不同种类外加碳源对污水厂活性污泥反硝化的影响研究

石飞 冯植飞 何宇虹 范勇 王菁 何佳睿 周凡杰 郑应俊

摘要：为了考察不同种类外加碳源对反硝化的影响，取污水厂生化池缺氧段前端混合污泥2L，添加碳源后用六联磁力搅拌机混合低速搅拌，测试时间为120 min。实验表明，8#碳源反硝化速率最大，其次为2#、1#、3#、9#乙酸和乙酸钠碳源，4#和5#碳源反硝化速率较慢，且去除率不足50%，难以满足要求。但最终选择何种碳源应综合考虑碳源投加比例、碳源价格等多种因素。

关键词：污水厂；活性污泥反硝化；碳源

国内当前大部分污水处理厂由于原水中碳源不足，导致出水的硝酸盐氮浓度高，使TN一直处于超标状态，为了解决这一问题，污水厂一般采取提高系统脱氮效率或反硝化容量的方法包括扩大缺氧区体积或外投碳源。但是在生化池体积一定的情况下，扩大缺氧区体积将降低好氧区体积，会影响系统的硝化效果，可能导致系统出水氨氮不能达标。这样只有扩建污水厂，才能同时满足硝化和反硝化过程的需求，然而扩建污水处理厂所需经费惊人。实践表明，外投碳源可以提高系统脱氮效率，为避免外投碳源过量，增加系统运行费用，需要优化外碳源投量，从而最大程度优化系统运行[1]。

然而，不同外碳源对系统的反硝化过程影响不同，即使外碳源投加量相同，处理效果也不同。有些外碳很投加后可以快速响应，而有些外碳源投加后需要经过一段适应和驯化期后才能起到作用，从而具有滞后性，不能最大程度优化系统运行[2]。因此对加入的碳源种类进行研究实验，不仅可保障其出水TN浓度达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918—2002）一级A标准，而且可以确保反硝化反应最大程度优化运行[3]。

1实验部分

1.1仪器与分析指标

主要实验设备：六联磁力搅拌器（CJJ-931），便携式DO测定仪（HACH），紫外-可见分光光度计，COD消解仪。

分析指标及方法：实验主要测定的指标包括COD、NO3--N、MLSS、DO等，COD快速消解法，NO3--N采用紫外分光光度法，DO便携式溶解氧仪。

1.2商品碳源

根据市场考察，初步筛选出8种商品碳源，选择的碳源主要为乙酸钠（副产品）以及供应商复配的碳源，商品碳源的COD当量浓度见表1。

1.3实验污泥混合液

碳源反硝化实验于2018年06月13～14进行。由于实验条件所限，对8种碳源进行了3批实验。取生化池缺氧段前端混合污泥2L，三个批次实验混合液参数见表2。

2实验结果分析

2.1反硝化速率實验

反硝化速率实验共进行三组，每组各进行了空白实验，测定反硝化过程每个反应器中硝氮浓度变化。

实验结果：无论是空白实验还是投加碳源，反硝化速率均存在明显的2个阶段，9个样碳源样品以及3个空白样品两个阶段反硝化速率汇总分析：第一阶段反硝化速率均大于第二阶段，实验污泥取自缺氧池前端，混合液中反硝化可利用碳源较少，因此相比于投加碳源的实验，空白实验中反硝化速率比较低。投加碳源后最大反硝化速率为6.11mgNO3-N/g？h，最小反硝化速率为2.06mgNO3-N/g？h。第二阶段反硝化速率明显变小，最大反硝化速率为0.66mgNO3-N/g？h，最小反硝化速率为0.04mgNO3-N/g？h，这是由于可被微生物直接利用的碳源已在第一阶段耗尽，需要污泥水解或外加碳源中慢速可利用的COD用来提供反硝化的碳源。在缺氧环境下，微生物系统在进行反硝化的同时，自身也进行了部分生长代谢，同时可能存在一定的反硝化除磷过程，上述过程均需要消耗一定的碳源，本实验基于条件限制，没有对反硝化聚磷过程进行实验验证，在此不考虑其过程对于碳源利用的影响。

2.2反硝化时间

某污水处理厂缺氧池设计水力停留时间HRT=3.25 h，缺氧池混合液由于存在内回流和外回流实际反硝化时间需要根据水量计算。

缺氧池进水水量为Q，污泥回流量为Q，混合液回流量为2Q，因此缺氧池总的进水量为4Q，由此推导缺氧池实际反硝化时间约为49 min。本实验反硝化时间以50min作为基准，比较不同外加碳源下50 min内硝酸盐的变化。

2.3硝氮去除率

空白实验反硝化作用是由于内碳源贡献所致，投加碳源后反硝化是内碳源和投加碳源共同贡献，扣除空白实验反硝化值，得到的即为外碳源反硝化作用。由于实验分为三组，每组混合液污泥浓度不同，因此进行比反硝化速率对比分析。

在相同的实验条件下，8#碳源第一阶段反硝化速率最大，约35min可以去除11mg/L的硝氮，然后进入慢速反硝化阶段，其次为2#、1#、3#、9#乙酸和乙酸钠碳源，4#和5#碳源反硝化速率较慢，50min内反硝化不足50%，难以满足要求。

3结论

（1）无论是空白实验还是投加碳源，反硝化速率均存在明显的2个阶段，且第一阶段反硝化速率均大于第二阶段。

（2）根据污水处理厂缺氧池设计水力停留时间和缺氧池总的进水量，计算得知缺氧池实际反硝化时间约为49 min。因此本实验反硝化时间以50min作为基准，比较不同外加碳源下50 min内硝酸盐的变化。

（3）初步筛选的8种碳源中，8#碳源第一阶段反硝化速率最大，约35min可以去除11mg/L的硝氮，然后进入慢速反硝化阶段，其次为2#、1#、3#、9#乙酸和乙酸钠碳源，4#和5#碳源反硝化速率较慢，50min内反硝化不足50%，难以满足要求。

参考文献：

[1]马勇， 彭永臻， 王淑莹. 不同外碳源对污泥反硝化特性的影响[J]. 北京工业大学学报， 2009， 35（6）：820-824.

[2]吴代顺， 桂丽娟， 陈晓志， et al. 不同类型碳源及其投加量对污泥反硝化的影响研究[J]. 兰州交通大学学报， 2012， 31（3）：99-103.

[3]赵月来， 贾玉柱， 刘玉国. 某污水处理厂改良型A～2/O工艺外加碳源的利用性研究[J]. 化工管理， 2018， 506（35）：61-62.

（作者单位：中冶华天工程技术有限公司）