硝化污泥强化培养及性能分析研究

 陈英文，  李凯，  何硕，  任文娟，  孙南南，  赵金龙

  （南京工业大学生物与制药工程学院，江苏南京211816）

 摘要：硝化污泥强化培养及投加作为一种传统生物脱氮突发事故的应急手段，具有十分重要的实际意义。该试验通过条件控制对硝化污泥强化培养，并且对其性能进行分析。在氨氮浓度为45 mg/L，当C/N为2.2：1，pH为8.0，水力停留时问(HRT)27 h时，氨氮去除率稳定在90%以上，实现硝化菌富集。分别在30.40.50.60 mg/L 4个氨氮浓度梯度下进行硝化速率和硝化菌个数分析。结果表明，氨氮浓度为40 mg/L时硝化速率最高，达到o．749 4 mg/(g.h)，其对应硝化菌的数量最多，其中亚硝化细菌的个数为2.85x106MPN/gMLSS，硝化细菌的个数为1.3;5x1Os MPN/gMLSS:

 关键词：硝化污泥；  碳氮比；  pH;水力停留时问

 近些年来，随着氨氮废水的大量排放，对自然环境造成了严重的影响。为此研究人员针对氨氮废水做了大量的研究工作。尤其是氨氮废水生物处理的硝化菌的作用越来越受到广泛的关注。硝化菌是专性化能自氧菌，利用氧化无机氮源作为唯一能量来源。硝化过程由亚硝化细菌( AOB)和硝化细菌(NOB)共同完成。硝化菌生长繁殖速度慢，易流失，易受环境影响，所以在较短时间内获得较高硝化活性和较大数量的硝化菌是能否高效处理氨氮废水的关键，也是硝化系统出现紧急事故的有效补救措施。金志刚等‘4嗵过提高基质氨氮的浓度，对硝化菌进行有效的富集。杨宁通过对污泥中硝化菌的富集培养试验，结果表明通过添加活性碳填料载体有利于硝化菌的富集。本试验通过连续进水的方式对硝化菌进行富集培养，并研究碳氮比、pH、水力停留时间对硝化菌富集的影响，从而得到强化的硝化污泥。并进一步对不同氨氮浓度条件下的硝化菌和硝化速率进行试验测定。

1实验部分

1.1试验装置

试验装置见图1。反应器主要由进水池、培养池、曝气装置和二沉池4部分组成。培养池的体积为16 L。通过进水蠕动泵把模拟废水从进水池输送至培养池，并控制其进水流速。然后通过空气泵对培养池进行充分曝气使其有充足的溶解氧。随后直接进入二沉池，出水沉淀污泥。而剩余的污泥再通过回流蠕动泵输送到培养池。试验用活性污泥法对硝化菌进行富集培养。二沉池污泥则通过回流蠕动泵输送至培养池中。

 原水采用人工配制模拟进水作为硝化菌富集培养的营养液。以葡萄糖为碳源，NH4C1为氮源。同时为确保硝化菌富集生长的需要。加入适当微量元素KH2PO4，CaCl2、FeSO4。用碳酸氢钠来调节pH。进水氨氮浓度为45 mg/L，COD为60 mg/L。pH为7.3。

1.2实验方法

 通过连续式进水方式对硝化菌进行富集培养。通过控制氨氮进水浓度为45 mg/L，分别控制C/N比、pH、水力停留时间，测量氨氮去除率。从而得到强化硝化污泥。并通过控制初始氨氮浓度为30、40、50、60 mg/L，分别对其进行硝化速率检测，及MPN计数。

 硝化速率的测量方法：取培养池中的污泥2g，在体积为6L的容器中进行试验，用充气泵充分曝气，整个试验在常温下进行。先预曝气15 min，加入(NH。)2SO。固体0.5 g作为试验零时刻。在0、1、2、3、4、5、6、7h时分别取样，每次取出混匀水样100 mL’并立即在取出的水样中加入浓硫酸1 mL，使水样pH值小于2，达到终止硝化反应的目的。水样过滤后分别测定其N02-含量。

1.3分析方法

 处理前后，NH4+-N测定采用水杨酸一次氯酸盐光度法，NO。一测定采用N-（1萘基）一乙二胺光度法；pH测定采用上海雷磁pH计。硝化菌的个数用MPN法计数。亚硝化细菌检测采用Griess试剂检测，硝化细菌采用二苯胺试剂检测。

