目前，由于含氮有机物的不断流入，使得水体富营养化问题日益严重。控制污水排放标准中氮元素含量越来越受到社会关注，成为今后水污染控制的一个重要任务。国家和地方关于工业废水排放标准中的氮含量指标也在相应制定中。因此，现有污水处理池必须进行提标改造，增强脱氮能力。废水生物脱氮是在硝化细菌和反硝化细菌参与的生化反应下完成的，将氨氮最终转换为氮气从废水中除去。反硝化也称脱氮作用，是指反硝化细菌在无氧或低氧条件下，利用NO2-和NO3-为呼吸作用的最终电子受体，将其还原为氮气(N2)的生物化学过程。其机理如下：在现有的脱氮工艺中，生物滤池反硝化工艺因具有占地面积小、水力负荷高、出水悬浮物少等优点而得到广泛应用。常用的生物滤池填料有火山岩、颗粒活性炭、石英砂等，其中火山岩具有比表面大、孔率高、抗压强度高、稳定、价廉等优点。一般的反硝化细菌是厌氧异养型细菌，需要消耗营养物质作为碳源来进行新陈代谢，常用的碳源有外加碳源、废水本身含有的含碳有机物，以及内源碳。本试验在废水完成硝化工序前提下，采用生物滤池工艺，以火山岩为生物载体进行试验，重点考察水温、碳源等条件对反硝化细菌活性的影响，最终评估处理能力和占地面积。
1试验部分
1.1试验水样、菌种及方法
试验中的生物填料为火山岩。试验水样取自浙江泰邦环境科技有限公司生化出水，水质情况为：外观浅褐色，COD为300~400mg/L，氨氮值为10~20mg/L，总氮为80~90mg/L。反硝化细菌由扬州市海诚生物技术有限公司提供，其活菌含量≥109个/g，初始投加量为500mg/L。图1为生物滤池示意图。水样从进水口连续进入，从出水口连续流出。通过调节进水流速控制水样在生化池的停留时间，并定期测试出水的COD、总氮、氨氮等指标，以考察温度、停留时间、碳源等因素对脱氮性能的影响。
1.2检测方法
化学需氧量(COD)采用GB11914—1989《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》测定，总氮采用GB11894—1989《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》测定。
2结果与讨论
2.1水温的影响
水温是影响反硝化细菌活性的一个重要因素。表1列出了低温下(10℃)反硝化细菌的总氮去除效果。从表1可以看出，在低温下，停留时间2h，总氮去除率不到10%。这是因为温度过低，细菌处于或接近休眠状态，活性差。随着停留时间的增加，总氮去除率随之提高，但要达到理想的总氮去除效果，停留时间需延长到24h，这样会导致反硝化生物滤池占地面积大大增加，投资增大。因此，需要提高反硝化温度。表2为25℃、30℃、35℃三个温度梯度下反硝化细菌的脱氮性能。从表2可以看出，温度提高，反硝化细菌的脱氮性能明显提升，2h停留时间下，总氮去除率从5%提升到40%以上。在水温30~35℃，停留时间4h的条件下，总氮去除率可以达到60%左右。因此，适宜的反硝化温度为30~35℃。
2.2外加碳源的影响
由于反硝化细菌是自养型生物，在进行新陈代谢过程中需要外环境提供碳源。从表1和表2中可以看出，即使延长停留时间，废水COD变化不大，这说明生化出水微生物可利用的碳源太少，即生物需氧量(BOD)太低。因此，需要外加碳源来促进反硝化细菌加快新陈代谢，以提高反硝化效率。表3为35℃水温下，停留时间为2h，补加不同量的葡萄糖条件下反硝化细菌的总氮去除效果。由表3可知，外加碳源后，反硝化细菌的脱氮能力提升明显，从48%提升到62%。从进出水的COD变化来看，外加碳源基本被消耗完，用于反硝化细菌的新陈代谢。且随着外加碳源量的增加，脱氮性能逐步提升，当外加碳源量达到500mg/L后，脱氮性能提升不明显，这表明当外加碳源为葡萄糖时，适宜的外加量为500mg/L。表4列出了不同碳源种类对反硝化细菌脱氮性能的影响。由表4可知，甲醇和醋酸的效果好于葡萄糖，且出水COD更低，这说明反硝化细菌喜好小分子的碳源。这在实际生产中极为有利，因为化工厂一般都有大量的废醋酸或者废甲醇。
2.3停留时间
停留时间的长短决定了一定容量下的处理量。即已知水量条件下，停留时间越短，生物滤池的占地面积越小，投资也越小。图2给出了不同停留时间下反硝化细菌的脱氮性能。试验条件为：水温35℃，补加醋酸500mg/L。从图2可以看出，当停留时间为0.5h时，总氮去除率只有15%左右;随着停留时间的延长，总氮去除率明显提高;当停留时间达到2h后，总氮去除率提升缓慢。从经济效益等综合因素考虑，停留时间为2h最适宜。
3结论
本试验基于生物填料的染料废水脱氮工艺，考察了温度、碳源等因素对脱氮性能的影响。试验结果表明，在脱氮温度为35℃，添加醋酸500mg/L作为脱氮细菌的营养物质条件下，停留时间可缩短到2h，废水总氮质量浓度从80mg/L降至30mg/L左右，总氮去除率达到60%以上。
《生物填料下的染料工业废水脱氯工艺》来源：《印染》，作者：阮光栋 李建昌
