污泥水溶性有机物对硝化活性的影响

靳大伟 吕思琳 贾春芳（扬州大学环境科学与工程学院，江苏 扬州 225000）

污泥水溶性有机物对硝化活性的影响

靳大伟 吕思琳 贾春芳（扬州大学环境科学与工程学院，江苏 扬州 225000）

在耗氧活性污泥法处理城市生活污水的过程中会产生大量富含氮、磷、钾等元素以及腐殖质、有机质的污泥，因此污泥农用的资源化利用方法前景看好。但直接农用会影响土壤及微生物，进而危害植物生长。目前污泥处理后对土壤中氮的硝化作用尚缺少系统深入的研究，故本文通过使用蚯蚓处理污泥并将产生的蚓粪中的某些具体成分施加到土壤中，放置不同时间后利用纳氏试剂比色法及紫外分光光度法测得污泥中硝态氮与氨氮含量来计算硝化速率，进而反映污泥处理后产生蚓粪中某些水溶性有机物对土壤硝化活性的影响，这对于城市生活污泥资源化利用的实际操作有一定的实际意义。

活性污泥法；城市生活污泥；氮的硝化；DOM

1 研究目的及过程

通过本项目研究明确不同的DOM组分、浓度、培养时间对污泥硝化活性的影响，为正确阐述污泥中氮元素的转化机制、城市生活污泥的资源化利用以及丰富地球化学循环中氮元素的循环提供科学依据。

本项目的前期处理首先采集并制备了污泥样品，保存于冰箱中；然后由查找相关文献确定污泥中不同的DOM组分和浓度，按表1所示成分和剂量添加至土样混合液中，并平行分组与正常条件下放置0h、12h、10d、20d、30d、40d，待达到放置时间后继续保存于冰箱中等候下一步的测试。

表1 外源有机物浓度添加表

前期处理完成后，每组取10g土样加入250ml具塞锥形瓶中，加入100ml磷酸盐缓冲液（pH7.1-7.4），0.2ml 0.25M的硫酸铵和1ml的氯酸钾，使硝氮停止氧化。从每个锥形瓶中取摇匀的土样混合液放入离心机中离心以获得上清液，使用纳氏试剂比色法和紫外分光光度法测定曝气前的氨氮、硝态氮浓度。剩余的混合液继续留在锥形瓶中，25℃恒温振荡曝气24h，取摇匀的混合液依次加入0.05ml 1%的乙基汞硫代水杨酸钠，终止氨根氧化，按上述两种方法测定曝气后的氨氮、硝态氮浓度，每组实验样品测定均为平行双样以保证数据质量。

2 研究数据及处理

硝化反应是指在氨化细菌作用下有机氮化合物分解转化为氨氮，硝化细菌进一步将氨氮转化为硝酸盐的过程[1]，通过测得的氨氮、硝氮浓度我们便可以计算出不同时间和不同DOM添加剂量下对土壤中硝化活性的影响程度，总体硝化活性与放置时间的对照如图1所示。

由图1可以看出，以40d为例，酪氨酸处理硝化活性抑制率随投放剂量增加成上升趋势，T2和T3间有较大跨度，最大抑制率可达65%左右；葡萄糖处理硝化活性抑制率总体与酪氨酸呈现相反趋势，但无明显跨度断层，T1达最大值，抑制率近75%，T3逐步稳定在45%左右。

3 研究结果分析

从研究所得数据来看，随着DOM投放剂量的增加城市生活污泥经蚯蚓处理后对土壤的硝化活性的抑制率亦呈递增趋势。有文献指出，污泥中DOM含量下降约30%，与此同时污泥硝化作用明显增强，可见，DOM对硝化作用及氮素有明显影响[2]。本次研究结果与Khwairakpam和Bhargave及Silvia的研究结果基本一致。同时，本次研究还发现了在放置20d后污泥硝化活性整体有了较大幅度的提升，推测可能原因一是20d硝化细菌进入对数增长期，菌体大量繁殖表现为硝化活性增强[3]；二是随着硝化过程发展可能将饿型硝化细菌筛选为优势种，进而稳定硝化细菌种群数量并减少种间竞争，使得硝化活性的到增强[4]。

从实践指导意义出发，在污泥脱氮处理工艺中应着重考虑BOD5对硝化作用的影响，设计生物脱氮系统时也应将BOD负荷作为重要参数。目前的污泥处理新工艺在生物脱氮中使用异养菌完成硝化反应，将有机物作为菌体能源，如短程(或简捷)硝化反硝化、同时硝化反硝化和厌氧氨氧化等工艺方法具有良好发展前景，在之后的污水处理厂修建时可考虑此类工艺以减少能耗投资。此外，蚯蚓消化城市生活污泥后应通过如放置一段时间后在排入环境等方法进一步处理使蚓粪中DOM含量下降以免干预环境中土壤的硝化作用和自然界氮元素循环。

[1]蒋展鹏,杨宏伟.环境工程学.北京:高等教育出版社,2013.

[2]Khwairakpam M,Bhargava R.Vermitechnology for sewage sludge recycling.Journal of Hazardous Materials,2009,161,948–954.

[3]王家玲,李顺鹏,黄正.环境微生物学(第二版).北京:高等教育出版社,2004.

[4]郝晓地,张向萍,曹亚莉,王啟林.利用分子生物等技术确定活性污泥硝化细菌的衰减特征.环境科学学报,2009.

图1 添加DOM放置不同时间对应的污泥硝化活性