利用呼吸速率儀對新碳源進(jìn)行快速評價(jià)試驗(yàn)

王瀚卿， 姜 威， 王連杰， 張 麟

（天津創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團(tuán)股份有限公司，天津 300381）

污水處理硝化反硝化脫氮中，硝化細(xì)菌在好氧段起到硝化作用。硝化菌包括亞硝化菌與硝化菌，亞硝化菌能將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，硝化菌又將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。反硝化作用則發(fā)生在缺氧段，由反硝化菌將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為N2，起到污水脫氮作用[1]。利用硝化反硝化菌進(jìn)行的硝化反硝化是最經(jīng)濟(jì)、最合理、對環(huán)境污染最小的方法，目前在污水處理領(lǐng)域被廣泛采用。缺氧段的反硝化對脫氮至關(guān)重要，而反硝化過程中需要電子供體，電子供體的來源是碳源，也就是各種能為微生物生長代謝作用提供細(xì)胞碳架的有機(jī)物。目前用于污水處理廠外加碳源種類很多比如：甲醇、30%乙酸鈉以及COD當(dāng)量高的廢液等[2]。

污水處理廠提標(biāo)改造對出水的總氮要求也越來越高，城鎮(zhèn)污水廠的外加碳源支出也隨之增加。因此近年來各種碳源的開發(fā)也成為了行業(yè)熱點(diǎn)，比如：利用天然纖維素作為固體碳源[3]，認(rèn)為天然纖維素因含有豐富的碳原子能滿足微生物對電子供體的需求，同時(shí)天然纖維素又可以作為反硝化細(xì)菌的生長載體并利用多種預(yù)處理方式[4]使天然纖維素降解并釋放COD，成為可更好利用的碳源；也有利用糖類作為新型碳源[5]。

由于污泥對乙酸鈉表現(xiàn)出自適應(yīng)性[6]，為評價(jià)一未知糖漿作為碳源的可行性，以乙酸鈉作為參照，以污水廠缺氧段為基礎(chǔ)，利用呼吸速率儀進(jìn)行快速評價(jià)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 待評價(jià)碳源

未知糖漿為密度1.37 g/cm3的深棕色粘稠甜味液體，COD為14.7×104mg/L，TN為5 600 mg/L；配置成20%水溶液時(shí)依然呈棕色且不透明，需用力搖晃才可溶解。

1.2 試驗(yàn)方法

1）取 3 份 1 L 缺氧段水樣置于 3 個(gè)標(biāo)記為 1 號、2號、3號的1 L燒杯中。

2）在 3 個(gè)燒杯中分別加入 10 mL 的 1 000 mg/L 總氮標(biāo)液，相當(dāng)于添加了10 mg 總氮。

3）1 號燒杯中取出600 mL 水樣置于帶磁力攪拌子的1 號燒瓶中，取其上清液測定COD 與TN；在2 號燒杯中加入0.2 mL 乙酸鈉，乙酸鈉原液COD 為23×104mg/L，分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝笕〕?00 mL 置于帶磁力攪拌子的2 號燒瓶中，取其上清液測定COD 與TN；在3 號燒杯中加入0.27 mL20%糖漿，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝笕〕?00 mL 置于帶磁力攪拌子的3 號燒瓶中，取其上清液測定COD與TN。

4）將3個(gè)燒瓶置于30 ℃常壓水浴中，在磁力攪拌下用洛克泰克微生物降解呼吸速率儀分別測定產(chǎn)氣量，繪制其產(chǎn)氣速率圖。

5）2 h后停止攪拌，分別測定3個(gè)燒瓶中的上清液的COD與TN。

2 試驗(yàn)結(jié)果

記錄3 個(gè)樣品反應(yīng)前后 COD 與TN，計(jì)算COD 和TN的去除率。見表1。

表1 COD與TN的去除率

利用呼吸速率儀實(shí)時(shí)記錄缺氧段產(chǎn)氣情況，對比三者在缺氧段的反應(yīng)效果。見表2和圖1。

表2 缺氧段累計(jì)產(chǎn)氣量

圖1 缺氧停留產(chǎn)氣速率

3 結(jié)果分析

1）由圖1看出，投加糖漿的3號樣品與原水的1號樣品在缺氧環(huán)境下30 min 便基本停止產(chǎn)氣，也就是基本停止了反硝化。3 號投加糖漿的樣品與1 號原水樣品反硝化脫氮反應(yīng)停止得太早，脫氮后均未能達(dá)到DB 12 599—2015《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中A 類出水的總氮指標(biāo)10 mg/L，初步判斷此未知糖漿并不是合格的碳源。

2）未知糖漿的樣品因自身帶有氮源，使得3 號樣品反應(yīng)后的TN 與未投加碳源的1 號原水樣品基本無差別，表明在缺氧環(huán)境下3 號投加糖漿的樣品反硝化去除的氮有一部為糖漿自身的氮，這也可以解釋為何3號樣品TN去除率會比1號樣品。

3）3 號樣品反應(yīng)后的 COD 比 1 號樣品高，很可能是加入的未知糖漿COD未被去除。

4）乙酸鈉的加入對去除COD和TN都有顯著效果。

4 結(jié)論

目前大多數(shù)的城鎮(zhèn)污水廠都面臨碳源不足的問題，外加碳源成為熱點(diǎn)，評價(jià)一款新型的碳源，除了對COD 當(dāng)量有要求，還應(yīng)對其引入的難去除COD 及TN進(jìn)行評價(jià)，好的碳源應(yīng)易被微生物利用、低TN 引入、低COD殘留。

本試驗(yàn)利用呼吸速率儀以原水及乙酸鈉做參考，通過模擬缺氧硝酸鹽降解試驗(yàn)2 h 左右，監(jiān)測缺氧停留期間的產(chǎn)氣情況，間接的監(jiān)測了缺氧的反硝化反應(yīng)并通過反硝化反應(yīng)的脫氮量及反應(yīng)時(shí)間能快速便捷的得出碳源對缺氧反硝化作用的影響程度，以此提高對碳源的評價(jià)效率。