城镇污水处理厂投加反硝化菌强化脱氮研究

高彦生，苏俊萍⋆，张 聪，房振宇

（1.郑州航空港区明港水务有限公司，河南 郑州 450000；2.郑州航空港经济综合实验区建设局，河南 郑州 450000）

目前城市污水处理厂使用最广泛的脱氮方式是传统生物脱氮，而部分城镇污水处理厂进水碳源不足，反硝化菌脱氮过程中需要有机碳作为碳源[1]；所以在总氮处理难度较大，特别是近年污水处理厂总氮提标的情况下，生物脱氮处理压力更大[2]。目前对低碳氮比的进水常用解决措施是投加碳源来强化反硝化，但此做法有较高的经济成本[3～4]。本研究尝试用投加反硝化菌来强化生物脱氮[5]，通过现场中试来确定投加菌种，避免投加碳源，降低运行成本。

1 试验材料与方法

1.1 材料

1.1.1 菌种

试验所采用的菌种为某生物公司提供的高效复合脱氮菌种，从自然界筛选，经过现代发酵工艺制备而来，该反硝化菌种型号为金洋生物JYSW-X09。

1.1.2 泥水混合液试验所用的污水和污泥混合液为河南港区某采用AAO工艺的污水处理厂原水和厌氧段、缺氧段好氧段泥水混合液。

1.2 方法

1.2.1 菌种活化

取0.6 g红糖、6 g菌剂加入120 mL水中，水温20～35℃，搅拌均匀后静置2 h，取用前再次搅拌均匀后沉降5 min，取上清液。

1.2.2 试验设计

试验分两部分：先通过试验室的小试进行硝化反硝化菌种的定性试验，依据小试数据来定位使用菌种的种类及添加量；再将定位好的菌种在污水处理厂通过一条运行系统实现循环来研究其脱氮效果，最终达到反硝化菌种去除总氮的目的。

1）试验室小试设计

（1）好氧处理阶段。取1 L原水（经过格栅等预处理后的水）于1 L的烧杯中，将烧杯放在水浴锅中进行保温。水浴锅温度控制在25～30℃，然后在烧杯中放入2 mL的硝化细菌，测定COD、氨氮、总氮和总磷，保证pH值在7.5～8.0，用渔用曝气头连续曝气，24、48 h分别取样测定COD、氨氮、总氮和总磷。以上硝化过程除去用于测定的数据外，剩余硝化液（含氨氮低于2 mg/L）作为下一步反硝化过程用水。A（160 mL用于投加反硝化细菌液）、B（160 mL用于不投加反硝化细菌）做反硝化的平行试验，所出数据作为脱氮菌的效果对照。

（2）厌氧处理阶段。500 mL矿泉水瓶的高径比较适合缺氧试验。取样前，将活化液搅拌均匀后静止10 min，取上清液5 mL到矿泉水瓶中。取160 mL经过好氧处理的原水和320 mL的二沉池出水回流液于矿泉水瓶中混合摇匀，然后测定COD、氨氮、总氮和总磷。将矿泉水瓶拧紧后，微微松开一点，然后放在30℃的恒温箱中保温，每12 h微微摇匀一下，拧开瓶盖放一点气儿。

2）现场试验设计

预投加的污水处理厂为AAO工艺。现场试验按照AAO工艺设计，试验回流比按照实际工艺回流比的200%进行设计。设置两组对比试验，I组为厌氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液，II组为厌氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液+60 mL活化好的菌液。两组装置同时运行、同时取样，检测硝态氮、亚硝态氮、氨氮和总氮。

1.2.3 试验装置

I组的厌氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液模拟该污水厂AAO工艺，见图1。

图1 I组装置

Ⅱ的组厌氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液+60 mL活化好的菌液与I组完全一样，只是在系统中加入活化好的菌液。

1.2.4 分析方法

采集水样后，按照标准测定pH值、COD、氨氮、总氮、总磷和溶解氧，见表1。

表1 试验所用的分析方法

2 结果与分析

2.1 小试结果与分析

1）好氧处理阶段24 h氨氮去除率45%；48 h氨氮去除率93%，氨氮为1.8 mg/L，满足下一阶段的反硝化条件。见表2。

表2 好氧处理阶段水质变化

2）厌氧处理阶段进行过程中每24 h测定一次水质，见表3。

表3 厌氧处理阶段水质变化

原水的COD比较低，而总氮相对比较高，碳氮比很难达到正常生物所需，而试验室小试结果表明在处理该厂的污水时，反硝化菌种（复合脱氮菌）具有一定的脱氮效果，进行现场试验有了数据支持，具有一定的可行性。

