生物菌劑強化某垃圾滲瀝液處理系統脫氮性能實驗研究

陽 芳，張 泉，趙劍鋒

（深圳能源資源綜合開發有限公司，廣東 深圳 518000）

某垃圾滲瀝液處理廠為垃圾焚燒發電廠配套工程，采用“厭氧——生化——外置式超濾——納濾——反滲透”工藝流程。其中生化工藝采用“一級反硝化——一級硝化——二級反硝化——二級硝化”的工藝形式，設計處理量120 m3/d，實際處理量約為100 m3/d。該系統運行一年，COD去除性能良好，但總氮去除效果不理想，需要采取投加碳源、增大出水回流比等方式提高總氮的去除率，從而增加了系統的運行成本，且不能保證系統出水總氮的穩定達標。本研究采用投加復合型為生物菌劑的方式提高生化系統反硝化菌群的性能，提高該系統的脫氮效率，保證出水達標。

1 材料與方法

1.1 生化系統水質情況

生化系統原水取自垃圾焚燒廠瀝濾液調節池，由于COD較低，平均在10000 mg/L左右，所以對厭氧罐進行穿越，原水直接進入生化系統的一級反硝化池。此外，原水的pH、氨氮、總氮平均值分別為7.5、1430 mg/L、1636 mg/L。

1.2 工藝流程

系統工藝流程見圖1，來自焚燒廠調節池的原水穿越厭氧反應器直接進入一級反硝化池，一級反硝化池的出水初次通過一級硝化池、二級反硝化池、二級硝化池后進入外置式超濾系統。一級硝化池的出水部分回流至一級反硝化池，超濾膜截留的污泥回流至一級反硝化池，納濾系統的濃縮液至焚燒廠調節池。

圖1 工藝流程圖

菌劑投加點位為焚燒廠調節池，每天向調節池內投加菌液1次，投加比例為1∶10000（菌液：日進水量）。自4月12日期投加菌劑，至5月11日止，共計投加菌劑1個月。

1.3 檢測方法

COD、氨氮、總氮采用國家標準方法測定。

2 結果與討論

2.1 系統對總氮的去除

如圖2所示，該垃圾滲濾液處理系統的進水總氮濃度在1400～1900 mg/L，其中氨氮約占95%，濃度在1400～1600 mg/L。系統能夠有效去除水中的氨氮，使其出水濃度始終小于6 mg/L，而總氮去除效果不理想，出水濃度在250 mg/L以上，最高時達到376 mg/L，表明生化系統的反硝化菌群性狀不佳。為提高該系統的反硝化性能及總氮的去除效果，自2021年4月12日起向滲瀝液處理系統的調節池中投加生物菌劑。

圖2 原系統的總氮去除效果

菌劑投加前后系統的總氮去除率和出水的總氮濃度變化如圖3所示。在投加菌劑前，即3月24日至4月12日，生化系統出水的總氮平均濃度為308.7 mg/L，對應的總氮去除率為80.72%。投加菌劑后，生化系統出水總氮濃度逐漸降低，4月22日達到150 mg/L，認為此時生化系統的脫氮性能已達到穩定。4月22日至5月11日為實驗的穩定期，總氮平均去除率達到91.6%，生化系統出水總氮濃度平均值為159.5 mg/L。由此可見，本實驗中投加的生物菌劑能夠有效提高生化系統的脫氮效果，使總氮去除率提高10%。停止投加菌劑后，系統的脫氮性能逐漸下降，一周后出水總氮濃度升高至300 mg/L以上，恢復到菌劑投加前的水平，系統中投加的脫氮微生物已經全部失活或排出，表明此種菌劑無法成為AO工藝中的優勢菌種，無法改善生化系統的微生物種群結構，不能根本上提高反硝化效果，需要不斷補充菌體。

