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，添加碳源后用六聯磁力攪拌機混合低速攪拌，測試時間為120 min。實驗表明，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綜合考慮碳源投加比例、碳源價格等多種因素。

關鍵詞：污水廠；活性污泥反硝化；碳源

國內當前大部分污水處理廠由于原水中碳源不足，導致出水的硝酸鹽氮濃度高，使TN一直處于超標狀態，為了解決這一問題，污水廠一般采取提高系統脫氮效率或反硝化容量的方法包括擴大缺氧區體積或外投碳源。但是在生化池體積一定的情況下，擴大缺氧區體積將降低好氧區體積，會影響系統的硝化效果，可能導致系統出水氨氮不能達標。這樣只有擴建污水廠，才能同時滿足硝化和反硝化過程的需求，然而擴建污水處理廠所需經費驚人。實踐表明，外投碳源可以提高系統脫氮效率，為避免外投碳源過量，增加系統運行費用，需要優化外碳源投量，從而最大程度優化系統運行[1]。

然而，不同外碳源對系統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，而有些外碳源投加后需要經過一段適應和馴化期后才能起到作用，從而具有滯后性，不能最大程度優化系統運行[2]。因此對加入的碳源種類進行研究實驗，不僅可保障其出水TN濃度達到城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB 18918—2002）一級A標準，而且可以確保反硝化反應最大程度優化運行[3]。

1實驗部分

1.1儀器與分析指標

主要實驗設備：六聯磁力攪拌器（CJJ-931），便攜式DO測定儀（HACH），紫外-可見分光光度計，COD消解儀。

分析指標及方法：實驗主要測定的指標包括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（副產品）以及供應商復配的碳源，商品碳源的COD當量濃度見表1。

1.3實驗污泥混合液

碳源反硝化實驗于2018年06月13～14進行。由于實驗條件所限，對8種碳源進行了3批實驗。取生化池缺氧段前端混合污泥2L，三個批次實驗混合液參數見表2。

2實驗結果分析

2.1反硝化速率實驗

反硝化速率實驗共進行三組，每組各進行了空白實驗，測定反硝化過程每個反應器中硝氮濃度變化。

實驗結果：無論是空白實驗還是投加碳源，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，實驗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驗，空白實驗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。在缺氧環境下，微生物系統在進行反硝化的同時，自身也進行了部分生長代謝，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，本實驗基于條件限制，沒有對反硝化聚磷過程進行實驗驗證，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計水力停留時間HRT=3.25 h，缺氧池混合液由于存在內回流和外回流實際反硝化時間需要根據水量計算。

缺氧池進水水量為Q，污泥回流量為Q，混合液回流量為2Q，因此缺氧池總的進水量為4Q，由此推導缺氧池實際反硝化時間約為49 min。本實驗反硝化時間以50min作為基準，比較不同外加碳源下50 min內硝酸鹽的變化。

2.3硝氮去除率

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

在相同的實驗條件下，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內反硝化不足50%，難以滿足要求。

3結論

（1）無論是空白實驗還是投加碳源，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）根據污水處理廠缺氧池設計水力停留時間和缺氧池總的進水量，計算得知缺氧池實際反硝化時間約為49 min。因此本實驗反硝化時間以50min作為基準，比較不同外加碳源下50 min內硝酸鹽的變化。

（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內反硝化不足50%，難以滿足要求。

參考文獻：

[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]. 北京工業大學學報， 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]. 蘭州交通大學學報， 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：中冶華天工程技術有限公司）