乙酸鈉外加碳源SBBR工藝脫氮效果的實驗研究

安麗娜，薛 軍，司徒淑娉（.佛山市環境監測中心站，廣東 佛山 58000； .沈陽化工大學 環境與安全工程學院，遼寧 沈陽 04）

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乙酸鈉外加碳源SBBR工藝脫氮效果的實驗研究

安麗娜1，薛 軍2，司徒淑娉1
（1.佛山市環境監測中心站，廣東 佛山 528000； 2.沈陽化工大學 環境與安全工程學院，遼寧 沈陽 110142）

摘要：選取乙酸鈉為外加碳源，采用SBBR工藝處理低C/N比城市生活污水。當外加碳源后的C/N比值增加至7.0左右時，對原水NH4+-N去除率最高為89.31%，外加碳源后的C/N為7.12時，TN的去除率最好，為71.27%。結果表明，外加乙酸鈉碳源后的SBBR工藝對于低C/N生活污水脫氮性能十分良好。出水水質指標均達到了《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的“一級標準A標準”，出水作為回用水。

關鍵詞：乙酸鈉；SBBR工藝；低C/N

對于低C/N比城市污水，按原有設計水質運行的二級污水處理廠大多數不能達標排放，使污水廠資源和資金浪費較大。碳源（carbon source）是在微生物生長過程中為微生物提供碳素來源的物質，是影響反硝化細菌活性的重要因素之一。反硝化菌以亞硝酸鹽或硝酸鹽作為電子受體，將污水中有機物作為碳源充當電子供體，通過同化和異化作用將含氮污染物轉化為有機氮化合物和氣態氮。當污水本身所含有機碳源極低時，要想獲得較好脫氮效率就需要外加碳源。

生物法脫氮分為硝化、反硝化兩部分：硝化過程是在好氧條件下，氨氮轉化為亞硝酸氮或硝酸氮；反硝化過程是在缺氧環境下將硝化過程中產生的亞硝酸氮或硝酸氮轉化為氮氣。反硝化過程需要充足的有機碳源作為電子供體，保證反應的順利進行。而我國常見的都是低碳氮比的污水，因此碳源一直是生物脫氮的控制因素［1］。

本試驗選取乙酸鈉外加碳源，控制外加碳源后C/N比值處于同一范圍，處理低C/N比城市生活污水，進行脫氮特性的對比研究，觀察投加不同外加碳源后SBBR反應器的處理效果，以確定外加碳源的脫氮處理效果，并考察投加最佳外加碳源后SBBR反應器的實際運行效果，以確保出水TN質量濃度的穩定達標［2］。

1　實驗部分

1.1實驗裝置

采用有機玻璃材料制成，總容積為9.5 L，有效容積為8 L，如圖1所示。

1.2試驗用水

實驗用水為模擬低C/N比生活污水，試驗進水保持COD濃度為110.24～160.35 mg/L，TN濃度為26.24～71.55 mg/L，進水C/N比在1.54～4.64之間，使得碳源不足，反硝化過程無法進行，因此設定系統在厭氧階段末期、好氧階段初期添加外加碳源，以保證SBBR系統的正常運行。

圖1　實驗裝置示意圖Fig.1 Schematic plot of test device

1.3水質分析方法

本試驗中各項目檢測方法按照《水和廢水監測分析方法》第四版（國家環保總局2002年）中規定的分析方法進行檢測。試驗檢測項目及分析方法如表1所示。

表1　檢測項目及分析方法Table 1　Test and analysis method

1.4乙酸鈉的性質分析

乙酸鈉（ Sodium acetate ）化學式 CH3COONa 3H2O，無色無味的結晶體，密度 1.45 g/cm3，熔點58 ℃，123 ℃時失去結晶水。在空氣中可被風化，可燃。易溶于水，稍溶于乙醇，不溶于乙醚。但是通常濕法制取的有醋酸的味道。水中發生水解。無水物的密度1.528 g/cm3，熔點324 ℃。溶于水，呈弱堿性。乙酸鈉可用作照相、印染、化學試劑及肉類防腐等。其制法有以下兩種：由碳酸鈉或氫氧化鈉和醋酸作用而制得；也可用木材干餾的副產品醋石與碳酸鈉作用制得［3］。

