铁盐强化活性污泥硝化作用效果研究

葛 文 杰

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,山东 济南 250101)

0 引言

截至2019年2月底，我国累计建成城市污水处理厂5 500余座(不含乡镇污水处理厂和工业)，污水处理能力达2.04亿m3/d。超过90%的城市污水处理厂以活性污泥法为主要生物处理工艺，在冬季现有城市污水处理厂普遍存在硝化作用差的问题。

王秀蘅[1]在对铁锰离子对于硝化反应的影响研究中发现，铁离子对硝化反应具有促进作用。该研究通过在不同反应温度条件下向活性污泥系统中投加适量铁盐，观察硝化作用效果和过程，分析活性污泥微生物脱氢酶活性及电子传递体系活性变化，研究铁盐强化活性污泥硝化作用的机制。

1 材料与方法

1.1 试验装置

设置两组活性污泥系统。试验装置的反应有效容积为5 L，采用序批式反应的反应形式，厌缺氧反应段3 h、好氧反应段4 h交替进行，反应周期结束后静置沉淀出水，每日运行2个周期。

1.2 试验方案

进水取自污水处理厂二级生物反应池进水，取污水处理厂回流污泥作为接种污泥，活性污泥系统运行参数与进水水质见表1。系统运行相对稳定后，按照0.05 g/gMLVSS(Fe3+计)分批次投加现场配置的氢氧化铁驯化铁盐强化活性污泥系统，普通活性污泥系统作为对照。试验于22 ℃启动，铁盐强化活性污泥系统驯化并稳定运行后，收集相关试验数据，后依次降低反应温度并进行试验。

表1 活性污泥系统运行参数与进水水质

1.3 常规水质指标与微生物活性分析方法

活性污泥系统的常规水质指标分析采用《水和废水监测分析方法》(第4版)中国标测试方法；脱氢酶活性的测定采用TTC法[2]，电子传递体系活性的测定采用INT法[3]。

2 结果与讨论

2.1 污染物去除率及去除过程分析

2.1.1铁盐强化活性污泥系统对氨氮去除率的影响

图1反映了各温度工况下活性污泥系统氨氮去除率的变化情况。可以看出，活性污泥系统的氨氮去除率随反应温度的降低而下降，反应温度从22 ℃降低至5 ℃时，铁盐强化活性污泥系统和普通活性污泥系统的氨氮去除率分别从98.9%和98.4%降低至60.2%和28.4%，低温对活性污泥硝化能力的抑制作用显著。铁盐强化活性污泥的氨氮去除率较普通活性污泥，22 ℃工况下提高了0.5%，5 ℃工况下提高了31.8%。铁盐强化活性污泥系统的硝化能力较普通活性污泥系统的强化效果随温度变化体现出不同水平，低温条件下铁盐强化活性污泥系统对硝化能力的提升明显。分析原因：活性污泥法中硝化细菌的最适温度为25 ℃～30 ℃[4]，低温对硝化细菌的活性有抑制作用，铁盐强化活性污泥系统表的硝化能力受到低温抑制的程度较普通活性污泥系统小，在低温条件下表现出相对较强的硝化能力，从而提高了低温条件下的出水水质。

2.1.2污染物去除过程分析

图2反映了各温度工况下活性污泥系统比硝化速率的变化情况。可以看出，活性污泥系统的比硝化速率随反应温度的降低而下降，低温对活性污泥硝化能力的抑制作用显著。铁盐强化活性污泥的最大比硝化速率与全程比硝化速率较普通活性污泥，22 ℃工况下提高了6.35%和2.70%，5 ℃工况下提高了57.77%和19.64%。低温工况下，铁盐强化活性污泥系统比硝化速率的优势较常温更加显著。分析原因：常温工况适宜微生物的生长，两系统表现出水平相当的比硝化速率，此时铁盐强化污泥硝化反应的潜力由于基质和反应时间的限制未能充分体现；低温工况下，铁盐强化活性污泥系统的硝化能力受温度影响程度相对较小，普通活性污泥系统的硝化能力受到低温的影响下降明显，此时铁盐强化污泥系统的优势得以体现，在低温条件下硝化能力显著高于普通活性污泥系统。可知，铁盐强化活性污泥受到低温的影响小于普通活性污泥系统，可以保持较高的硝化能力。

2.2 铁盐对活性污泥微生物活性的影响分析

在厌缺氧、好氧交替运行的活性污泥系统中，活性污泥微生物生化反应代谢活性在好氧反应初期达到最高，而后呈逐渐下降趋势[5]。两生物活性指标在好氧反应阶段初期，即硝化反应初期，达到最高。好氧反应进行至30 min时取活性污泥混合液进行分析，测得活性污泥微生物TTC-DHA活性、INT-ETS活性，数据见图3。在各温度工况下，铁盐强化活性污泥系统的TTC-DHA活性和INT-ETS活性分别高出普通活性污泥系统31.21%～86.71%和17.32%～35.36%，在低温工况下，铁盐强化活性污泥系统TTC-DHA活性和INT-ETS活性的优势较常温更加显著。分析原因：活性污泥对基质的代谢过程本质上是由多种酶催化的酶促反应；铁对辅酶具有激活作用，表现为酶的催化活性或强化其催化活性。在低温工况下，铁盐强化活性污泥系统的活性污泥微生物活性受温度影响程度相对较小，普通活性污泥系统的活性污泥微生物活性受到低温的影响下降明显，此时铁盐强化污泥系统的优势得以表现出相对较高的微生物活性，随着温度的降低，其强化效果愈加显著。

该研究通过投加一定量的铁盐形成铁盐强化活性污泥系统，铁盐强化活性污泥系统的硝化能力提高显著，铁表现出对酶促反应的激活作用，提高了活性污泥微生物活性，从而从根本上提高了活性污泥法中微生物的代谢能力。

3 结论

1)投加铁盐显著提高了低温条件下活性污泥系统的硝化能力，随着温度的降低效果愈加显著。较对照系统，最大比硝化速率和全程比硝化速率最高提高了57.77%和43.48%，提高效果显著。2)投加铁盐显著提高了微生物活性，随着温度的降低效果愈加显著。铁盐强化活性污泥系统的活性污泥TTC-DHA活性与INT-ETS活性分别为25.76 mg/(gMLVSS·h)～9.45 mg/(gMLVSS·h),283.56 mg/(gMLVSS·h)～117.98 mg/(gMLVSS·h)，其较对照系统提高25%,60%左右。