硝化污泥強化培養(yǎng)及性能分析研究
陳英文， 李凱， 何碩， 任文娟， 孫南南， 趙金龍
（南京工業(yè)大學生物與制藥工程學院，江蘇南京211816）
摘要：硝化污泥強化培養(yǎng)及投加作為一種傳統(tǒng)生物脫氮突發(fā)事故的應急手段，具有十分重要的實際意義。該試驗通過條件控制對硝化污泥強化培養(yǎng)，并且對其性能進行分析。在氨氮濃度為45 mg/L，當C/N為2.2：1，pH為8.0，水力停留時問(HRT)27 h時，氨氮去除率穩(wěn)定在90%以上，實現(xiàn)硝化菌富集。分別在30.40.50.60 mg/L 4個氨氮濃度梯度下進行硝化速率和硝化菌個數(shù)分析。結果表明，氨氮濃度為40 mg/L時硝化速率最高，達到o．749 4 mg/(g.h)，其對應硝化菌的數(shù)量最多，其中亞硝化細菌的個數(shù)為2.85x106MPN/gMLSS，硝化細菌的個數(shù)為1.3;5x1Os MPN/gMLSS:
關鍵詞：硝化污泥； 碳氮比； pH;水力停留時問
近些年來，隨著氨氮廢水的大量排放，對自然環(huán)境造成了嚴重的影響。為此研究人員針對氨氮廢水做了大量的研究工作。尤其是氨氮廢水生物處理的硝化菌的作用越來越受到廣泛的關注。硝化菌是專性化能自氧菌，利用氧化無機氮源作為唯一能量來源。硝化過程由亞硝化細菌( AOB)和硝化細菌(NOB)共同完成。硝化菌生長繁殖速度慢，易流失，易受環(huán)境影響，所以在較短時間內(nèi)獲得較高硝化活性和較大數(shù)量的硝化菌是能否高效處理氨氮廢水的關鍵，也是硝化系統(tǒng)出現(xiàn)緊急事故的有效補救措施。金志剛等‘4嗵過提高基質氨氮的濃度，對硝化菌進行有效的富集。楊寧通過對污泥中硝化菌的富集培養(yǎng)試驗，結果表明通過添加活性碳填料載體有利于硝化菌的富集。本試驗通過連續(xù)進水的方式對硝化菌進行富集培養(yǎng)，并研究碳氮比、pH、水力停留時間對硝化菌富集的影響，從而得到強化的硝化污泥。并進一步對不同氨氮濃度條件下的硝化菌和硝化速率進行試驗測定。
1實驗部分
1.1試驗裝置
試驗裝置見圖1。反應器主要由進水池、培養(yǎng)池、曝氣裝置和二沉池4部分組成。培養(yǎng)池的體積為16 L。通過進水蠕動泵把模擬廢水從進水池輸送至培養(yǎng)池，并控制其進水流速。然后通過空氣泵對培養(yǎng)池進行充分曝氣使其有充足的溶解氧。隨后直接進入二沉池，出水沉淀污泥。而剩余的污泥再通過回流蠕動泵輸送到培養(yǎng)池。試驗用活性污泥法對硝化菌進行富集培養(yǎng)。二沉池污泥則通過回流蠕動泵輸送至培養(yǎng)池中。
原水采用人工配制模擬進水作為硝化菌富集培養(yǎng)的營養(yǎng)液。以葡萄糖為碳源，NH4C1為氮源。同時為確保硝化菌富集生長的需要。加入適當微量元素KH2PO4，CaCl2、FeSO4。用碳酸氫鈉來調節(jié)pH。進水氨氮濃度為45 mg/L，COD為60 mg/L。pH為7.3。
1.2實驗方法
通過連續(xù)式進水方式對硝化菌進行富集培養(yǎng)。通過控制氨氮進水濃度為45 mg/L，分別控制C/N比、pH、水力停留時間，測量氨氮去除率。從而得到強化硝化污泥。并通過控制初始氨氮濃度為30、40、50、60 mg/L，分別對其進行硝化速率檢測，及MPN計數(shù)。
硝化速率的測量方法：取培養(yǎng)池中的污泥2g，在體積為6L的容器中進行試驗，用充氣泵充分曝氣，整個試驗在常溫下進行。先預曝氣15 min，加入(NH。)2SO。固體0.5 g作為試驗零時刻。在0、1、2、3、4、5、6、7h時分別取樣，每次取出混勻水樣100 mL’并立即在取出的水樣中加入濃硫酸1 mL，使水樣pH值小于2，達到終止硝化反應的目的。水樣過濾后分別測定其N02-含量。
1.3分析方法
處理前后，NH4+-N測定采用水楊酸一次氯酸鹽光度法，NO。一測定采用N-（1萘基）一乙二胺光度法；pH測定采用上海雷磁pH計。硝化菌的個數(shù)用MPN法計數(shù)。亞硝化細菌檢測采用Griess試劑檢測，硝化細菌采用二苯胺試劑檢測。