2　工藝原理

實驗用水為模擬低C/N比生活污水，沒有充足的碳源，SBBR反應器中的反硝化細菌無法在缺氧條件下發揮脫氮的作用，通過添加乙酸鈉作為反硝化反應的電子供體，提高反應器中的C/N比值，增強系統的脫氮效果。進水C/N比在1.54～4.64之間，使得碳源不足，反硝化過程無法進行，因此設定系統在厭氧階段末期、好氧階段初期添加外加碳源，以保證SBBR系統的正常運行。

采用乙酸鈉為外加碳源，控制外加碳源進水量為1 L，改變碳源的投加量，使實驗進水COD值增加，碳氮比會相應變化，控制外加碳源后進水C/N比在7.0左右，觀察系統內對反硝化脫氮的影響。通過測量每次試驗進出水氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮以及總氮的質量濃度變化，觀察外加碳源對 SBBR系統脫氮性能的影響［4］。

3　運行效果分析

3.1對NH4+-N的影響

SBBR反應器中，外加碳源保持C/N在7.0左右情況下NH4+-N進出水濃度和去除率變化如圖2所示。

圖2　不同外加碳源C/N下NH4+-N質量濃+度與去除率的變化Fig.2 Removal effection and rates of NH4-N under different C/N

由圖 2可知，外加碳源 NH4+-N質量濃度在15.32 ～31.45 mg/L之間變化，雖然浮動較大，但是出水NH4+-N質量濃度比較穩定，氨氮的去除率均在80%以上，出水NH4+-N質量濃度均小于3 mg/L。在厭氧階段末期由于COD質量濃度過低反應停滯，因此選用乙酸鈉作為外加碳源，控制瞬時進水量為1 L，隨著外加碳源后C/N的變化，控制C/N比在7.0左右，出水NH4+-N質量濃度逐漸降低，去除率也一直保持在較高的水平。出水 NH4+-N質量濃度均在3 mg/L以下，平均為1.25 mg/L，平均去除率為85.7%。

從以上數據可以看出，出水 NH4+-N質量濃度滿足《國家污水排放標準》（GB 18918-2002）一級A排放標準。

3.2對TN的影響

SBBR反應器中，外加碳源C/N下TN質量濃度和去除率變化曲線如圖3所示。

圖3　不同外加碳源C/N的TN進出水質量濃度與去除率的變化Fig.3 Removal effection and rates of TN under different C/N

由圖3可知，外加乙酸鈉做碳源情況下TN質量濃度在17.12～26.58 mg/L之間浮動，隨著進水TN質量濃度不斷波動，出水TN質量濃度也上下浮動。厭氧階段末期，選用乙酸鈉作為外加碳源，控制瞬時進水量為1 L，隨著外加碳源后C/N的升高，出水TN質量濃度降低，去除率也因進水TN質量濃度的波動而不斷變化，待SBBR系統穩定運行后，去除率保持在較高的水平。出水TN質量濃度平均為12.65 mg/L，平均去除率為43.36%，最高去除率達到71.27%。

3.3各種形態N的變化

在硝化系統內，亞硝化細菌和硝化細菌普遍存在，并生活在一起構成互生關系。兩種細菌在反應時間上存在先后順序，首先是亞硝化細菌將氨氧化成亞硝酸鹽并從中獲得能量，在此基礎上硝化細菌將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽從中獲得能量［5］。

SBBR反應器中，外加碳源乙酸鈉提高進水C/N 的NH4+-N、NO2--N、NO3--N質量濃度的出水濃度變化曲線如圖4所示。

圖4　外加碳源乙酸鈉C/N的NH4+-N、NO2--N、NO3--N質量濃度的出水情況Fig.4 Removal effection of NH4+出-N水、情NO 況2--N、NO3--N Nunder different C/N

