選出8種商品碳源，選擇的碳源主要為乙酸鈉（副產(chǎn)品）以及供應(yīng)商復(fù)配的碳源，商品碳源的COD當(dāng)量濃度見表1。

1.3實(shí)驗(yàn)污泥混合液

碳源反硝化實(shí)驗(yàn)于2018年06月13～14進(jìn)行。由于實(shí)驗(yàn)條件所限，對8種碳源進(jìn)行了3批實(shí)驗(yàn)。取生化池缺氧段前端混合污泥2L，三個批次實(shí)驗(yàn)混合液參數(shù)見表2。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1反硝化速率實(shí)驗(yàn)

反硝化速率實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行三組，每組各進(jìn)行了空白實(shí)驗(yàn)，測定反硝化過程每個反應(yīng)器中硝氮濃度變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：無論是空白實(shí)驗(yàn)還是投加碳源，反硝化速率均存在明顯的2個階段，9個樣碳源樣品以及3個空白樣品兩個階段反硝化速率匯總分析：第一階段反硝化速率均大于第二階段，實(shí)驗(yàn)污泥取自缺氧池前端，混合液中反硝化可利用碳源較少，因此相比于投加碳源的實(shí)驗(yàn)，空白實(shí)驗(yàn)中反硝化速率比較低。投加碳源后最大反硝化速率為6.11mgNO3-N/g？h，最小反硝化速率為2.06mgNO3-N/g？h。第二階段反硝化速率明顯變小，最大反硝化速率為0.66mgNO3-N/g？h，最小反硝化速率為0.04mgNO3-N/g？h，這是由于可被微生物直接利用的碳源已在第一階段耗盡，需要污泥水解或外加碳源中慢速可利用的COD用來提供反硝化的碳源。在缺氧環(huán)境下，微生物系統(tǒng)在進(jìn)行反硝化的同時，自身也進(jìn)行了部分生長代謝，同時可能存在一定的反硝化除磷過程，上述過程均需要消耗一定的碳源，本實(shí)驗(yàn)基于條件限制，沒有對反硝化聚磷過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在此不考慮其過程對于碳源利用的影響。

2.2反硝化時間

某污水處理廠缺氧池設(shè)計水力停留時間HRT=3.25 h，缺氧池混合液由于存在內(nèi)回流和外回流實(shí)際反硝化時間需要根據(jù)水量計算。

缺氧池進(jìn)水水量為Q，污泥回流量為Q，混合液回流量為2Q，因此缺氧池總的進(jìn)水量為4Q，由此推導(dǎo)缺氧池實(shí)際反硝化時間約為49 min。本實(shí)驗(yàn)反硝化時間以50min作為基準(zhǔn)，比較不同外加碳源下50 min內(nèi)硝酸鹽的變化。

2.3硝氮去除率

空白實(shí)驗(yàn)反硝化作用是由于內(nèi)碳源貢獻(xiàn)所致，投加碳源后反硝化是內(nèi)碳源和投加碳源共同貢獻(xiàn)，扣除空白實(shí)驗(yàn)反硝化值，得到的即為外碳源反硝化作用。由于實(shí)驗(yàn)分為三組，每組混合液污泥濃度不同，因此進(jìn)行比反硝化速率對比分析。

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，8#碳源第一階段反硝化速率最大，約35min可以去除11mg/L的硝氮，然后進(jìn)入慢速反硝化階段，其次為2#、1#、3#、9#乙酸和乙酸鈉碳源，4#和5#碳源反硝化速率較慢，50min內(nèi)反硝化不足50%，難以滿足要求。

3結(jié)論

（1）無論是空白實(shí)驗(yàn)還是投加碳源，反硝化速率均存在明顯的2個階段，且第一階段反硝化速率均大于第二階段。

（2）根據(jù)污水處理廠缺氧池設(shè)計水力停留時間和缺氧池總的進(jìn)水量，計算得知缺氧池實(shí)際反硝化時間約為49 min。因此本實(shí)驗(yàn)反硝化時間以50min作為基準(zhǔn)，比較不同外加碳源下50 min內(nèi)硝酸鹽的變化。

（3）初步篩選的8種碳源中，8#碳源第一階段反硝化速率最大，約35min可以去除11mg/L的硝氮，然后進(jìn)入慢速反硝化階段，其次為2#、1#、3#、9#乙酸和乙酸鈉碳源，4#和5#碳源反硝化速率較慢，50min內(nèi)反硝化不足50%，難以滿足要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬勇， 彭永臻， 王淑瑩. 不同外碳源對污泥反硝化特性的影響[J]. 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2009， 35（6）：820-824.

[2]吳代順， 桂麗娟， 陳曉志， et al. 不同類型碳源及其投加量對污泥反硝化的影響研究[J]. 蘭州交通大學(xué)學(xué)報， 2012， 31（3）：99-103.

[3]趙月來， 賈玉柱， 劉玉國. 某污水處理廠改良型A～2/O工藝外加碳源的利用性研究[J]. 化工管理， 2018， 506（35）：61-62.

（作者單位：中冶華天工程技術(shù)有限公司）