2.2 影響脫氮效果的因素分析

2.2.1 進水量對脫氮效果的影響

垃圾滲瀝液的產生量會受到垃圾本身含水率、降水量、溫度等因素的影響，具有很大的不確定性。垃圾滲瀝液處理系統的運行參數，如回流量、曝氣量等，一般保持固定不變，因此，系統每天的水力停留時間等運行條件并不完全一致。本實驗期間進水水量、進水總氮濃度對菌劑的性能沒有影響。如圖3所示，實驗期間系統的日進水量變化較大。4月28日，系統的進水量僅為39 m3/d，總氮去處率為91.84%，5月9日進水量達到159 m3/d，遠大于系統的設計處理能力，此時系統處于實驗的穩定期，具有較高的脫氮效率，總氮去除率保持在91%以上。說明投加生物菌劑后生化系統對進水水量變化具有很強的適應性，能夠保持穩定的脫氮效果。作為對比，4月1日、4月5日和4月6日，系統的進水量分別為75、126和59 m3/d，而總氮的去除率穩定，在79%左右，這說明此系統的脫氮效率不理想并非因水力停留時間不足或回流比不夠引起的，其主要原因是系統中沒有足量的脫氮微生物菌群，而投加菌劑能夠有效提高系統中的脫氮微生物量和活性，在不改變系統運行參數的條件下提高總氮的去除率。

圖3 投加菌劑前后總氮去除率和出水的總氮濃度變化

2.2.2 碳氮比對脫氮效果的影響

碳氮比是生化系統重要的運行條件，其對系統去除有機物和氮污染物均有顯著影響。一方面，反硝化過程需要以充足的COD為碳源；另一方面，進水碳氮比可影響生物膜EPS的產生從而改變生化污泥的性狀，最終影響污染物的去除。垃圾滲瀝液的總氮濃度相對穩定，但COD濃度受到垃圾性質、降水量、溫度等條件的影響，會有比較大的波動，從而影響系統進水的碳氮比和生化系統的脫氮效果。如圖4所示，實驗期間垃圾滲瀝液碳氮比（COD：氨氮）在3.0至10.0之間。其中，投加菌劑前進水的碳氮比為3.0至8.5，總氮的去除率在80%左右，沒有隨碳氮比的改變出現規律性變化。實驗過程中，滲瀝液原水的碳氮比呈現提高的趨勢，在投菌實驗的穩定階段，系統進水的碳氮比在5.6至9.5之間，而總氮去除率沒有受到碳氮比的影響，在碳氮比小于6時總氮去除率依然達到92.5%（圖5）。因此，在本研究中碳氮比不是影響垃圾滲瀝液處理系統脫氮性能的限制性影響因素，微生物菌劑可以在不投加碳源改變碳氮比的條件下提高生化系統的脫氮效果。

圖4 系統進水量對脫氮效果的影響

圖5 進水碳氮比對脫氮效果的影響

2.2.3 溫度對脫氮效果的影響

溫度是影響生化系統脫氮效果的重要條件之一，硝化反應的最佳溫度在20～30 ℃，反硝化反應的事宜溫度在30 ℃左右。本實驗期間平均氣溫24.6 ℃，投加菌劑前平均溫度24.6 ℃，投菌后平均氣溫24.7 ℃，日均溫度幾乎沒有變化，均能滿足生化系統的脫氮要求。因此，本次試驗中生化系統的脫氮性能未受到環境溫度影響。

3 結論

（1）生物菌劑對該垃圾焚燒廠滲濾液處理系統的總氮脫除效果有提升作用，投加菌劑10 d后生化系統的脫氮效果達到穩定，總氮去除率由80.72%提高到91.6%，出水的總氮平均濃度由308.7 mg/L下降至159.5 mg/L。

（2）生物菌劑對生化系統脫氮性能的提升作用沒有受到系統進水碳氮比、進水量（HRT）和溫度的影響，可以在不改變滲濾液系統原運行參數的條件下實現脫氮性能的提升。