生物菌剂强化某垃圾渗沥液处理系统脱氮性能实验研究

阳 芳，张 泉，赵剑锋

（深圳能源资源综合开发有限公司，广东 深圳 518000）

某垃圾渗沥液处理厂为垃圾焚烧发电厂配套工程，采用“厌氧——生化——外置式超滤——纳滤——反渗透”工艺流程。其中生化工艺采用“一级反硝化——一级硝化——二级反硝化——二级硝化”的工艺形式，设计处理量120 m3/d，实际处理量约为100 m3/d。该系统运行一年，COD去除性能良好，但总氮去除效果不理想，需要采取投加碳源、增大出水回流比等方式提高总氮的去除率，从而增加了系统的运行成本，且不能保证系统出水总氮的稳定达标。本研究采用投加复合型为生物菌剂的方式提高生化系统反硝化菌群的性能，提高该系统的脱氮效率，保证出水达标。

1 材料与方法

1.1 生化系统水质情况

生化系统原水取自垃圾焚烧厂沥滤液调节池，由于COD较低，平均在10000 mg/L左右，所以对厌氧罐进行穿越，原水直接进入生化系统的一级反硝化池。此外，原水的pH、氨氮、总氮平均值分别为7.5、1430 mg/L、1636 mg/L。

1.2 工艺流程

系统工艺流程见图1，来自焚烧厂调节池的原水穿越厌氧反应器直接进入一级反硝化池，一级反硝化池的出水初次通过一级硝化池、二级反硝化池、二级硝化池后进入外置式超滤系统。一级硝化池的出水部分回流至一级反硝化池，超滤膜截留的污泥回流至一级反硝化池，纳滤系统的浓缩液至焚烧厂调节池。

图1 工艺流程图

菌剂投加点位为焚烧厂调节池，每天向调节池内投加菌液1次，投加比例为1∶10000（菌液：日进水量）。自4月12日期投加菌剂，至5月11日止，共计投加菌剂1个月。

1.3 检测方法

COD、氨氮、总氮采用国家标准方法测定。

2 结果与讨论

2.1 系统对总氮的去除

如图2所示，该垃圾渗滤液处理系统的进水总氮浓度在1400～1900 mg/L，其中氨氮约占95%，浓度在1400～1600 mg/L。系统能够有效去除水中的氨氮，使其出水浓度始终小于6 mg/L，而总氮去除效果不理想，出水浓度在250 mg/L以上，最高时达到376 mg/L，表明生化系统的反硝化菌群性状不佳。为提高该系统的反硝化性能及总氮的去除效果，自2021年4月12日起向渗沥液处理系统的调节池中投加生物菌剂。

图2 原系统的总氮去除效果

菌剂投加前后系统的总氮去除率和出水的总氮浓度变化如图3所示。在投加菌剂前，即3月24日至4月12日，生化系统出水的总氮平均浓度为308.7 mg/L，对应的总氮去除率为80.72%。投加菌剂后，生化系统出水总氮浓度逐渐降低，4月22日达到150 mg/L，认为此时生化系统的脱氮性能已达到稳定。4月22日至5月11日为实验的稳定期，总氮平均去除率达到91.6%，生化系统出水总氮浓度平均值为159.5 mg/L。由此可见，本实验中投加的生物菌剂能够有效提高生化系统的脱氮效果，使总氮去除率提高10%。停止投加菌剂后，系统的脱氮性能逐渐下降，一周后出水总氮浓度升高至300 mg/L以上，恢复到菌剂投加前的水平，系统中投加的脱氮微生物已经全部失活或排出，表明此种菌剂无法成为AO工艺中的优势菌种，无法改善生化系统的微生物种群结构，不能根本上提高反硝化效果，需要不断补充菌体。

2.2 影响脱氮效果的因素分析

2.2.1 进水量对脱氮效果的影响

垃圾渗沥液的产生量会受到垃圾本身含水率、降水量、温度等因素的影响，具有很大的不确定性。垃圾渗沥液处理系统的运行参数，如回流量、曝气量等，一般保持固定不变，因此，系统每天的水力停留时间等运行条件并不完全一致。本实验期间进水水量、进水总氮浓度对菌剂的性能没有影响。如图3所示，实验期间系统的日进水量变化较大。4月28日，系统的进水量仅为39 m3/d，总氮去处率为91.84%，5月9日进水量达到159 m3/d，远大于系统的设计处理能力，此时系统处于实验的稳定期，具有较高的脱氮效率，总氮去除率保持在91%以上。说明投加生物菌剂后生化系统对进水水量变化具有很强的适应性，能够保持稳定的脱氮效果。作为对比，4月1日、4月5日和4月6日，系统的进水量分别为75、126和59 m3/d，而总氮的去除率稳定，在79%左右，这说明此系统的脱氮效率不理想并非因水力停留时间不足或回流比不够引起的，其主要原因是系统中没有足量的脱氮微生物菌群，而投加菌剂能够有效提高系统中的脱氮微生物量和活性，在不改变系统运行参数的条件下提高总氮的去除率。

图3 投加菌剂前后总氮去除率和出水的总氮浓度变化

2.2.2 碳氮比对脱氮效果的影响

碳氮比是生化系统重要的运行条件，其对系统去除有机物和氮污染物均有显著影响。一方面，反硝化过程需要以充足的COD为碳源；另一方面，进水碳氮比可影响生物膜EPS的产生从而改变生化污泥的性状，最终影响污染物的去除。垃圾渗沥液的总氮浓度相对稳定，但COD浓度受到垃圾性质、降水量、温度等条件的影响，会有比较大的波动，从而影响系统进水的碳氮比和生化系统的脱氮效果。如图4所示，实验期间垃圾渗沥液碳氮比（COD：氨氮）在3.0至10.0之间。其中，投加菌剂前进水的碳氮比为3.0至8.5，总氮的去除率在80%左右，没有随碳氮比的改变出现规律性变化。实验过程中，渗沥液原水的碳氮比呈现提高的趋势，在投菌实验的稳定阶段，系统进水的碳氮比在5.6至9.5之间，而总氮去除率没有受到碳氮比的影响，在碳氮比小于6时总氮去除率依然达到92.5%（图5）。因此，在本研究中碳氮比不是影响垃圾渗沥液处理系统脱氮性能的限制性影响因素，微生物菌剂可以在不投加碳源改变碳氮比的条件下提高生化系统的脱氮效果。

图4 系统进水量对脱氮效果的影响

图5 进水碳氮比对脱氮效果的影响

2.2.3 温度对脱氮效果的影响

温度是影响生化系统脱氮效果的重要条件之一，硝化反应的最佳温度在20～30 ℃，反硝化反应的事宜温度在30 ℃左右。本实验期间平均气温24.6 ℃，投加菌剂前平均温度24.6 ℃，投菌后平均气温24.7 ℃，日均温度几乎没有变化，均能满足生化系统的脱氮要求。因此，本次试验中生化系统的脱氮性能未受到环境温度影响。

3 结论

（1）生物菌剂对该垃圾焚烧厂渗滤液处理系统的总氮脱除效果有提升作用，投加菌剂10 d后生化系统的脱氮效果达到稳定，总氮去除率由80.72%提高到91.6%，出水的总氮平均浓度由308.7 mg/L下降至159.5 mg/L。

（2）生物菌剂对生化系统脱氮性能的提升作用没有受到系统进水碳氮比、进水量（HRT）和温度的影响，可以在不改变渗滤液系统原运行参数的条件下实现脱氮性能的提升。