城鎮污水處理廠投加反硝化菌強化脫氮研究

高彥生，蘇俊萍?，張 聰，房振宇

（1.鄭州航空港區明港水務有限公司，河南 鄭州 450000；2.鄭州航空港經濟綜合實驗區建設局，河南 鄭州 450000）

目前城市污水處理廠使用最廣泛的脫氮方式是傳統生物脫氮，而部分城鎮污水處理廠進水碳源不足，反硝化菌脫氮過程中需要有機碳作為碳源[1]；所以在總氮處理難度較大，特別是近年污水處理廠總氮提標的情況下，生物脫氮處理壓力更大[2]。目前對低碳氮比的進水常用解決措施是投加碳源來強化反硝化，但此做法有較高的經濟成本[3～4]。本研究嘗試用投加反硝化菌來強化生物脫氮[5]，通過現場中試來確定投加菌種，避免投加碳源，降低運行成本。

1 試驗材料與方法

1.1 材料

1.1.1 菌種

試驗所采用的菌種為某生物公司提供的高效復合脫氮菌種，從自然界篩選，經過現代發酵工藝制備而來，該反硝化菌種型號為金洋生物JYSW-X09。

1.1.2 泥水混合液試驗所用的污水和污泥混合液為河南港區某采用AAO工藝的污水處理廠原水和厭氧段、缺氧段好氧段泥水混合液。

1.2 方法

1.2.1 菌種活化

取0.6 g紅糖、6 g菌劑加入120 mL水中，水溫20～35℃，攪拌均勻后靜置2 h，取用前再次攪拌均勻后沉降5 min，取上清液。

1.2.2 試驗設計

試驗分兩部分：先通過試驗室的小試進行硝化反硝化菌種的定性試驗，依據小試數據來定位使用菌種的種類及添加量；再將定位好的菌種在污水處理廠通過一條運行系統實現循環來研究其脫氮效果，最終達到反硝化菌種去除總氮的目的。

1）試驗室小試設計

（1）好氧處理階段。取1 L原水（經過格柵等預處理后的水）于1 L的燒杯中，將燒杯放在水浴鍋中進行保溫。水浴鍋溫度控制在25～30℃，然后在燒杯中放入2 mL的硝化細菌，測定COD、氨氮、總氮和總磷，保證pH值在7.5～8.0，用漁用曝氣頭連續曝氣，24、48 h分別取樣測定COD、氨氮、總氮和總磷。以上硝化過程除去用于測定的數據外，剩余硝化液（含氨氮低于2 mg/L）作為下一步反硝化過程用水。A（160 mL用于投加反硝化細菌液）、B（160 mL用于不投加反硝化細菌）做反硝化的平行試驗，所出數據作為脫氮菌的效果對照。

（2）厭氧處理階段。500 mL礦泉水瓶的高徑比較適合缺氧試驗。取樣前，將活化液攪拌均勻后靜止10 min，取上清液5 mL到礦泉水瓶中。取160 mL經過好氧處理的原水和320 mL的二沉池出水回流液于礦泉水瓶中混合搖勻，然后測定COD、氨氮、總氮和總磷。將礦泉水瓶擰緊后，微微松開一點，然后放在30℃的恒溫箱中保溫，每12 h微微搖勻一下，擰開瓶蓋放一點氣兒。

2）現場試驗設計

預投加的污水處理廠為AAO工藝。現場試驗按照AAO工藝設計，試驗回流比按照實際工藝回流比的200%進行設計。設置兩組對比試驗，I組為厭氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液，II組為厭氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液+60 mL活化好的菌液。兩組裝置同時運行、同時取樣，檢測硝態氮、亞硝態氮、氨氮和總氮。

1.2.3 試驗裝置

I組的厭氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液模擬該污水廠AAO工藝，見圖1。

圖1 I組裝置

Ⅱ的組厭氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液+60 mL活化好的菌液與I組完全一樣，只是在系統中加入活化好的菌液。

1.2.4 分析方法

采集水樣后，按照標準測定pH值、COD、氨氮、總氮、總磷和溶解氧，見表1。

表1 試驗所用的分析方法

2 結果與分析

2.1 小試結果與分析

1）好氧處理階段24 h氨氮去除率45%；48 h氨氮去除率93%，氨氮為1.8 mg/L，滿足下一階段的反硝化條件。見表2。

表2 好氧處理階段水質變化

2）厭氧處理階段進行過程中每24 h測定一次水質，見表3。

表3 厭氧處理階段水質變化

原水的COD比較低，而總氮相對比較高，碳氮比很難達到正常生物所需，而試驗室小試結果表明在處理該廠的污水時，反硝化菌種（復合脫氮菌）具有一定的脫氮效果，進行現場試驗有了數據支持，具有一定的可行性。

