海藻酸钠添加硅藻精土固定化耐低温硝化细菌

方明亮

(广东省冶金建筑设计研究院武汉分院，湖北武汉　430051)



海藻酸钠添加硅藻精土固定化耐低温硝化细菌

方明亮

(广东省冶金建筑设计研究院武汉分院，湖北武汉430051)

摘要:运用海藻酸钠添加硅藻精土的方法，将低温下驯化成熟的硝化污泥制成固定化小球，研究了低温条件下固定化小球对氨氮的去除效果，实验结果表明:海藻酸钠+硅藻精土固定化小球对生活污水的氨氮去除率最终可达到80%左右。

关键词:氨氮去除率，耐低温细菌，硅藻精土

0　引言

温度对硝化细菌的生长速率影响很大，对于需同时去除有机物和氨氮的活性污泥系统，当活性污泥混合液温度不足15℃时，硝化细菌活性急剧下降，氨氮去除率不足30℃下的50%［1］。据调查，冬季北方大部分市政污水厂水温均维持在13℃～15℃之间，硝化效率较低。有关研究显示［3］，固定化低温硝化细菌脱氮效果，远高于低温污泥，将固定化微生物投入反应池中，能有效缓解污水厂硝化效果不佳的问题。本实验在海藻酸钠中添加无机载体硅藻精土，形成了一种新的包埋固定化方法，研究了海藻酸钠+硅藻精土法包埋固定化耐低温硝化细菌的氨氮去除效果。

1　耐低温硝化菌的驯化

1．1实验装置和方法

污泥培养反应器高0．50 m，直径为0．30 m，总有效体积为30 L，排水体积6 L，内胆为有机玻璃，外包铝皮，中间填充保温棉，具有保温隔热作用。同时，可通过反应器下方空压机对反应器进行降温，将混合液长时间控制在较低温度。实验过程中反应器采用8 h运行周期，具体工序为:进水5 min—好氧7．5 h—静置30 min—排水5 min。MLSS控制在2 500 mg/L～4 000 mg/L。实验装置见图1。

图1　实验装置

1．2耐低温硝化菌的驯化培养

驯化过程:将取回的活性污泥放入反应器中进行培养，培养过程中反应器温度控制在15℃以下，不投加有机物，保持进水氨氮浓度为200 mg/L。

从图2可以看出，前35个周期硝化细菌对低温适应性较差，氨氮去除率在55%～78%之间波动，从第36周期开始，氨氮去除率趋于稳定，氨氮去除率达到80%以上，之后的24个周期，氨氮去除率也维持在85%左右，说明通过一段时间的驯化，硝化菌可在低温12℃～15℃条件下取得良好的硝化效果。

2　包埋固定化方法及选择

2．1固定化方法

图2　12℃～15℃下反应器氨氮去除率变化曲线

图3　固定化小球的制作流程图

试验用固定化污泥:来自15℃下反应器内驯化污泥固定化方法如图3所示。

制成的固定化小球如图4，图5所示，密度约为1．10 g/mL，直径在0．5 cm～0．8 cm之间，其中每1 g小球含干泥0．025 g。同时用海藻酸钠添加活性炭法及海藻酸钠与PVA联用两种方法固定化方法制作固定化小球若干，具体操作参见文献［6］［7］。

图4　硅藻精土法制作的固定化小球

图5　PVA法制作的固定化小球

2．2固定化方法比较

将三种方法制成的固定化小球置于冰箱中冷藏，3个月后取出进行活性恢复。试验方法如下:取规格为250 mL的锥形瓶若干，分为三组并依次编号为1号，2号，3号，将海藻酸钠+PVA、海藻酸钠+硅藻精土及海藻酸钠+活性炭三种固定化方法制成的小球各10 g分别加入1号，2号，3号锥形瓶中。每组设三只锥形瓶，配制初始浓度为30 mg/L，70 mg/L，110 mg/L氨氮混合液若干，依次加入三只锥形瓶中，并将锥形瓶中的pH调整至7．5，另取一组作空白对照。将锥形瓶置于摇床中，向摇床中倒入初始温度为12℃～15℃的冷却水，每隔20 min测一次水温，并补充适量的冷却水以确保氨氮混合液温度保持在12℃～15℃之间，将摇床调整为200 rad/min，每隔2 h从锥形瓶中取样并检测剩余氨氮浓度，实验结果如表1所示。