2结果与分析

2.1  不同碳氮比下的氨氮去除率

试验通过控制C／N为1：1、2.2:1、3.3:1、4.4:1，显然C/N为2.2:1时，氨氮的去除效果最好。氨氮去除率从79%持续上升，并稳定在95%。而C/N为1:1和4.4:1时，氨氮的去除率分别从82%降到了32%，75%下降到35%。当C/N为3.3:1时，氨氮的去除率最高达到了69%。由此可知，C/N为2.2:1时，氨氮去除率最高，从而更有利于硝化菌的增长（见图2）。根据文献[10]所示，硝化菌与异氧菌存在竞争性抑制，随着碳源逐渐增加，会促进异氧菌大幅增长，从而抑制硝化菌生长。

2.2  不同pH的氨氮去除率

试验通过往进水中添加NaHC03来控制培养池中的pH值，控制pH分别为6.5、7.5、8.0.、8.5，由图3可知，反应池中的pH保持在8.0时，氨氮的硝化效率最高，氨氮去除率达到90%，同样pH控制在8.5时，氨氮的去除效率也达到了90%，但消耗的NaHCO。较高，不利于成本的降低。pH在6.5和7.5时，氨氮去除率降到了44%和68%。据文献[11]所示硝化菌参与的硝化反应：降解1 g氨氮，需要消耗7.14 g碱度，随着硝化反应的进行pH会逐渐下降，当pH小于6.0时硝化反应速度减慢。当pH不断增高，氨氮的硝化效率也逐渐增高。但超出一定范围，则会对硝化菌产生抑制作用。Haltman1971年提出了pH对硝化菌生长速率的关系为：Lr,N=（Lr,N,pH'）／{l+0.04『lO(pH'PH）—1]}，}为运行pH值(非最佳)时硝化菌的生长速率（d-1），IiLN，pH，为最佳pH值时硝化菌的生长速率（d-1），pH’为最佳pH值（对亚硝化细菌为8.0～8.4），pH为运行pH值。所以pH控制在8.0时，更有利于硝化菌的富集培养。

2.3不同水力停留时间的氨氮去除率

试验通过控制不同的水力停留时间，分别为13、17、20、27 h。由图4可知，随着水力停留时间的增大，硝化效率逐步提高。依次为27 h>20 h>17 h>13 h。当水力停留时间为27 h，氨氮去除率达到了90%，而当水力停留时间为13 h，氨氮去除率为69%。随着水力停留时间的增加，增加了硝化菌对于氨氮的处理的时间，也有利于硝化菌的增长，并且不易使活性污泥流失。更有利于硝化菌的富集培养。

2.4不同氨氮浓度硝化速率的测定

  试验通过控制初始氨氮浓度为30、40、50、60 mg/L，分别对其进行硝化速率的测定。氨氮硝化分2步完成，第1步亚硝化细菌将氨氮转换为N02 --N，第2步再由硝化细菌把N02一-N转换为NO。--N。如图5所示，初始浓度为40 mg/L，在0—7 h单位时间内产生的NO：一含量最大，表明单位时间中氨氮去除率越高，硝化速率也越高。如图6所示硝化速率依次为0.698 8、0.749 4、0.357 6、0.156 0 mg/(g-h)。

2.5不同氨氮浓度的亚硝化细菌和硝化细菌的数量

如图7所示，氨氮浓度为40 mg/L时，亚硝化细菌和硝化细菌的数量最多，分别为2.85xl06,1.35x10s MPN/gMLSS。依次为30 mg/L为1.2 x10o，7.5×104 MPN/gMLSS0 60 mg/L为1.05 x106, 2.85 x104MPN/gMLSS。最后为50 mg/L，分别为8.005x105、7.45x104 MPN/gMLSS。

3结论

 (1)氨氮硝化实验表明：当C/N为2.2：1，pH为8.0，HRT为27 h，氨氮去除率最高，此条件有利于硝化菌的富集培养从而得到强化硝化污泥。

 (2)在此条件下，控制进水氨氮浓度分别为30、40、50、60 mg/L，当进水氨氮浓度为40 mg/L时，其硝化速率最大为0.749 4 mg/(g．h)。同时，硝化菌的个数最多，其中亚硝化细菌的个数为2.85x106 MPN/gMLSS、硝化细菌的个数为1.35x105 MPN/gMLSS。