硝化菌在恢復生化污泥活性中的應用

摘 要：針對興化集團乙醇污水生化污泥活性低、處理能力不足的問題，向SBR池投加一定比例的硝化菌，配合工藝調整，改善活性污泥性狀。研究結果表明：投加硝化菌進行調試運行后，出水氨氮、COD保持穩(wěn)定的前提下，處理水量得到大幅度提升；系統(tǒng)抗沖擊負荷能力提高；污泥沉降性變好，污泥鏡檢可發(fā)現原后生動物數量增多、種類豐富，出現較多楯纖蟲、鐘蟲、獨縮蟲、蓋纖蟲和腔輪蟲等指示性原后生動物，污泥性狀改善明顯。

關鍵詞：SBR工藝；硝化菌；污泥活性

中圖分類號：X 714" " " " " " 文獻標志碼：A

氨氮濃度是改善污泥活性、提高污水能力的重要指標。使用生物脫氮法來去除生化污泥中氨氮，具有成本低、操作簡單等優(yōu)點。由微生物群落構建的氮循環(huán)主要由其體內所發(fā)生的固氮作用、反硝化作用、消化作用以及有機氮的合成、氨化作用組成。在污泥中的氨氮會因為硝化作用而逐漸轉變?yōu)閬喯觖}和為亞硝酸鹽；然后再在反硝化作用的影響下，最終形成氮氣。在整個生物脫氮應用中，硝化菌的硝化作用實現氨氮高效轉化的關鍵。因此，硝化菌的應用在恢復生化污泥活性中具有重要意義。

1 污水站運行概況

陜西延長石油興化化工有限公司乙醇污水站，主要用于處理乙醇裝置區(qū)生產污水、乙醇裝置區(qū)初期雨水以及部分氨合成系統(tǒng)生產污水，采用傳統(tǒng)的SBR工藝，生化運行模式如下。曝氣攪拌（同時進水）→缺氧攪拌→曝氣攪拌→沉淀→排水[1]，8h/周期。污水進入調節(jié)池均質均量后，通過離心泵輸送至SBR池，經生化處理后進入檢測池，檢測達標后排放。SBR池B池（以下簡稱B池）有效池容約3600m3，設計進水NH3-N≤300mg/L、COD≤750mg/L，處理水量50m3/h，排放標準如下：NH3-N≤25mg/L、TN≤60mg/L、COD≤200mg/L。系統(tǒng)長期處于高負荷運行狀態(tài)，平均運行負荷達到設計值的80%以上。夏季來水溫度高時生化池內溫度接近40℃，超過微生物適宜上限溫度。另外，進水C/N失衡，污泥老化嚴重、活性差，系統(tǒng)抗沖擊能力不足。在前段進水NH3-N波動后（最高達400mg/L以上），生化池出水氨氮急劇升高，被迫降低處理水量。根據現場實際運行情況，得到以下結論：當進水量為37.5m3/h時，檢測池出水NH3-N升至10mg/L以上，并有繼續(xù)上漲的趨勢；當進水量降至34.5m3/h后，檢測池出水NH3-N逐漸降低，并保持在5mg/L以下。

為盡快恢復B池處理能力，經過討論，決定投加一定濃度的硝化菌懸浮液，以快速恢復B池生化污泥活性，改善污泥性狀，提高污泥系統(tǒng)抗沖擊性能。

2 硝化菌投加

2.1 硝化菌

所投加的硝化菌是一種含有硝化菌和亞硝化菌生長的黃褐色液體懸浮液，在污水處理廠中主要用于去除氨氮。當污水中毒性物質含量超標或溫度較低時，硝化菌生長速率顯著降低。通過投加硝化菌增加污泥中硝化菌菌種數量，并配合投加營養(yǎng)物質對污泥進行培養(yǎng)馴化，建立和增強硝化菌種群的硝化反應能力，提高污水生化系統(tǒng)抗沖擊能力，保證污水氨氮去除效果。

2.2 準備工作

對乙醇污水站B池循環(huán)泵、曝氣風機以及甲醇計量泵等設備進行全面檢查維修，保證不同階段微生物生長繁殖所需的溶解氧濃度，確保污水生化系統(tǒng)運行平穩(wěn)。同時，根據現場運行狀況，調整各階段運行時間及甲醇投加量，并投加磷酸二氫鉀提供微生物所需營養(yǎng)鹽。

