硝化菌在恢复生化污泥活性中的应用

摘 要：针对兴化集团乙醇污水生化污泥活性低、处理能力不足的问题，向SBR池投加一定比例的硝化菌，配合工艺调整，改善活性污泥性状。研究结果表明：投加硝化菌进行调试运行后，出水氨氮、COD保持稳定的前提下，处理水量得到大幅度提升；系统抗冲击负荷能力提高；污泥沉降性变好，污泥镜检可发现原后生动物数量增多、种类丰富，出现较多楯纤虫、钟虫、独缩虫、盖纤虫和腔轮虫等指示性原后生动物，污泥性状改善明显。

关键词：SBR工艺；硝化菌；污泥活性

中图分类号：X 714" " " " " " 文献标志码：A

氨氮浓度是改善污泥活性、提高污水能力的重要指标。使用生物脱氮法来去除生化污泥中氨氮，具有成本低、操作简单等优点。由微生物群落构建的氮循环主要由其体内所发生的固氮作用、反硝化作用、消化作用以及有机氮的合成、氨化作用组成。在污泥中的氨氮会因为硝化作用而逐渐转变为亚硝盐和为亚硝酸盐；然后再在反硝化作用的影响下，最终形成氮气。在整个生物脱氮应用中，硝化菌的硝化作用实现氨氮高效转化的关键。因此，硝化菌的应用在恢复生化污泥活性中具有重要意义。

1 污水站运行概况

陕西延长石油兴化化工有限公司乙醇污水站，主要用于处理乙醇装置区生产污水、乙醇装置区初期雨水以及部分氨合成系统生产污水，采用传统的SBR工艺，生化运行模式如下。曝气搅拌（同时进水）→缺氧搅拌→曝气搅拌→沉淀→排水[1]，8h/周期。污水进入调节池均质均量后，通过离心泵输送至SBR池，经生化处理后进入检测池，检测达标后排放。SBR池B池（以下简称B池）有效池容约3600m3，设计进水NH3-N≤300mg/L、COD≤750mg/L，处理水量50m3/h，排放标准如下：NH3-N≤25mg/L、TN≤60mg/L、COD≤200mg/L。系统长期处于高负荷运行状态，平均运行负荷达到设计值的80%以上。夏季来水温度高时生化池内温度接近40℃，超过微生物适宜上限温度。另外，进水C/N失衡，污泥老化严重、活性差，系统抗冲击能力不足。在前段进水NH3-N波动后（最高达400mg/L以上），生化池出水氨氮急剧升高，被迫降低处理水量。根据现场实际运行情况，得到以下结论：当进水量为37.5m3/h时，检测池出水NH3-N升至10mg/L以上，并有继续上涨的趋势；当进水量降至34.5m3/h后，检测池出水NH3-N逐渐降低，并保持在5mg/L以下。

为尽快恢复B池处理能力，经过讨论，决定投加一定浓度的硝化菌悬浮液，以快速恢复B池生化污泥活性，改善污泥性状，提高污泥系统抗冲击性能。

2 硝化菌投加

2.1 硝化菌

所投加的硝化菌是一种含有硝化菌和亚硝化菌生长的黄褐色液体悬浮液，在污水处理厂中主要用于去除氨氮。当污水中毒性物质含量超标或温度较低时，硝化菌生长速率显著降低。通过投加硝化菌增加污泥中硝化菌菌种数量，并配合投加营养物质对污泥进行培养驯化，建立和增强硝化菌种群的硝化反应能力，提高污水生化系统抗冲击能力，保证污水氨氮去除效果。

2.2 准备工作

对乙醇污水站B池循环泵、曝气风机以及甲醇计量泵等设备进行全面检查维修，保证不同阶段微生物生长繁殖所需的溶解氧浓度，确保污水生化系统运行平稳。同时，根据现场运行状况，调整各阶段运行时间及甲醇投加量，并投加磷酸二氢钾提供微生物所需营养盐。