2結果與分析
2.1 不同碳氮比下的氨氮去除率
試驗通過控制C／N為1：1、2.2:1、3.3:1、4.4:1，顯然C/N為2.2:1時，氨氮的去除效果最好。氨氮去除率從79%持續(xù)上升，并穩(wěn)定在95%。而C/N為1:1和4.4:1時，氨氮的去除率分別從82%降到了32%，75%下降到35%。當C/N為3.3:1時，氨氮的去除率最高達到了69%。由此可知，C/N為2.2:1時，氨氮去除率最高，從而更有利于硝化菌的增長（見圖2）。根據(jù)文獻[10]所示，硝化菌與異氧菌存在競爭性抑制，隨著碳源逐漸增加，會促進異氧菌大幅增長，從而抑制硝化菌生長。
2.2 不同pH的氨氮去除率
試驗通過往進水中添加NaHC03來控制培養(yǎng)池中的pH值，控制pH分別為6.5、7.5、8.0.、8.5，由圖3可知，反應池中的pH保持在8.0時，氨氮的硝化效率最高，氨氮去除率達到90%，同樣pH控制在8.5時，氨氮的去除效率也達到了90%，但消耗的NaHCO。較高，不利于成本的降低。pH在6.5和7.5時，氨氮去除率降到了44%和68%。據(jù)文獻[11]所示硝化菌參與的硝化反應：降解1 g氨氮，需要消耗7.14 g堿度，隨著硝化反應的進行pH會逐漸下降，當pH小于6.0時硝化反應速度減慢。當pH不斷增高，氨氮的硝化效率也逐漸增高。但超出一定范圍，則會對硝化菌產(chǎn)生抑制作用。Haltman1971年提出了pH對硝化菌生長速率的關系為：Lr,N=（Lr,N,pH'）／{l+0.04『lO(pH'PH）—1]}，}為運行pH值(非最佳)時硝化菌的生長速率（d-1），IiLN，pH，為最佳pH值時硝化菌的生長速率（d-1），pH’為最佳pH值（對亞硝化細菌為8.0～8.4），pH為運行pH值。所以pH控制在8.0時，更有利于硝化菌的富集培養(yǎng)。
2.3不同水力停留時間的氨氮去除率
試驗通過控制不同的水力停留時間，分別為13、17、20、27 h。由圖4可知，隨著水力停留時間的增大，硝化效率逐步提高。依次為27 h>20 h>17 h>13 h。當水力停留時間為27 h，氨氮去除率達到了90%，而當水力停留時間為13 h，氨氮去除率為69%。隨著水力停留時間的增加，增加了硝化菌對于氨氮的處理的時間，也有利于硝化菌的增長，并且不易使活性污泥流失。更有利于硝化菌的富集培養(yǎng)。
2.4不同氨氮濃度硝化速率的測定
試驗通過控制初始氨氮濃度為30、40、50、60 mg/L，分別對其進行硝化速率的測定。氨氮硝化分2步完成，第1步亞硝化細菌將氨氮轉換為N02 --N，第2步再由硝化細菌把N02一-N轉換為NO。--N。如圖5所示，初始濃度為40 mg/L，在0—7 h單位時間內(nèi)產(chǎn)生的NO：一含量最大，表明單位時間中氨氮去除率越高，硝化速率也越高。如圖6所示硝化速率依次為0.698 8、0.749 4、0.357 6、0.156 0 mg/(g-h)。
2.5不同氨氮濃度的亞硝化細菌和硝化細菌的數(shù)量
如圖7所示，氨氮濃度為40 mg/L時，亞硝化細菌和硝化細菌的數(shù)量最多，分別為2.85xl06,1.35x10s MPN/gMLSS。依次為30 mg/L為1.2 x10o，7.5×104 MPN/gMLSS0 60 mg/L為1.05 x106, 2.85 x104MPN/gMLSS。最后為50 mg/L，分別為8.005x105、7.45x104 MPN/gMLSS。
3結論
(1)氨氮硝化實驗表明：當C/N為2.2：1，pH為8.0，HRT為27 h，氨氮去除率最高，此條件有利于硝化菌的富集培養(yǎng)從而得到強化硝化污泥。
(2)在此條件下，控制進水氨氮濃度分別為30、40、50、60 mg/L，當進水氨氮濃度為40 mg/L時，其硝化速率最大為0.749 4 mg/(g．h)。同時，硝化菌的個數(shù)最多，其中亞硝化細菌的個數(shù)為2.85x106 MPN/gMLSS、硝化細菌的個數(shù)為1.35x105 MPN/gMLSS。
