碳源对反硝化生物滤池系统运行及微生物种群影响

我国部分大中城市已面临严重的缺水形势，污水回用是解决水资源短缺的有效途径，然而，我国污水再生回用的规模和水平仍较低。目前，我国污水处理厂普遍采用的污水处理工艺，如：A/O、氧化沟和SBR等，由于受原污水COD/N较低的限制，加之长期以来我国污水处理厂污染物排放标准中仅规定了氨氮和总氮的最高允许排放浓度，且TN最高允许排放浓度比氨氮最高允许排放浓度至少高10mg/L，这些因素导致污水处理厂出水中TN至少有60%为硝酸盐氮，部分污水处理厂出水硝酸盐最高可达30mg/L[1]，并已造成地表及地下水体不同程度的硝酸盐污染[2-3]。许多地区地下水的硝酸盐浓度远远超过美国环保局规定的是10mg/L，甚至超过世界卫生组织规定的50mg/L。水体中过高的硝酸盐浓度，直接影响供水水质安全，对婴幼儿具有毒害作用[3-4]；在人体内可转化为致癌物质[4]；另一方面，可导致温室性气体N2O的产生[5-6]。目前，我国大中城市正在对现有污水处理厂进行升级改造，提高污水处理厂对TN，尤其是硝酸盐的去除能力，实现污水的再生回用。反硝化生物滤池工艺因其具有脱氮效率高和占地面积小等优势成为污水厂升级改造采用的关键性技术。然而，目前，在我国该工艺多用于污水处理[7]，几乎没有用于再生水生产的反硝化滤池实际工程，有关反硝化滤池的研究也较少，仅有的研究也局限于应用小试试验研究[8-11]。碳源投加为反硝化滤池运行的关键环节，是生产安全可靠再生水的保障。碳源投加过多可能导致再生水出水COD超标；投加量不足又可能导致出水硝酸盐浓度过高，出水TN难以达到再生水水质要求。目前，仅有有关碳源对反硝化生化反应过程影响的相关的小试试验研究，但有关反硝化滤池碳源投加控制的研究未见报道。此外，反硝化滤池可采用的碳源较多，如甲醇、乙醇、淀粉等[12-13]，何种碳源在实际工程中应用更为经济安全可靠仍缺乏科学的依据。如何确定反硝化滤池深度脱氮过程中碳源种类、投加量及运行控制等问题是污水处理厂升级改造工艺方案确定、设计及运行中需要迫切解决的问题。本试验采用大型中试反硝化生物滤池系统，针对3种实际工程中拟选用的碳源，对反硝化生物滤池的脱氮效率、运行效果及微生物菌种变化进行了试验研究，旨在确定不同碳源的最佳投加量和运行刘秀红1，2，甘一萍1，杨庆2，李健伟1，李鑫玮1，邢旭1（1.北京城市排水集团有限责任公司科技研发中心；2.北京工业大学环境与能源工程学院：北京100124）采用大型中试反硝化生物滤池系统，针对乙酸钠、乙酸和甲醇3种实际工程中拟选用的碳源的处理效果与种群进行了系统的试验研究。试验发现乙酸钠、乙酸和甲醇为碳源，硝酸盐去除率均可达90%以上，北方冬季更适宜采用甲醇为碳源。与乙酸和乙酸钠相比，甲醇为碳源所用投加量最低，费用最少，反冲洗周期最长，且对出水浊度的影响最小。以乙酸钠、乙酸和甲醇为碳源初期启动出现了大量的亚硝酸盐累积，经驯化后可逐渐消失；但以甲醇为碳源，当碳源投加量不足时，会再次出现亚硝酸盐累积问题。以乙酸钠和乙酸为碳源与以甲醇为碳源DNBF中的微生物种群存在显著差别，可明显观察到甲醇为碳源时滤料表面生物膜几乎全部为杆菌，并由粘性物质连接。反硝化滤池；碳源；投加量；微生物种群X703.1A1000-3770(2013)11-0036-005收稿日期：2013-04-17基金项目：国家自然科学基金（51008005）；北京市科技新星计划（Z111106054511017）作者简介：刘秀红（1979－），女，博士研究生，高级工程师，研究方向为污水深度处理与回用及其过程中温室气体减排控制联系电话：010-51352878；E-mail：lxhfei@163.com，yangqing@bjut.edu.cn第39卷第11期2013年11月Vol.39No.11Nov.,201336网络出版时间：2013-11-1310:37网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/33.1127.P.20131113.1037.008.html控制技术措施，为实际再生水厂设计与生产运行提供依据。基于上流式反硝化滤池有利于反硝化过程产气释放，运行管理较为方便的特点，本试验采用上流式反硝化生物滤池，反硝化滤池中试研究基地建于北京高碑店污水处理厂内。反应池池体由钢板焊制，有效容积为8m3，处理规模500m3/d，滤料层总高度2.5m。滤池所用滤料为膨胀粘土滤料，粒径4～8mm。该系统由反硝化生物滤池、碳源投加系统、反冲洗系统组成，试验装置如图1所示。反硝化生物滤池运行主要分为2个过程，过滤过程和反冲洗过程。过滤过程：污水厂实际二级出水与碳源分别通过流量计控制流量，由进水泵和碳源投加泵，经管道混合器混合后打入反硝化生物滤池，流经滤料，完成反硝化过程。反冲洗过程：滤池过滤