由圖4可知，研究SBBR同步硝化反硝化過程中各種氮的連續變化情況，SBBR表現出很好的同步硝化反硝化特性。從圖4中可以看出，外加碳源后，出水主要以NO3--N為主，系統內NH4+-N的濃度逐漸減小，進水的NO2--N和NO3--N在厭氧階段發生反硝化反應被去除。在后續的曝氣時間長，使一部分NO2--N轉化為NO3--N，一部分進行了反硝化反應。通過對氮的轉變形態的研究，NO3--N發生反硝化反應時NO2--N和NH4+-N的值都降到最低趨近于零。

綜上所述，乙酸鈉作為外加碳源，進水量為1 L，當外加碳源后 C/N比值增加至7.0左右時，對原水NH4+-N去除率最高為89.31%，并且外加碳源后的C/N無論是3.48或者11.79都對NH4+-N的去除率在80%以上，說明只要外加入少量乙酸鈉，即可繼續促使反應進行，并且能夠達到脫氮目標；對于TN的處理效果，外加碳源后的C/N為7.12時，TN的去除率最好，為71.27%。綜上所述，外加乙酸鈉碳源后SBBR工藝對于低C/N生活污水脫氮性能十分良好。

4　結 論

（1）通過外加碳源投加試驗，可知只要外加入少量外加碳源，當控制外加碳源后C/N比，即可繼續促使反應進行，并且能夠達到脫氮目標。

（2）通過乙酸鈉作為外加碳源，當外加碳源后C/N比值增加至7.0左右時，對原水NH4+-N去除率最高為89.31%，并且外加碳源后的C/N無論是3.48或者11.79都對NH4+-N的去除率在80%以上，說明只要外加入少量乙酸鈉，即可繼續促使反應進行，并且能夠達到脫氮目標；對于TN的處理效果，外加碳源后的C/N為7.12時，TN的去除率最好，為71.27%。綜上所述，外加乙酸鈉碳源后SBBR工藝對于低C/N生活污水脫氮性能十分良好。

（3）外加碳源實驗過程處理模擬低 C/N生活污水的的出水水質指標均達到了《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的“一級標準A標準”，一級標準的A標準是城鎮污水處理廠出水作為回用水的基本要求。

參考文獻：

［1］蔣山泉，等.序批式生物膜（SBBR）工藝同步脫氮除磷研究［J］.四川大學學報（工程科學版），2008，40（1）∶64-68.

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［3］譚佑銘，羅啟芳.不同碳源對固定化反硝化菌脫氮的影響［J］.衛生研究，2003，32（2）∶95-97.

［4］倪寶云.SBBR法處理城市污水的試驗特性研究［D］.太原理工大學，2010.

［5］邱兆富，周琪，楊殿海，等.低碳氮比城市污水短程生物脫氮試驗研究［J］.工業水處理，2006，26 （11）∶ 35-38.

Experimental Study on Denitrification Effect of
SBBR With Sodium Acetate as External Carbon Source

AN Li-na1，XUE Jun2，SITU Shu-ping1
（1.Foshan Environmental Monitoring Center，Guangdong Foshan 528000，China；
2.Shenyang University of Chemical Technology，Liaoning Shenyang 110142，China）

Abstract：In this experiment，sodium acetate was used as an external carbon source，and the low C/N ratio domestic sewage was treated by using SBBR.The results show that when the C/N ratio increases to 7.0 after adding carbon source，the highest removal rate of NH4+-N of raw water is 89.31%；and when the C/N ratio increases to 7.12，the removal efficiency of TN is the best，71.27%.SBBR has quite well denitrification performance for the low C/N ratio domestic sewage after adding carbon source.The effluent water as recycle-water conforms to one-class A permitted criteria of “Discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant” （GB18918-2002）.

Key words：Sodium acetate；SBBR；Low C/N

中圖分類號：TQ 028

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0022-03

基金項目：沈陽市科技計劃項目，項目號：1053125-1-33。

收稿日期：2015-09-10

作者簡介：安麗娜（1987-），女，遼寧省葫蘆島市人，助工，理學碩士，2014年畢業于沈陽化工大學環境科學專業，研究方向：從事環境監測類技術工作。E-mail：384158941@qq.com。