2.3 投加方法

硝化菌采用沖擊式投加，即B池潷水結束開始進水時（同時曝氣），將硝化菌搖勻后投加在B池進水端，曝氣進行活化。該系統(tǒng)硝化菌投加總量為300kg，分4個批次進行，初次投加時以SBR池容核算菌種投加量為100kg；后續(xù)根據進水量分批次投加，投加量分別為100kg、60kg以及40kg。

2.4 投加過程控制

投加前必須確保SBR池各設備運行正常，保證攪拌強度和提供充足的DO。菌種投加期間暫停排泥，加強進出水COD、氨氮、總氮數據分析，及時調整優(yōu)化菌種投加量。另外，增加pH、堿度、正磷分析頻次，提供硝化菌最適宜生長環(huán)境。

3 硝化菌培養(yǎng)階段的控制指標

3.1 溫度指標

硝化菌對溫度非常敏感，在溫度＞42℃或＜5℃的環(huán)境下，硝化細菌是無法進行硝化作用的，其原因可能是其在低溫環(huán)境的影響下出現生理代謝失常，而高溫可能會使菌細胞大量瓦解死亡。在實際應用中，硝化反應的發(fā)生溫度應＜38℃、＞15℃，如果是在冬季，還應當采取一定的加溫、保溫措施。

3.2 溶氧指標

硝化菌是嚴格好氧菌，因此硝化反應必須在好氧條件下進行。不同的硝化細菌對溶氧敏感程度有一定差別，通常氨氧化菌的氧飽和常數為0.2mg/L～0.4mg/L，而亞硝酸鹽氧化菌為1.2mg/L～1.5mg/L。因此，當溶氧＜1mg/L時，將導致亞硝酸鹽的積累。通常情況下，好氧池溶氧控制在2mg/L～4mg/L。

3.3 酸堿值指標

在硝化反應過程中，隨著氨氮被轉化為硝態(tài)氮，會產酸消耗堿度，所以硝化反應要順利進行就必須補充堿度[2]。硝化菌對酸堿值的變化也相當敏感，最佳值在7.5～8.0，此時硝化菌的硝化速率可以達到最大值。因此，在硝化菌的培養(yǎng)階段，應盡量使進水保持較高的pH值，最好能達到8.0左右，不低于6.5，否則應及時補充堿度。

3.4 污泥齡指標

為確保菌群可以在連續(xù)流反應器中保持較好的存活情況，應使其在停留反應器中的時間超過自養(yǎng)型硝化菌最小的世代時間，不然細菌的流失率會超過凈增率，進而使硝化菌逐漸在系統(tǒng)中流失殆盡。

3.5 COD/BOD

在活性污泥系統(tǒng)中，硝化菌只占活性污泥微生物的5%左右，這是因為硝化菌比增長速率遠低于異養(yǎng)型細菌。如果系統(tǒng)內COD/BOD數值較高，則異養(yǎng)菌會爭奪硝化菌生長所需的溶解氧，進而導致硝化菌無法增殖。一般情況下，系統(tǒng)內BOD/COD＞20mg/L，就會抑制硝化菌的活性。一旦進水中碳氮值或COD/BOD值過高，在培養(yǎng)硝化菌的過程中就需要通過延時曝氣來完成，將溶解氧的含量控制在3mg/L以下，否則會加速污泥老化。

3.6 氨氮濃度

根據在污水站SBR池應用情況，建議將來水氨氮濃度保持在150mg/L以下，否則幾個周期下來，池中的氨氮濃度會增加到一個相當高的程度。過高的氨氮濃度產生較多游離氨會抑制氨氧化細菌和亞硝酸鹽氧化菌活性。因此，在菌種培養(yǎng)階段以及系統(tǒng)運行的過程中，系統(tǒng)出水的氨氮濃度需要符合指標要求，確保從調試階段開始，系統(tǒng)一直都是出合格水。