表1　三种固定化小球对氨氮的去除效果

如表1所示，对比初始浓度为30 mg/L的三组锥形瓶后发现，反应6 h后，1号锥形瓶中氨氮浓度剩余12．89 mg/L，氨氮去除率达到57%，2号锥形瓶中氨氮去除率接近100%，3号锥形瓶中氨氮去除率最低，为55．50%。当初始氨氮浓度为70 mg/L时，反应6 h后，三组锥形瓶中氨氮去除率分别为60．26%，64．14%，58．69%，均达到58%以上。而当初始氨氮浓度提高至110 mg/L时，反应6 h后，三组锥形瓶中剩余氨氮均维持在较高水平，1号中氨氮去除率为44．60%，2号中氨氮去除率为52．51%，3号中氨氮去除率仅为42．96%。可见，固定化小球对低浓度氨氮去除效果更好，当固定化小球处于高浓度氨氮时，由于固定化小球中含有的微生物量较低，氨氮负荷较大，很难取得较高的氨氮去除效果;同时从表1可以看出，在整个试验过程中当初始氨氮浓度较高时，海藻酸钠+硅藻精土法制作的固定化小球氨氮去除率达到了50%以上，较其他两种方法制作的固定化小球氨氮去除率高出8．5%以上，说明海藻酸钠+硅藻精土法包埋固定化硝化细菌对氨氮的去除效果优于其他两种方法制作的固定化小球，同时也对较高浓度的氨氮有较强的适应能力。

3　固定化小球处理生活污水效果研究

在进水氨氮浓度为30 mg/L～40 mg/L，将30 g(污泥量约为0．8 g)固定化小球投入好氧反应器(有效容积为1 L)中，反应过程中DO控制在4 mg/L～6 mg/L，pH维持在7～8，温度为12℃～15℃，硝化停留时间为6 h，经过18个周期的运行，结果见图6。

图6　固定化小球对氨氮的去除效果

从图6可以看出，整个反应周期内，氨氮去除率均在60%以上，12个周期后氨氮去除率保持在80%以上，最终出水氨氮浓度不足5 mg/L，可见固定化小球在低温12℃～15℃下能取得较高的氨氮去除效果。

4　结语

1)硝化污泥经过2个多月的驯化后，低温12℃～15℃下氨氮去除效果能到达80%以上。

2)低温条件下，采用海藻酸钠+硅藻精土法包埋固定化耐低温硝化污泥对高浓度氨氮适应性较强，氨氮去除率较海藻酸钠+ PVA及海藻酸钠+活性炭固定化小球高出8%左右。

3)低温12℃～15℃下固定化小球处理实际生活污水氨氮去除率可达80%左右，从而证实了海藻酸钠+硅藻精土固定化小球低温条件下处理实际污水能取得较好的硝化效果，具有一定现实意义。

参考文献:

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［3］张雷，苗月，姜安玺．耐低温硝化细菌固定化技术及脱氮效果［J］．化工进展，2010，29(8):1567-1570．

［4］国家城市给水排水工程技术研究中心．污水生物与化学处理技术［M］．北京:中国建筑工业出版社，1999:51-52．

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［6］闫逊．固定化硝化细菌对氨氮的去除效果［D］．青岛:青岛理工大学，2007:19-28，23-29．

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［9］王亚娥，刘宝堂，李杰．包埋固定化微生物强化SBR工艺脱氮性能研究［J］．环境科学与技术，2009，32(12):164-167．

［10］王芳，鲁敏，张红艳，等．硝化细菌的固定化及其处理氨氮污水的研究［J］．化学与生物工程，2011，27(11):86-88．

［11］方明亮．低温条件下硝化污泥的驯化及其固定化［D］．太原:太原理工大学，2013．

Sodium alginate adding algae essence soil method immobilizing low-temperature resistant nitrobacteria

Fang Mingliang
(Wuhan Branch，Guangdong Metallurgical and Architectural Design Institute，Wuhan 430051，China)

Abstract:Using the method of sodium alginate added algae essence soil，this paper made the nitrate activated sludge to immobilized balls of low temperature domestication mature，researched the removal rate of immobilized balls to ammonia nitrogen under the low temperature condition，the test results showed that:the ammonia nitrogen removal rate of sodium alginate+algae essence soil immobilized balls to sewage could reach around 80%．

Key words:ammonia nitrogen removal rate，low temperature resistant bacteria，algae essence soil

作者简介:方明亮(1987-)，男

收稿日期:2015-10-11

文章编号:1009-6825(2016)01-0144-02

中图分类号:Q939

文献标识码:A