鐵鹽強(qiáng)化活性污泥硝化作用效果研究

葛 文 杰

(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團(tuán))有限公司,山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

截至2019年2月底，我國累計建成城市污水處理廠5 500余座(不含鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠和工業(yè))，污水處理能力達(dá)2.04億m3/d。超過90%的城市污水處理廠以活性污泥法為主要生物處理工藝，在冬季現(xiàn)有城市污水處理廠普遍存在硝化作用差的問題。

王秀蘅[1]在對鐵錳離子對于硝化反應(yīng)的影響研究中發(fā)現(xiàn)，鐵離子對硝化反應(yīng)具有促進(jìn)作用。該研究通過在不同反應(yīng)溫度條件下向活性污泥系統(tǒng)中投加適量鐵鹽，觀察硝化作用效果和過程，分析活性污泥微生物脫氫酶活性及電子傳遞體系活性變化，研究鐵鹽強(qiáng)化活性污泥硝化作用的機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

設(shè)置兩組活性污泥系統(tǒng)。試驗(yàn)裝置的反應(yīng)有效容積為5 L，采用序批式反應(yīng)的反應(yīng)形式，厭缺氧反應(yīng)段3 h、好氧反應(yīng)段4 h交替進(jìn)行，反應(yīng)周期結(jié)束后靜置沉淀出水，每日運(yùn)行2個周期。

1.2 試驗(yàn)方案

進(jìn)水取自污水處理廠二級生物反應(yīng)池進(jìn)水，取污水處理廠回流污泥作為接種污泥，活性污泥系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與進(jìn)水水質(zhì)見表1。系統(tǒng)運(yùn)行相對穩(wěn)定后，按照0.05 g/gMLVSS(Fe3+計)分批次投加現(xiàn)場配置的氫氧化鐵馴化鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)，普通活性污泥系統(tǒng)作為對照。試驗(yàn)于22 ℃啟動，鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)馴化并穩(wěn)定運(yùn)行后，收集相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，后依次降低反應(yīng)溫度并進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 活性污泥系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與進(jìn)水水質(zhì)

1.3 常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)與微生物活性分析方法

活性污泥系統(tǒng)的常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)分析采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第4版)中國標(biāo)測試方法；脫氫酶活性的測定采用TTC法[2]，電子傳遞體系活性的測定采用INT法[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 污染物去除率及去除過程分析

2.1.1鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)對氨氮去除率的影響

圖1反映了各溫度工況下活性污泥系統(tǒng)氨氮去除率的變化情況?？梢钥闯觯钚晕勰嘞到y(tǒng)的氨氮去除率隨反應(yīng)溫度的降低而下降，反應(yīng)溫度從22 ℃降低至5 ℃時，鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)和普通活性污泥系統(tǒng)的氨氮去除率分別從98.9%和98.4%降低至60.2%和28.4%，低溫對活性污泥硝化能力的抑制作用顯著。鐵鹽強(qiáng)化活性污泥的氨氮去除率較普通活性污泥，22 ℃工況下提高了0.5%，5 ℃工況下提高了31.8%。鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)的硝化能力較普通活性污泥系統(tǒng)的強(qiáng)化效果隨溫度變化體現(xiàn)出不同水平，低溫條件下鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)對硝化能力的提升明顯。分析原因：活性污泥法中硝化細(xì)菌的最適溫度為25 ℃～30 ℃[4]，低溫對硝化細(xì)菌的活性有抑制作用，鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)表的硝化能力受到低溫抑制的程度較普通活性污泥系統(tǒng)小，在低溫條件下表現(xiàn)出相對較強(qiáng)的硝化能力，從而提高了低溫條件下的出水水質(zhì)。

