硝化污泥富集培养及用于强化硝化系统的研究

 李  凯，赵金龙，沈树宝，陈英文*

 （南京工业大学生物与制药工程学院，江苏南京211816）

摘要：通过强化富集培养出高硝化细菌数量的硝化污泥，并以此选择性投加，进行因进水波动而导致出水氨氮异常增高生化系统的削峰试验。结果表明，在进水氨氮质量浓度为40 mg/L左右时，培养出的富集硝化5%性能0%。当由于进水氨氮质量浓度变化而造成硝化系统稳定性受到冲击时，在保持适当碱度的条件下，投加质量分数0.5%和1.0%的富集硝化污泥，即可具有显著的出水氨氮削峰效果，对硝化系统性能的恢复和提升产生积极的影响。

关键词：硝化；强化硝化污泥；水质波动；培养

中图分类号：X703,1 文章编号：0253 - 4320( 2016) 06 - 0145 - 03

DOI:10. 16606/j. cnki. issn 0253 - 4320. 2016. 06. 035

 氨氮作为水体中的重要污染物，其高效处理对控制水体的富营养化有着重要影响。对于废水中的氨氮，多数污水处理厂采用生物法来处理，其机理是通过亚硝化细菌和硝化细菌的共同作用。第一步由亚硝化细菌将氨氮转换为NO2 ----N，第二步再由硝化细菌把NO2 ----N转换为NO3 ----N。但大多生化硝化系统由于易受进水氨氮质量浓度波动而导致出水氨氮并不能稳定达标，进而影响硝化系统的稳定性，更为严重的是受到冲击的硝化系统自身恢复性能较差。因此，开发短时间内快速恢复硝化系统性能的方法，对保持排水氨氮稳定达标至关重要。本实验尝试通过对硝化菌进行富集培养，从而得到强化硝化污泥。人工模拟实际氨氮进水发生波动的异常情况，通过向生化反应装置中投加适当比例的强化硝化污泥来考察出水氨氮变化规律，以此研究硝化系统的恢复情况。

1  实验部分

1.1  实验装置

 强化硝化污泥的培养装置和硝化试验装置如图1所示。二者都采用活性污泥法进行实验。此装置主要由进水池、培养池（反应池）、曝气装置和二沉池组成。培养池和反应池的有效体积均为16 L。通过进水蠕动泵把模拟废水及实际废水从进水池输送至培养池和反应池，并控制其进水流速。通过空气泵对培养池和反应池进行充分曝气，使其有充足的溶解氧。随后直接进入二沉池，出水沉淀污泥。培养装置的剩余污泥通过回流蠕动泵输送到培养池。硝化装置剩余污泥直接从二沉池排出。

1.2  实验方法

 硝化污泥培养方法：污泥质量浓度控制在2 g/L。原始污泥取自城市污水处理厂二沉池。以人工配制模拟废水作为硝化菌富集的培养液。以葡萄糖为碳源，氯化铵为氮源。为确保硝化菌富集生长的需要，加入适量微量元素KH2PO4、CaCl2、FeSO4。用碳酸氢钠来调节pH。前期通过参数的控制来优化硝化污泥的培养条件。控制进水氨氮质量浓度分别为30、40、50、60 mg/L，检测硝化菌数量以及硝化速率。从而得到性能最好的强化硝化污泥。

 污泥投加实验：原始污泥和废水都取自某城市污水处理厂。污泥质量浓度控制在2 g/L，用碳酸氢钠来调节pH。通过往原始废水中添加氯化铵来模拟实际进水氨氮发生波动情况。从污泥培养装置中取强化硝化污泥投加到硝化装置中来考察出水氨氮去除情况。硝化污泥量按反应池中总污泥量的0.1%、0.5%、1.0%（质量分数）来投加。

1.3分析方法

 NH4+ -N测定采用水杨酸-次氯酸盐光度法，NO2测定采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法，NO3测定采用酚二磺酸光度法；pH测定采用上海雷磁pH计；硝化菌的个数用MPN法计数，亚硝化菌检测采用Griess试剂检测，硝化菌采用二苯胺试剂检测。

2结果与分析

2.1  富集硝化污泥性能分析

 在进水氨氮质量浓度分别为30、40、50、60 mg/L的4种条件下进行富集硝化污泥培养。分析硝化菌数量和硝化速率来对硝化污泥的综合性能进行评价，从而确定最佳的富集硝化污泥培养方式。结果由图2可知，在进水氨氮质量浓度为40 mg/L培养时，硝化污泥中亚硝化细菌和硝化细菌的数量最多，分别达到2. 85×106、1. 35×105 MPN/g( MLSS)，高于氨氮质量浓度30 mg/L时的1.2×106、7.5×104 MPN/g( MLSS)，氨氮质量浓度60 mg/L时的1.05×