2.2 现场试验结果与分析

I组和Ⅱ组均通过厌氧段混合液+缺氧段混合液+好氧段混合液取样进行试验，取水和取泥情况完全一致，同时也按照系统的污水和污泥回流比进行回流，在工艺设计上和系统基本保持一致，试验结果见表4。

表4 模拟系统水质变化

2.2.1 系统初始阶段水质

系统初始时取缺氧段的混合液，测定总氮为12.9 mg/L；I组和II组同时运行，II组缺氧段加入60 mL活化好的菌液，搅拌均匀后，取两组的缺氧段水检测氨氮和总氮，I组总氮为11.0 mg/L，氨氮为4.85 mg/L，Ⅱ组总氮为16.2 mg/L，氨氮为6.17 mg/L。加入了活化菌液之后，Ⅱ组总氮有一定的升高，升高的总氮应该为发酵过程菌剂带入的辅料，由于系统较小，而小试过程为了达到试验效果，加入的菌剂量是实际的5～10倍，会造成系统波动，故此为正常现象，而实际运行过程中，菌剂的增加，对系统造成的波动可以忽略不计。

2.2.2 系统正常运行阶段水质

系统正常运行3 h后，缺氧段和二沉池取样检测。I组的缺氧段总氮为12.77 mg/L，氨氮为4.75 mg/L；二沉池总氮为13.4 mg/L，氨氮为0.196 mg/L。Ⅱ组的缺氧段总氮为9.55 mg/L，氨氮为4.42 mg/L；二沉池总氮为12.20 mg/L，氨氮为0.191 mg/L。3 h数据对比，总氮降解已经产生明显效果。

当系统运行6 h后，在缺氧段和二沉池取样检测。I组的缺氧段总氮为10.55 mg/L，氨氮为2.26 mg/L；二沉池总氮为13.29 mg/L，氨氮为0.29 mg/L。Ⅱ组的缺氧段总氮为6.59 mg/L，氨氮为1.16 mg/L；二沉池总氮为9.82 mg/L，氨氮为0.692 mg/L。

当系统运行9 h后，在缺氧段和二沉池取样检测。I组的缺氧段总氮为9.88 mg/L，氨氮为0.168 mg/L；二沉池总氮为10.50 mg/L，氨氮为0.17 mg/L。Ⅱ组的缺氧段总氮为2.08 mg/L，氨氮为0.676 mg/L；二沉池总氮为3.53 mg/L，氨氮为0.791 mg/L。见图2。

图2 出水水质变化

反应6 h和9 h，Ⅱ组的总氮无论从缺氧段浓度变化还是从二沉池的浓度变化，均比I组更低，试验效果显著且降低趋势明显。

Ⅱ组总磷为6.26 mg/L，NO3-N为3.54 mg/L、NO2-N为0.133 3 mg/L，而对照组I组的总磷为1.26 mg/L、NO3-N为5.53 mg/L、NO2-N为0.035 mg/L，高出的部分也为加入的菌剂辅料带入。从3、6、9 h取样结果看，虽然Ⅱ组缺氧段的总磷均高于I组缺氧段，但是Ⅱ组二沉池的总磷均比I组二沉池低；Ⅱ组二沉池的NO3-N、NO2-N均比I组低，表明加菌组在更好地降低总氮、氨氮情况下，也能较好降低总磷、NO3-N、NO2-N。见图3。

图3 系统总磷水质变化

2.2.3 系统运行后期水质分析

系统运行12 h后，两组的总氮、氨氮、总磷分别有一定程度升高，均为系统反弹的情况。系统长时间运行，在排泥不及时的情况下，会存在一定的污泥阶梯，因为目前系统为较大的高径比，污泥在厌氧—缺氧—好氧的过程，从下进上出的部分有很多的污泥不能及时到下一个系统，会有一定的污泥沉积，污泥长时间在一定的系统，容易解体，导致系统数据有回升。

3 结论

1）通过试验室小试反硝化菌种效果定性判断，然后进行I组和Ⅱ组的对比试验，分别在系统运行到3、6、9 h取样检测进行数据对比：加菌后，总氮无论在缺氧段和二沉池取样测定，均低于不加菌组，处理效果显著；在此时间段内，加菌组总氮的降低趋势特别明显，二沉池总氮最低能够降低到3.53 mg/L，表明加菌后系统对总氮降低趋势明显，对总氮去除率更高。

2）通过加菌和不加菌组的总氮、总磷对比，加菌组在总氮降低明显的情况下，能够保证二沉池的出水总磷低于不加菌组，表明加菌组在总氮降低更好的情况下，也能较好降低出水总磷。

3）现场模拟系统中，两组试验均没有带入碳源，表明系统在没有另外加入碳源的情况下，总氮也能够降低到3.53 mg/L，比原有系统更适用于在低碳氮比的环境下使用，节约实际运行的成本。□■