2.3 投加方法

硝化菌采用冲击式投加，即B池滗水结束开始进水时（同时曝气），将硝化菌摇匀后投加在B池进水端，曝气进行活化。该系统硝化菌投加总量为300kg，分4个批次进行，初次投加时以SBR池容核算菌种投加量为100kg；后续根据进水量分批次投加，投加量分别为100kg、60kg以及40kg。

2.4 投加过程控制

投加前必须确保SBR池各设备运行正常，保证搅拌强度和提供充足的DO。菌种投加期间暂停排泥，加强进出水COD、氨氮、总氮数据分析，及时调整优化菌种投加量。另外，增加pH、碱度、正磷分析频次，提供硝化菌最适宜生长环境。

3 硝化菌培养阶段的控制指标

3.1 温度指标

硝化菌对温度非常敏感，在温度＞42℃或＜5℃的环境下，硝化细菌是无法进行硝化作用的，其原因可能是其在低温环境的影响下出现生理代谢失常，而高温可能会使菌细胞大量瓦解死亡。在实际应用中，硝化反应的发生温度应＜38℃、＞15℃，如果是在冬季，还应当采取一定的加温、保温措施。

3.2 溶氧指标

硝化菌是严格好氧菌，因此硝化反应必须在好氧条件下进行。不同的硝化细菌对溶氧敏感程度有一定差别，通常氨氧化菌的氧饱和常数为0.2mg/L～0.4mg/L，而亚硝酸盐氧化菌为1.2mg/L～1.5mg/L。因此，当溶氧＜1mg/L时，将导致亚硝酸盐的积累。通常情况下，好氧池溶氧控制在2mg/L～4mg/L。

3.3 酸碱值指标

在硝化反应过程中，随着氨氮被转化为硝态氮，会产酸消耗碱度，所以硝化反应要顺利进行就必须补充碱度[2]。硝化菌对酸碱值的变化也相当敏感，最佳值在7.5～8.0，此时硝化菌的硝化速率可以达到最大值。因此，在硝化菌的培养阶段，应尽量使进水保持较高的pH值，最好能达到8.0左右，不低于6.5，否则应及时补充碱度。

3.4 污泥龄指标

为确保菌群可以在连续流反应器中保持较好的存活情况，应使其在停留反应器中的时间超过自养型硝化菌最小的世代时间，不然细菌的流失率会超过净增率，进而使硝化菌逐渐在系统中流失殆尽。

3.5 COD/BOD

在活性污泥系统中，硝化菌只占活性污泥微生物的5%左右，这是因为硝化菌比增长速率远低于异养型细菌。如果系统内COD/BOD数值较高，则异养菌会争夺硝化菌生长所需的溶解氧，进而导致硝化菌无法增殖。一般情况下，系统内BOD/COD＞20mg/L，就会抑制硝化菌的活性。一旦进水中碳氮值或COD/BOD值过高，在培养硝化菌的过程中就需要通过延时曝气来完成，将溶解氧的含量控制在3mg/L以下，否则会加速污泥老化。

3.6 氨氮浓度

根据在污水站SBR池应用情况，建议将来水氨氮浓度保持在150mg/L以下，否则几个周期下来，池中的氨氮浓度会增加到一个相当高的程度。过高的氨氮浓度产生较多游离氨会抑制氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌活性。因此，在菌种培养阶段以及系统运行的过程中，系统出水的氨氮浓度需要符合指标要求，确保从调试阶段开始，系统一直都是出合格水。