4 結果與結論

4.1 生化運行數據統(tǒng)計表

表1記錄了投加硝化菌調試運行期間調節(jié)池、B池出水NH3-N、COD及處理水量每日統(tǒng)計數據。

4.2 數據分析

4.2.1 處理水量大幅提升

如圖1所示，投加硝化菌期間，B池處理水量由34.5m3/h（負荷69%）逐步提升至51.7m3/h（負荷達到103%），負荷提升34%。

4.2.2 出水氨氮維持穩(wěn)定

如圖2所示，投加硝化菌調試期間B池出水氨氮總體保持穩(wěn)定。

4.2.3 出水COD維持穩(wěn)定

如圖3所示，投加硝化菌調試期間B池出水COD總體保持穩(wěn)定。

4.3 污泥性狀分析

投加硝化菌之前，B池污泥呈灰白色、鏡檢菌膠團松散細碎且?guī)缀鯚o原后生動物，污泥性狀較差。投加硝化菌調試運行后，B池污泥由灰白向淺黃轉變，鏡檢可發(fā)現原后生動物數量增多、種類豐富，出現較多鐘蟲、獨縮蟲、蓋纖蟲、楯纖蟲、腔輪蟲和表殼蟲等指示性原后生動物，如圖4所示。且B池MLVSS/MLSS由調試初期29%，至調試后期提升至34%，污泥性狀得到明顯改善。

5 運行總結及建議

乙醇污水站B池自開始投加硝化菌后，B池處理水量自34.5m3/h（負荷69%）逐步提升至51.7m3/h（負荷103%），負荷提升34%。且投加硝化菌調試運行期間出水氨氮、COD基本保持穩(wěn)定；生化污泥外觀由灰白色逐步變?yōu)闇\黃色，MLVSS/MLSS由前期29%提升至34%；鏡檢可見原后生動物數量增多、種群豐富，出現較多楯纖蟲、鐘蟲及獨縮蟲、蓋纖蟲、腔輪蟲等指示性原后生動物；污泥性狀得到明顯改善。

針對本次調試，對乙醇廢水站后續(xù)穩(wěn)定運行提出以下6個建議。1）加強來水管控，做好源頭控制。定期維護進出水在線儀表，守好來水最后一道關卡。2）增加調節(jié)池出水、SBR 出水 pH 分析，增加SBR出水正磷分析。3）每天少量投加葡萄糖養(yǎng)泥，改善污泥性狀，增強系統(tǒng)抗沖擊能力，采取少量多次原則逐步提升排泥量。4）控制 SBR 池進水 BOD∶N∶P=100∶5∶1，滿足正常微生物生長所需營養(yǎng)比例。投加甲醇提高進水COD 濃度，磷鹽補充系統(tǒng)磷濃度。5）定期對微生物進行鏡檢，查看污泥絮體密實性和原后生動物的種類。6）儲備定量生物菌劑應急，當出水 COD、氨氮濃度有上升趨勢時或者來水濃度過高時，適當投加穩(wěn)定出水水質。

6 硝化菌應用注意事項

現階段，市場上售賣的硝化菌菌劑種類繁多，雖然大部分都是生物直投法使用，但是所能起到的硝化效果有較大差距。而且市面上的硝化菌都是復合菌劑，是根據一定的細類配比制作而成的，例如枯草芽孢桿菌、光合菌劑等，這樣雖然能有更多的功能，但是在具體的工業(yè)應用中卻缺乏足夠的針對性，而且還必須定期添加菌劑來進行維持。在處理不同污水的過程中，面對差異化的生長條件和水質因素，其中某些成分不僅無法生長繁殖，還可能在短期內衰敗死亡，無法起到應有的污水處理作用。因此，在復合菌劑在具體應用中，菌劑中無效的組成部分在某種程度上是屬于對資源的浪費。如果被投入無法適應的環(huán)境，對外界做出應激反應，就很難長時間保持較好的硝化效果，嚴重影響凈化效率。所以，必須根據污水站所需處理污水特性專門制備菌劑，確保菌種投放精準與高效，使其能在污水池中政策生長繁殖，保持良好的硝化能力，保證持續(xù)生化污泥活性的效果。

7 結語

總的來說，硝化菌是一種較高安全性保障的菌劑，其在處理污水、改善生化污泥活性中的應用需要進行更深入的研究，制定更高效的應用方案，以適應能力較好、生長繁殖速度更快、硝化效果更強、適合進行擴大培養(yǎng)的硝化菌菌劑。根據水站SBR池生化污泥的特點，選取最合適的菌種配比，制備更高效合理的復合菌劑，實現對污水池環(huán)境的快速適應，持續(xù)生長繁殖，在減少污水處理成本的同時，有效增強對生化污泥活性的恢復效果。

參考文獻

[1]郭淑平，李揚.SBR工藝處理煤氣化廢水的異常工況原因分析及對策[J].大氮肥，2023，4（3）：195-198.

[2]孫英杰，吳昊，王亞楠，等.硝化反硝化過程中N2O釋放影響因素[J].生態(tài)環(huán)境學報，2011，20（2）：384-388.