2.1.2污染物去除過程分析

圖2反映了各溫度工況下活性污泥系統(tǒng)比硝化速率的變化情況?？梢钥闯?，活性污泥系統(tǒng)的比硝化速率隨反應(yīng)溫度的降低而下降，低溫對活性污泥硝化能力的抑制作用顯著。鐵鹽強(qiáng)化活性污泥的最大比硝化速率與全程比硝化速率較普通活性污泥，22 ℃工況下提高了6.35%和2.70%，5 ℃工況下提高了57.77%和19.64%。低溫工況下，鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)比硝化速率的優(yōu)勢較常溫更加顯著。分析原因：常溫工況適宜微生物的生長，兩系統(tǒng)表現(xiàn)出水平相當(dāng)?shù)谋认趸俾?，此時鐵鹽強(qiáng)化污泥硝化反應(yīng)的潛力由于基質(zhì)和反應(yīng)時間的限制未能充分體現(xiàn)；低溫工況下，鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)的硝化能力受溫度影響程度相對較小，普通活性污泥系統(tǒng)的硝化能力受到低溫的影響下降明顯，此時鐵鹽強(qiáng)化污泥系統(tǒng)的優(yōu)勢得以體現(xiàn)，在低溫條件下硝化能力顯著高于普通活性污泥系統(tǒng)?？芍F鹽強(qiáng)化活性污泥受到低溫的影響小于普通活性污泥系統(tǒng)，可以保持較高的硝化能力。

2.2 鐵鹽對活性污泥微生物活性的影響分析

在厭缺氧、好氧交替運(yùn)行的活性污泥系統(tǒng)中，活性污泥微生物生化反應(yīng)代謝活性在好氧反應(yīng)初期達(dá)到最高，而后呈逐漸下降趨勢[5]。兩生物活性指標(biāo)在好氧反應(yīng)階段初期，即硝化反應(yīng)初期，達(dá)到最高。好氧反應(yīng)進(jìn)行至30 min時取活性污泥混合液進(jìn)行分析，測得活性污泥微生物TTC-DHA活性、INT-ETS活性，數(shù)據(jù)見圖3。在各溫度工況下，鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)的TTC-DHA活性和INT-ETS活性分別高出普通活性污泥系統(tǒng)31.21%～86.71%和17.32%～35.36%，在低溫工況下，鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)TTC-DHA活性和INT-ETS活性的優(yōu)勢較常溫更加顯著。分析原因：活性污泥對基質(zhì)的代謝過程本質(zhì)上是由多種酶催化的酶促反應(yīng)；鐵對輔酶具有激活作用，表現(xiàn)為酶的催化活性或強(qiáng)化其催化活性。在低溫工況下，鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)的活性污泥微生物活性受溫度影響程度相對較小，普通活性污泥系統(tǒng)的活性污泥微生物活性受到低溫的影響下降明顯，此時鐵鹽強(qiáng)化污泥系統(tǒng)的優(yōu)勢得以表現(xiàn)出相對較高的微生物活性，隨著溫度的降低，其強(qiáng)化效果愈加顯著。

該研究通過投加一定量的鐵鹽形成鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)，鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)的硝化能力提高顯著，鐵表現(xiàn)出對酶促反應(yīng)的激活作用，提高了活性污泥微生物活性，從而從根本上提高了活性污泥法中微生物的代謝能力。

3 結(jié)論

1)投加鐵鹽顯著提高了低溫條件下活性污泥系統(tǒng)的硝化能力，隨著溫度的降低效果愈加顯著。較對照系統(tǒng)，最大比硝化速率和全程比硝化速率最高提高了57.77%和43.48%，提高效果顯著。2)投加鐵鹽顯著提高了微生物活性，隨著溫度的降低效果愈加顯著。鐵鹽強(qiáng)化活性污泥系統(tǒng)的活性污泥TTC-DHA活性與INT-ETS活性分別為25.76 mg/(gMLVSS·h)～9.45 mg/(gMLVSS·h),283.56 mg/(gMLVSS·h)～117.98 mg/(gMLVSS·h)，其較對照系統(tǒng)提高25%,60%左右。