城鎮(zhèn)污水處理廠投加反硝化菌強化脫氮研究

高彥生，蘇俊萍?，張 聰，房振宇

（1.鄭州航空港區(qū)明港水務有限公司，河南 鄭州 450000；2.鄭州航空港經濟綜合實驗區(qū)建設局，河南 鄭州 450000）

目前城市污水處理廠使用最廣泛的脫氮方式是傳統(tǒng)生物脫氮，而部分城鎮(zhèn)污水處理廠進水碳源不足，反硝化菌脫氮過程中需要有機碳作為碳源[1]；所以在總氮處理難度較大，特別是近年污水處理廠總氮提標的情況下，生物脫氮處理壓力更大[2]。目前對低碳氮比的進水常用解決措施是投加碳源來強化反硝化，但此做法有較高的經濟成本[3～4]。本研究嘗試用投加反硝化菌來強化生物脫氮[5]，通過現場中試來確定投加菌種，避免投加碳源，降低運行成本。

1 試驗材料與方法

1.1 材料

1.1.1 菌種

試驗所采用的菌種為某生物公司提供的高效復合脫氮菌種，從自然界篩選，經過現代發(fā)酵工藝制備而來，該反硝化菌種型號為金洋生物JYSW-X09。

1.1.2 泥水混合液試驗所用的污水和污泥混合液為河南港區(qū)某采用AAO工藝的污水處理廠原水和厭氧段、缺氧段好氧段泥水混合液。

1.2 方法

1.2.1 菌種活化

取0.6 g紅糖、6 g菌劑加入120 mL水中，水溫20～35℃，攪拌均勻后靜置2 h，取用前再次攪拌均勻后沉降5 min，取上清液。

1.2.2 試驗設計

試驗分兩部分：先通過試驗室的小試進行硝化反硝化菌種的定性試驗，依據小試數據來定位使用菌種的種類及添加量；再將定位好的菌種在污水處理廠通過一條運行系統(tǒng)實現循環(huán)來研究其脫氮效果，最終達到反硝化菌種去除總氮的目的。

1）試驗室小試設計

（1）好氧處理階段。取1 L原水（經過格柵等預處理后的水）于1 L的燒杯中，將燒杯放在水浴鍋中進行保溫。水浴鍋溫度控制在25～30℃，然后在燒杯中放入2 mL的硝化細菌，測定COD、氨氮、總氮和總磷，保證pH值在7.5～8.0，用漁用曝氣頭連續(xù)曝氣，24、48 h分別取樣測定COD、氨氮、總氮和總磷。以上硝化過程除去用于測定的數據外，剩余硝化液（含氨氮低于2 mg/L）作為下一步反硝化過程用水。A（160 mL用于投加反硝化細菌液）、B（160 mL用于不投加反硝化細菌）做反硝化的平行試驗，所出數據作為脫氮菌的效果對照。

（2）厭氧處理階段。500 mL礦泉水瓶的高徑比較適合缺氧試驗。取樣前，將活化液攪拌均勻后靜止10 min，取上清液5 mL到礦泉水瓶中。取160 mL經過好氧處理的原水和320 mL的二沉池出水回流液于礦泉水瓶中混合搖勻，然后測定COD、氨氮、總氮和總磷。將礦泉水瓶擰緊后，微微松開一點，然后放在30℃的恒溫箱中保溫，每12 h微微搖勻一下，擰開瓶蓋放一點氣兒。

2）現場試驗設計

預投加的污水處理廠為AAO工藝?，F場試驗按照AAO工藝設計，試驗回流比按照實際工藝回流比的200%進行設計。設置兩組對比試驗，I組為厭氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液，II組為厭氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液+60 mL活化好的菌液。兩組裝置同時運行、同時取樣，檢測硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、氨氮和總氮。

1.2.3 試驗裝置

I組的厭氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液模擬該污水廠AAO工藝，見圖1。

圖1 I組裝置

Ⅱ的組厭氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液+60 mL活化好的菌液與I組完全一樣，只是在系統(tǒng)中加入活化好的菌液。

1.2.4 分析方法

采集水樣后，按照標準測定pH值、COD、氨氮、總氮、總磷和溶解氧，見表1。

表1 試驗所用的分析方法

2 結果與分析

2.1 小試結果與分析

1）好氧處理階段24 h氨氮去除率45%；48 h氨氮去除率93%，氨氮為1.8 mg/L，滿足下一階段的反硝化條件。見表2。

表2 好氧處理階段水質變化

2）厭氧處理階段進行過程中每24 h測定一次水質，見表3。

表3 厭氧處理階段水質變化

原水的COD比較低，而總氮相對比較高，碳氮比很難達到正常生物所需，而試驗室小試結果表明在處理該廠的污水時，反硝化菌種（復合脫氮菌）具有一定的脫氮效果，進行現場試驗有了數據支持，具有一定的可行性。

2.2 現場試驗結果與分析

I組和Ⅱ組均通過厭氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液取樣進行試驗，取水和取泥情況完全一致，同時也按照系統(tǒng)的污水和污泥回流比進行回流，在工藝設計上和系統(tǒng)基本保持一致，試驗結果見表4。

