利用呼吸速率仪对新碳源进行快速评价试验

王瀚卿， 姜 威， 王连杰， 张 麟

（天津创业环保集团股份有限公司，天津 300381）

污水处理硝化反硝化脱氮中，硝化细菌在好氧段起到硝化作用。硝化菌包括亚硝化菌与硝化菌，亚硝化菌能将废水中的氨氮转化为亚硝酸盐，硝化菌又将亚硝酸盐转化为硝酸盐。反硝化作用则发生在缺氧段，由反硝化菌将硝酸盐转化为N2，起到污水脱氮作用[1]。利用硝化反硝化菌进行的硝化反硝化是最经济、最合理、对环境污染最小的方法，目前在污水处理领域被广泛采用。缺氧段的反硝化对脱氮至关重要，而反硝化过程中需要电子供体，电子供体的来源是碳源，也就是各种能为微生物生长代谢作用提供细胞碳架的有机物。目前用于污水处理厂外加碳源种类很多比如：甲醇、30%乙酸钠以及COD当量高的废液等[2]。

污水处理厂提标改造对出水的总氮要求也越来越高，城镇污水厂的外加碳源支出也随之增加。因此近年来各种碳源的开发也成为了行业热点，比如：利用天然纤维素作为固体碳源[3]，认为天然纤维素因含有丰富的碳原子能满足微生物对电子供体的需求，同时天然纤维素又可以作为反硝化细菌的生长载体并利用多种预处理方式[4]使天然纤维素降解并释放COD，成为可更好利用的碳源；也有利用糖类作为新型碳源[5]。

由于污泥对乙酸钠表现出自适应性[6]，为评价一未知糖浆作为碳源的可行性，以乙酸钠作为参照，以污水厂缺氧段为基础，利用呼吸速率仪进行快速评价。

1 试验材料与方法

1.1 待评价碳源

未知糖浆为密度1.37 g/cm3的深棕色粘稠甜味液体，COD为14.7×104mg/L，TN为5 600 mg/L；配置成20%水溶液时依然呈棕色且不透明，需用力摇晃才可溶解。

1.2 试验方法

1）取 3 份 1 L 缺氧段水样置于 3 个标记为 1 号、2号、3号的1 L烧杯中。

2）在 3 个烧杯中分别加入 10 mL 的 1 000 mg/L 总氮标液，相当于添加了10 mg 总氮。

3）1 号烧杯中取出600 mL 水样置于带磁力搅拌子的1 号烧瓶中，取其上清液测定COD 与TN；在2 号烧杯中加入0.2 mL 乙酸钠，乙酸钠原液COD 为23×104mg/L，分搅拌混合均匀后取出600 mL 置于带磁力搅拌子的2 号烧瓶中，取其上清液测定COD 与TN；在3 号烧杯中加入0.27 mL20%糖浆，充分搅拌混合均匀后取出600 mL 置于带磁力搅拌子的3 号烧瓶中，取其上清液测定COD与TN。

4）将3个烧瓶置于30 ℃常压水浴中，在磁力搅拌下用洛克泰克微生物降解呼吸速率仪分别测定产气量，绘制其产气速率图。

5）2 h后停止搅拌，分别测定3个烧瓶中的上清液的COD与TN。

2 试验结果

记录3 个样品反应前后 COD 与TN，计算COD 和TN的去除率。见表1。

表1 COD与TN的去除率

利用呼吸速率仪实时记录缺氧段产气情况，对比三者在缺氧段的反应效果。见表2和图1。

表2 缺氧段累计产气量

图1 缺氧停留产气速率

3 结果分析

1）由图1看出，投加糖浆的3号样品与原水的1号样品在缺氧环境下30 min 便基本停止产气，也就是基本停止了反硝化。3 号投加糖浆的样品与1 号原水样品反硝化脱氮反应停止得太早，脱氮后均未能达到DB 12 599—2015《城镇污水处理厂污染物排放标准》中A 类出水的总氮指标10 mg/L，初步判断此未知糖浆并不是合格的碳源。

2）未知糖浆的样品因自身带有氮源，使得3 号样品反应后的TN 与未投加碳源的1 号原水样品基本无差别，表明在缺氧环境下3 号投加糖浆的样品反硝化去除的氮有一部为糖浆自身的氮，这也可以解释为何3号样品TN去除率会比1号样品。

3）3 号样品反应后的 COD 比 1 号样品高，很可能是加入的未知糖浆COD未被去除。

4）乙酸钠的加入对去除COD和TN都有显著效果。

4 结论

目前大多数的城镇污水厂都面临碳源不足的问题，外加碳源成为热点，评价一款新型的碳源，除了对COD 当量有要求，还应对其引入的难去除COD 及TN进行评价，好的碳源应易被微生物利用、低TN 引入、低COD残留。

本试验利用呼吸速率仪以原水及乙酸钠做参考，通过模拟缺氧硝酸盐降解试验2 h 左右，监测缺氧停留期间的产气情况，间接的监测了缺氧的反硝化反应并通过反硝化反应的脱氮量及反应时间能快速便捷的得出碳源对缺氧反硝化作用的影响程度，以此提高对碳源的评价效率。