生物菌劑強化某垃圾滲瀝液處理系統(tǒng)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(fā)有限公司，廣東 深圳 518000）

某垃圾滲瀝液處理廠為垃圾焚燒發(fā)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(shè)計處理量120 m3/d，實際處理量約為100 m3/d。該系統(tǒng)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(tǒng)的運行成本，且不能保證系統(tǒng)出水總氮的穩(wěn)定達標(biāo)。本研究采用投加復(fù)合型為生物菌劑的方式提高生化系統(tǒng)反硝化菌群的性能，提高該系統(tǒng)的脫氮效率，保證出水達標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 生化系統(tǒng)水質(zhì)情況

生化系統(tǒng)原水取自垃圾焚燒廠瀝濾液調(diào)節(jié)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(tǒng)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(tǒng)工藝流程見圖1，來自焚燒廠調(diào)節(jié)池的原水穿越厭氧反應(yīng)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(tǒng)。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(tǒng)的濃縮液至焚燒廠調(diào)節(jié)池。

圖1 工藝流程圖

菌劑投加點位為焚燒廠調(diào)節(jié)池，每天向調(diào)節(jié)池內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)方法測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 系統(tǒng)對總氮的去除

如圖2所示，該垃圾滲濾液處理系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的反硝化菌群性狀不佳。為提高該系統(tǒng)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(tǒng)的調(diào)節(jié)池中投加生物菌劑。

圖2 原系統(tǒng)的總氮去除效果

菌劑投加前后系統(tǒng)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(tǒng)出水的總氮平均濃度為308.7 mg/L，對應(yīng)的總氮去除率為80.72%。投加菌劑后，生化系統(tǒng)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(tǒng)的脫氮性能已達到穩(wěn)定。4月22日至5月11日為實驗的穩(wěn)定期，總氮平均去除率達到91.6%，生化系統(tǒng)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(tǒng)的脫氮效果，使總氮去除率提高10%。停止投加菌劑后，系統(tǒng)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(fù)到菌劑投加前的水平，系統(tǒng)中投加的脫氮微生物已經(jīng)全部失活或排出，表明此種菌劑無法成為AO工藝中的優(yōu)勢菌種，無法改善生化系統(tǒng)的微生物種群結(jié)構(gòu)，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(chǎn)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(tǒng)的運行參數(shù)，如回流量、曝氣量等，一般保持固定不變，因此，系統(tǒng)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(tǒng)的日進水量變化較大。4月28日，系統(tǒng)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(tǒng)的設(shè)計處理能力，此時系統(tǒng)處于實驗的穩(wěn)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(tǒng)對進水水量變化具有很強的適應(yīng)性，能夠保持穩(wěn)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(tǒng)的進水量分別為75、126和59 m3/d，而總氮的去除率穩(wěn)定，在79%左右，這說明此系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)中的脫氮微生物量和活性，在不改變系統(tǒng)運行參數(shù)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(tǒng)重要的運行條件，其對系統(tǒng)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(chǎn)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(wěn)定，但COD濃度受到垃圾性質(zhì)、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(tǒng)進水的碳氮比和生化系統(tǒng)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(xiàn)規(guī)律性變化。實驗過程中，滲瀝液原水的碳氮比呈現(xiàn)提高的趨勢，在投菌實驗的穩(wěn)定階段，系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的脫氮效果。

圖4 系統(tǒng)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(tǒng)脫氮效果的重要條件之一，硝化反應(yīng)的最佳溫度在20～30 ℃，反硝化反應(yīng)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(tǒng)的脫氮要求。因此，本次試驗中生化系統(tǒng)的脫氮性能未受到環(huán)境溫度影響。

3 結(jié)論

（1）生物菌劑對該垃圾焚燒廠滲濾液處理系統(tǒng)的總氮脫除效果有提升作用，投加菌劑10 d后生化系統(tǒng)的脫氮效果達到穩(wěn)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(tǒng)脫氮性能的提升作用沒有受到系統(tǒng)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(tǒng)原運行參數(shù)的條件下實現(xiàn)脫氮性能的提升。