表4 模擬系統(tǒng)水質變化

2.2.1 系統(tǒng)初始階段水質

系統(tǒng)初始時取缺氧段的混合液，測定總氮為12.9 mg/L；I組和II組同時運行，II組缺氧段加入60 mL活化好的菌液，攪拌均勻后，取兩組的缺氧段水檢測氨氮和總氮，I組總氮為11.0 mg/L，氨氮為4.85 mg/L，Ⅱ組總氮為16.2 mg/L，氨氮為6.17 mg/L。加入了活化菌液之后，Ⅱ組總氮有一定的升高，升高的總氮應該為發(fā)酵過程菌劑帶入的輔料，由于系統(tǒng)較小，而小試過程為了達到試驗效果，加入的菌劑量是實際的5～10倍，會造成系統(tǒng)波動，故此為正?，F象，而實際運行過程中，菌劑的增加，對系統(tǒng)造成的波動可以忽略不計。

2.2.2 系統(tǒng)正常運行階段水質

系統(tǒng)正常運行3 h后，缺氧段和二沉池取樣檢測。I組的缺氧段總氮為12.77 mg/L，氨氮為4.75 mg/L；二沉池總氮為13.4 mg/L，氨氮為0.196 mg/L。Ⅱ組的缺氧段總氮為9.55 mg/L，氨氮為4.42 mg/L；二沉池總氮為12.20 mg/L，氨氮為0.191 mg/L。3 h數據對比，總氮降解已經產生明顯效果。

當系統(tǒng)運行6 h后，在缺氧段和二沉池取樣檢測。I組的缺氧段總氮為10.55 mg/L，氨氮為2.26 mg/L；二沉池總氮為13.29 mg/L，氨氮為0.29 mg/L。Ⅱ組的缺氧段總氮為6.59 mg/L，氨氮為1.16 mg/L；二沉池總氮為9.82 mg/L，氨氮為0.692 mg/L。

當系統(tǒng)運行9 h后，在缺氧段和二沉池取樣檢測。I組的缺氧段總氮為9.88 mg/L，氨氮為0.168 mg/L；二沉池總氮為10.50 mg/L，氨氮為0.17 mg/L。Ⅱ組的缺氧段總氮為2.08 mg/L，氨氮為0.676 mg/L；二沉池總氮為3.53 mg/L，氨氮為0.791 mg/L。見圖2。

圖2 出水水質變化

反應6 h和9 h，Ⅱ組的總氮無論從缺氧段濃度變化還是從二沉池的濃度變化，均比I組更低，試驗效果顯著且降低趨勢明顯。

Ⅱ組總磷為6.26 mg/L，NO3-N為3.54 mg/L、NO2-N為0.133 3 mg/L，而對照組I組的總磷為1.26 mg/L、NO3-N為5.53 mg/L、NO2-N為0.035 mg/L，高出的部分也為加入的菌劑輔料帶入。從3、6、9 h取樣結果看，雖然Ⅱ組缺氧段的總磷均高于I組缺氧段，但是Ⅱ組二沉池的總磷均比I組二沉池低；Ⅱ組二沉池的NO3-N、NO2-N均比I組低，表明加菌組在更好地降低總氮、氨氮情況下，也能較好降低總磷、NO3-N、NO2-N。見圖3。

圖3 系統(tǒng)總磷水質變化

2.2.3 系統(tǒng)運行后期水質分析

系統(tǒng)運行12 h后，兩組的總氮、氨氮、總磷分別有一定程度升高，均為系統(tǒng)反彈的情況。系統(tǒng)長時間運行，在排泥不及時的情況下，會存在一定的污泥階梯，因為目前系統(tǒng)為較大的高徑比，污泥在厭氧—缺氧—好氧的過程，從下進上出的部分有很多的污泥不能及時到下一個系統(tǒng)，會有一定的污泥沉積，污泥長時間在一定的系統(tǒng)，容易解體，導致系統(tǒng)數據有回升。

3 結論

1）通過試驗室小試反硝化菌種效果定性判斷，然后進行I組和Ⅱ組的對比試驗，分別在系統(tǒng)運行到3、6、9 h取樣檢測進行數據對比：加菌后，總氮無論在缺氧段和二沉池取樣測定，均低于不加菌組，處理效果顯著；在此時間段內，加菌組總氮的降低趨勢特別明顯，二沉池總氮最低能夠降低到3.53 mg/L，表明加菌后系統(tǒng)對總氮降低趨勢明顯，對總氮去除率更高。

2）通過加菌和不加菌組的總氮、總磷對比，加菌組在總氮降低明顯的情況下，能夠保證二沉池的出水總磷低于不加菌組，表明加菌組在總氮降低更好的情況下，也能較好降低出水總磷。

3）現場模擬系統(tǒng)中，兩組試驗均沒有帶入碳源，表明系統(tǒng)在沒有另外加入碳源的情況下，總氮也能夠降低到3.53 mg/L，比原有系統(tǒng)更適用于在低碳氮比的環(huán)境下使用，節(jié)約實際運行的成本。□■