4 结果与结论

4.1 生化运行数据统计表

表1记录了投加硝化菌调试运行期间调节池、B池出水NH3-N、COD及处理水量每日统计数据。

4.2 数据分析

4.2.1 处理水量大幅提升

如图1所示，投加硝化菌期间，B池处理水量由34.5m3/h（负荷69%）逐步提升至51.7m3/h（负荷达到103%），负荷提升34%。

4.2.2 出水氨氮维持稳定

如图2所示，投加硝化菌调试期间B池出水氨氮总体保持稳定。

4.2.3 出水COD维持稳定

如图3所示，投加硝化菌调试期间B池出水COD总体保持稳定。

4.3 污泥性状分析

投加硝化菌之前，B池污泥呈灰白色、镜检菌胶团松散细碎且几乎无原后生动物，污泥性状较差。投加硝化菌调试运行后，B池污泥由灰白向浅黄转变，镜检可发现原后生动物数量增多、种类丰富，出现较多钟虫、独缩虫、盖纤虫、楯纤虫、腔轮虫和表壳虫等指示性原后生动物，如图4所示。且B池MLVSS/MLSS由调试初期29%，至调试后期提升至34%，污泥性状得到明显改善。

5 运行总结及建议

乙醇污水站B池自开始投加硝化菌后，B池处理水量自34.5m3/h（负荷69%）逐步提升至51.7m3/h（负荷103%），负荷提升34%。且投加硝化菌调试运行期间出水氨氮、COD基本保持稳定；生化污泥外观由灰白色逐步变为浅黄色，MLVSS/MLSS由前期29%提升至34%；镜检可见原后生动物数量增多、种群丰富，出现较多楯纤虫、钟虫及独缩虫、盖纤虫、腔轮虫等指示性原后生动物；污泥性状得到明显改善。

针对本次调试，对乙醇废水站后续稳定运行提出以下6个建议。1）加强来水管控，做好源头控制。定期维护进出水在线仪表，守好来水最后一道关卡。2）增加调节池出水、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养泥，改善污泥性状，增强系统抗冲击能力，采取少量多次原则逐步提升排泥量。4）控制 SBR 池进水 BOD∶N∶P=100∶5∶1，满足正常微生物生长所需营养比例。投加甲醇提高进水COD 浓度，磷盐补充系统磷浓度。5）定期对微生物进行镜检，查看污泥絮体密实性和原后生动物的种类。6）储备定量生物菌剂应急，当出水 COD、氨氮浓度有上升趋势时或者来水浓度过高时，适当投加稳定出水水质。

6 硝化菌应用注意事项

现阶段，市场上售卖的硝化菌菌剂种类繁多，虽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较大差距。而且市面上的硝化菌都是复合菌剂，是根据一定的细类配比制作而成的，例如枯草芽孢杆菌、光合菌剂等，这样虽然能有更多的功能，但是在具体的工业应用中却缺乏足够的针对性，而且还必须定期添加菌剂来进行维持。在处理不同污水的过程中，面对差异化的生长条件和水质因素，其中某些成分不仅无法生长繁殖，还可能在短期内衰败死亡，无法起到应有的污水处理作用。因此，在复合菌剂在具体应用中，菌剂中无效的组成部分在某种程度上是属于对资源的浪费。如果被投入无法适应的环境，对外界做出应激反应，就很难长时间保持较好的硝化效果，严重影响净化效率。所以，必须根据污水站所需处理污水特性专门制备菌剂，确保菌种投放精准与高效，使其能在污水池中政策生长繁殖，保持良好的硝化能力，保证持续生化污泥活性的效果。

7 结语

总的来说，硝化菌是一种较高安全性保障的菌剂，其在处理污水、改善生化污泥活性中的应用需要进行更深入的研究，制定更高效的应用方案，以适应能力较好、生长繁殖速度更快、硝化效果更强、适合进行扩大培养的硝化菌菌剂。根据水站SBR池生化污泥的特点，选取最合适的菌种配比，制备更高效合理的复合菌剂，实现对污水池环境的快速适应，持续生长繁殖，在减少污水处理成本的同时，有效增强对生化污泥活性的恢复效果。

参考文献

[1]郭淑平，李扬.SBR工艺处理煤气化废水的异常工况原因分析及对策[J].大氮肥，2023，4（3）：195-198.

[2]孙英杰，吴昊，王亚楠，等.硝化反硝化过程中N2O释放影响因素[J].生态环境学报，2011，20（2）：384-388.