106、2. 85 x104 MPN/g( MLSS)，氨氮质量浓度50 mg/L时的8. 005×105、7.45×104 MPN/g( MLSS)。从硝化速率的分析结果也可以明显看出，硝化速率大小与进水氨氮质量浓度关系为40 mg/L> 30 mg/L>50 mg/L> 60 mg/L。对应硝化速率分别为0.749 4、0. 698 8、0.357 6、0.156 0 mg/( g. h)。由此可知，在进水氨氮控制在40 mg/L时，富集硝化污泥中硝化菌的数量最多，硝化速率最大，此时培养出的硝化污泥性能最好，可作为后续硝化实验的投加污泥。

2.2投加质量分数0.1%硝化污泥对氨氮去除的影响

 原进水氨氮质量浓度为10 mg/L。由图3可知，经过硝化系统处理，出水氨氮质量浓度可降到1 mg/L以下。此时通过向进水池中添加氯化铵，由于进水氨氮质量浓度的突然升高，严重影响了硝化系统的稳定性，造成出水氨氮质量浓度急剧升高，出现了明显的氨氮“峰”。此时投加质量分数0. 1%上述培养好的富集硝化污泥，从运行结果来看，氨氮“峰”依旧存在，没有达到预期的“削峰”效果。此时pH为7.5左右，出水氨氮质量浓度仍保持在较高的水平。因此，在此进水氨氮质量浓度波动情况下，投加质量分数0.1%的硝化污泥对硝化系统的恢复尚难以起作用。

2.3投加质量分数0.5%硝化污泥对氨氮去除的影响

 向原水中添加氯化铵，进水氨氮质量浓度保持在55 mg/L。由图4可知，出水氨氮质量浓度则在40~ 50 mg/L，硝化系统受到明显的冲击。此时，氨氮“峰”明显。投加质量分数0.5%的硝化污泥，出水氨氮质量浓度有较明显的降低。从最高46 mg/L降到38 mg/L。反应池的pH已经降到了7.0以下。硝化细菌参与的硝化反应，降解1g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。向进水池添加了40 g NaHCO3增加反应碱度，控制硝化反应 pH在7.6。此时出水氨氮有着明显下降。“削峰”效果明显。结果表明，投加质量分数0. 5%硝化污泥配合添加40 g碳酸氢钠对硝化系统的恢复有明显作用。

2.4投加质量分数1. 0%硝化污泥对氨氮去除的影响

 继续投加氯化铵，进水氨氮质量浓度保持在90 mg/L。硝化系统再次受到冲击。氨氮“峰”现象明显。此时，向硝化反应池中投加质量分数1.0%硝化污泥。如图5所示，在投加污泥的最初阶段，出水氨氮质量浓度从50 mg/L降到了40 mg/L左右。此时，硝化系统还没得到完全恢复。接着添加90 gNaHCO3，出水氨氮从40 mg/L逐步降到了1.7 mg/L，“削峰”现象明显。此时硝化反应池的pH保持在8.0左右。为了验证是否是碳酸氢钠投加对硝化系统的影响，如图6所示，把碳酸氢钠添加量从90 g降到70 g，出水氨氮质量浓度稳定在1mg/L。随后碳酸氢钠又从70g降到了45g，出水氨氮质量浓度在1.2mg/L。从而验证了在碱度足够的条件下，强化硝化污泥的投加对短时间内硝化系统的恢复有重要作用。

3结论

 (1)强化硝化污泥培养试验表明，当进水氨氮质量浓度为40mg/L，得到的硝化污泥性能最好。硝化菌数量最多，其中亚硝化细菌个数为2. 85 x 106 MPN/g( MLSS)，硝化细菌个数为1.35×105MPN/g( MLSS)。此外，硝化速率最大为0.749 4mg/(g. h)。

 (2)当进水氨氮波动出现氨氮“峰”时，投加质量分数0. 1%硝化污泥，且pH为7.5左右，对硝化系统的恢复没有作用。投加质量分数0.5%硝化污泥，配合投加40 g碳酸氢钠以控制pH7.6左右以及投加质量分数1. 0%硝化污泥配合投加90g碳酸氢钠控制pH在8.0左右时，两者都出现明显的“削峰”现象，即对硝化系统的恢复起明显作用。

 (3)在投加质量分数1.0%硝化污泥的基础上，把碳酸氢钠投加量从90g降到70g再降到45g，出水氨氮仍保持平稳。证明当硝化系统受到冲击时，在反应碱度足够或反应pH高于7.0以上的条件下，投加强化硝化污泥对短时间内恢复硝化系统、降低出水氨氮有着显著作用。