林威

摘   要：垃圾渗沥液，氨氮含量高，C/N比例失调，在生物处理的过程中必须加入碳源以保证出水水质的总氮的达标排放，不同的碳源，反硝化效果和投加成本也不尽相同。基于垃圾渗沥液厂的处理工艺，先通过小试实验，对常用的几种外碳源的反硝化速率、亚硝酸盐氮的累积情况进行研究，并筛选出合适的外加碳源，同时，通过试验表明当生化系统污泥浓度达到17g/L时系统的反硝化效果及总氮去除率达到最好。

关键词：垃圾渗沥液  反硝化  外加碳源  污泥浓度

中图分类号：X703                                   文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）02（b）-0127-03

垃圾填埋场渗滤液中成分复杂，污染物浓度高，毒性大，氨氮含量高，C/N比例失调，极易造成出水水质总氮的超标排放，作为微生物代谢的能量来源和必要物质，碳源在渗沥液脱氮处理的过程中起着非常重要的作用，是反硝化反应得以顺利进行的必备条件[1]。外碳源的投加势必会增加渗沥液处理系统的运行费用，这就要求最大限度的提高碳源的利用率，既要保证脱氮效果又要尽可能的减少碳源的投加量，降低投加成本，因为不同的碳源产生的反硝化效果差异较大，同时不同的污泥浓度以及反映温度，对反硝化效果也有着极大地影响。

1  材料与方法

1.1 实验用水

实验研究在福建某垃圾渗沥液厂进行，该厂采用MBR工艺，实验用活性污泥取自该垃圾渗沥液厂厌氧池，其主要指标见表1。

1.2 实验装置和方法

用1L量筒分别准确量取900mL混合液后倒入混凝搅拌器中（装置详见图1），开启搅拌器，调节转速，确保混合液搅拌均匀，同时测定6个烧杯中溶解氧及温度。

用量筒量取100mLC/N为5/1含硝酸钾的不同碳源溶液分别倒入2至6号烧杯中进行反硝化实验（1号烧杯为空白试验，仅投加硝酸钾溶液，无外加碳源）;30s后立即取样（0min），随后每隔30min取一次样，反应120min后结束实验，样品离心后取其上清液过滤后测定，观察120min内不同时间段COD、总氮、硝氮、亚硝氮的变化情况，研究不同碳源的反硝化性能。

将反硝化段污泥稀释至不同的浓度，分别按照上述实验方案添加碳源与硝酸钾混合溶液，观察120min内不同时间段COD、总氮、硝氮、亚硝氮的变化情况。

1.3 检测方法

COD、硝氮、亚硝氮按照国家环保局发布的标准方法测定，总氮通过连华科技总氮测定仪测定。

2  结果与讨论

2.1 不同碳源的反硝化速率的比较

分别按上述试验方式将甲醇、乙酸、乙酸钠、混合醇、果葡糖浆、焚烧厂废液、复合生物碳源BioC-1M这几种碳源按比例添加，结果如图2所示。可以看出几种碳源的反硝化速率乙酸最好，其次是混合醇，果葡糖浆、焚烧厂废液、BioC-1M次之，乙酸钠和甲醇反硝化速率最低。

一般来讲，当甲醇作为外加碳源使用时需进行活性污泥驯化，甲醇的驯化过程是一种生长速度缓慢的甲醇营养型微生物的逐渐富集过程[2]，因此使用未经驯化的活性污泥进行实验，甲醇的反硝化速率仅高于空白。而乙酸钠反硝化速率理论上应与乙酸基本相当，但是，在几次实验过程中发现，乙酸钠的反硝化速率仅仅高于空白和未经驯化的甲醇，这可能是因为垃圾渗沥液中含有大量的钾、钠离子，钾钠又互为电离抑制剂，大量的钾元素抑制乙酸钠的电离，使其不能形成乙酸为微生物所利用，导致其反硝化速率较低。