2.2 現場試驗結果與分析

I組和Ⅱ組均通過厭氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液取樣進行試驗，取水和取泥情況完全一致，同時也按照系統的污水和污泥回流比進行回流，在工藝設計上和系統基本保持一致，試驗結果見表4。

表4 模擬系統水質變化

2.2.1 系統初始階段水質

系統初始時取缺氧段的混合液，測定總氮為12.9 mg/L；I組和II組同時運行，II組缺氧段加入60 mL活化好的菌液，攪拌均勻后，取兩組的缺氧段水檢測氨氮和總氮，I組總氮為11.0 mg/L，氨氮為4.85 mg/L，Ⅱ組總氮為16.2 mg/L，氨氮為6.17 mg/L。加入了活化菌液之后，Ⅱ組總氮有一定的升高，升高的總氮應該為發酵過程菌劑帶入的輔料，由于系統較小，而小試過程為了達到試驗效果，加入的菌劑量是實際的5～10倍，會造成系統波動，故此為正常現象，而實際運行過程中，菌劑的增加，對系統造成的波動可以忽略不計。

2.2.2 系統正常運行階段水質

系統正常運行3 h后，缺氧段和二沉池取樣檢測。I組的缺氧段總氮為12.77 mg/L，氨氮為4.75 mg/L；二沉池總氮為13.4 mg/L，氨氮為0.196 mg/L。Ⅱ組的缺氧段總氮為9.55 mg/L，氨氮為4.42 mg/L；二沉池總氮為12.20 mg/L，氨氮為0.191 mg/L。3 h數據對比，總氮降解已經產生明顯效果。

當系統運行6 h后，在缺氧段和二沉池取樣檢測。I組的缺氧段總氮為10.55 mg/L，氨氮為2.26 mg/L；二沉池總氮為13.29 mg/L，氨氮為0.29 mg/L。Ⅱ組的缺氧段總氮為6.59 mg/L，氨氮為1.16 mg/L；二沉池總氮為9.82 mg/L，氨氮為0.692 mg/L。

當系統運行9 h后，在缺氧段和二沉池取樣檢測。I組的缺氧段總氮為9.88 mg/L，氨氮為0.168 mg/L；二沉池總氮為10.50 mg/L，氨氮為0.17 mg/L。Ⅱ組的缺氧段總氮為2.08 mg/L，氨氮為0.676 mg/L；二沉池總氮為3.53 mg/L，氨氮為0.791 mg/L。見圖2。

圖2 出水水質變化

反應6 h和9 h，Ⅱ組的總氮無論從缺氧段濃度變化還是從二沉池的濃度變化，均比I組更低，試驗效果顯著且降低趨勢明顯。

Ⅱ組總磷為6.26 mg/L，NO3-N為3.54 mg/L、NO2-N為0.133 3 mg/L，而對照組I組的總磷為1.26 mg/L、NO3-N為5.53 mg/L、NO2-N為0.035 mg/L，高出的部分也為加入的菌劑輔料帶入。從3、6、9 h取樣結果看，雖然Ⅱ組缺氧段的總磷均高于I組缺氧段，但是Ⅱ組二沉池的總磷均比I組二沉池低；Ⅱ組二沉池的NO3-N、NO2-N均比I組低，表明加菌組在更好地降低總氮、氨氮情況下，也能較好降低總磷、NO3-N、NO2-N。見圖3。

圖3 系統總磷水質變化

2.2.3 系統運行后期水質分析

系統運行12 h后，兩組的總氮、氨氮、總磷分別有一定程度升高，均為系統反彈的情況。系統長時間運行，在排泥不及時的情況下，會存在一定的污泥階梯，因為目前系統為較大的高徑比，污泥在厭氧—缺氧—好氧的過程，從下進上出的部分有很多的污泥不能及時到下一個系統，會有一定的污泥沉積，污泥長時間在一定的系統，容易解體，導致系統數據有回升。

3 結論

1）通過試驗室小試反硝化菌種效果定性判斷，然后進行I組和Ⅱ組的對比試驗，分別在系統運行到3、6、9 h取樣檢測進行數據對比：加菌后，總氮無論在缺氧段和二沉池取樣測定，均低于不加菌組，處理效果顯著；在此時間段內，加菌組總氮的降低趨勢特別明顯，二沉池總氮最低能夠降低到3.53 mg/L，表明加菌后系統對總氮降低趨勢明顯，對總氮去除率更高。

2）通過加菌和不加菌組的總氮、總磷對比，加菌組在總氮降低明顯的情況下，能夠保證二沉池的出水總磷低于不加菌組，表明加菌組在總氮降低更好的情況下，也能較好降低出水總磷。

3）現場模擬系統中，兩組試驗均沒有帶入碳源，表明系統在沒有另外加入碳源的情況下，總氮也能夠降低到3.53 mg/L，比原有系統更適用于在低碳氮比的環境下使用，節約實際運行的成本。□■