2.2 不同碳源亚硝酸盐氮累积情况

亚硝酸盐氮作为反硝化过程的中间产物，其累计不但对生物和人体健康产生严重威胁，而且会对反硝化均产生毒害作用，使反硝化过程受到严重的抑制[4]。亚硝酸盐的累积受到多种因素的影响，包括碳氮比（C/N）、碳源类型等一系列环境因素。因此我们将所用碳源按照相同的C/N进行试验，从图3可以看出相同的C/N，不考虑反硝化效率极低的空白及甲醇，乙酸钠、果葡糖浆、焚烧厂废液、复合生物碳源BioC-1M这几种碳源在反应时间内都发生了不同程度的亚硝酸盐氮富集的情况，并且在反应完成后NO2-N仍有大量的累积不能完全降解;混合醇在整个反应过程中均未出现明显的亚硝酸盐的累积;乙酸在30min时亚硝酸盐出现最高的累积峰值，后随着反应的继续进行，在90min时NO2-N能快速的降解至零。因为NO3-N和NO2-N对电子供体（碳源）的竞争是造成NO2-N累积的原因之一，在有限碳源的情况下NO3-N的竞争能力较强，首先被还原，而NO2-N竞争能力较弱，无法及时还原，从而造成累积，说明乙酸和混合醇在同等的条件下相对其他几种碳源能提供足够的电子维持NO3-N及NO2-N还原反应。

2.3 不同污泥浓度对反硝化速率的影响

不同的工艺条件对碳源的利用有着不一样的反硝化效果，因此污泥浓度也对反硝化速率有着一定的影响，从图4可以看出，反硝化速率并不是污泥浓度越高越好，而是达到了一定浓度后反而有抑制作用，适宜的污泥浓度更有利于污泥的活性，通过试验获得反硝化速率较优时，应保持在污泥浓度范围進行研究。第一阶段，试验选择了污泥浓度分别为35.2g/L、17.5g/L、8.70g/L、4.31g/L展开，数据详见表2。

从表2可以看出，污泥浓度对反硝化速率有着较大的影响，污泥浓度为35.2g/L时反硝化速率最低，污泥浓度为17.5g/L时反硝化速率最佳，随着污泥浓度的下降反硝化速率也降低，说明污泥浓度过高或过低均会影响反硝化速率，污泥浓度低反硝化速率低的原因是没有足够的微生物参与到反硝化反应中。因此，第二阶段的试验以17.5g/L高低两侧选择污泥浓度、结合反硝化速率与上清液中总氮的含量两个指标展开，试验结果见图4、图5。

从图4、图5可以看出，随着污泥浓度的降低，反硝化速率逐渐升高，但是上清液总氮浓度又随着污泥浓度的减少而增加，这是因为反硝化速率与污泥浓度成反比，随着污泥浓度升高，反硝化速率按比例递减，而总氮的去除量又与污泥中微生物的数量有着一定的关系，数量越多，去除的总氮就越多，因此综合反硝化速率和上清液总氮含量两个因素来考量，认为污泥浓度控制在17.0～26.3g/L之间较为适宜。

3  结语

（1）在甲醇、乙酸、乙酸钠、混合醇、果葡糖浆、焚烧厂废液、复合生物碳源BioC-1M这几种试验碳源中，乙酸、混合醇在投加后反硝化速率表现优秀。

（2）乙酸钠由于钠离子的存在，不适用于垃圾渗沥液厂进水。

（3）乙酸和混合醇在同等的条件下相对其他几种碳源能提供足够的电子维持NO3-N及NO2-N还原反应，在反应完成前没有造成亚硝酸盐的累积。

（4）不同的污泥浓度对反硝化速率及总氮的去除率有一定的影响，污泥浓度控制在17.0～26.3g/L之间较为适宜。

参考文献

[1] Pochana K， Keller J. Study of factors affecting simultaneous nitrification and denitrification （SND）[J]. Water Science & Technology，1999，39（6）：61-68.

[2] 王淑莹，殷芳芳，侯红勋，等.以甲醇作为外碳源的生物反硝化[J].北京工业大学学报，2009，35（11）：1521-1526.

[3] 葛士建，王淑莹，杨岸明，等.反硝化过程中亚硝酸盐积累特性分析[J].土木建筑与环境工程，2011，33（1）：140-146.

[4] 田建强.反硝化过程中亚硝酸盐积累的影响因素[J].有色冶金设计与研究， 2008， 29（3）：42-44.