葛 文 杰

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司,山東 濟南 250101)

0 引言

截至2019年2月底，我國累計建成城市污水處理廠5 500余座(不含鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠和工業(yè))，污水處理能力達2.04億m3/d。超過90%的城市污水處理廠以活性污泥法為主要生物處理工藝，在冬季現(xiàn)有城市污水處理廠普遍存在硝化作用差的問題。

王秀蘅[1]在對鐵錳離子對于硝化反應的影響研究中發(fā)現(xiàn)，鐵離子對硝化反應具有促進作用。該研究通過在不同反應溫度條件下向活性污泥系統(tǒng)中投加適量鐵鹽，觀察硝化作用效果和過程，分析活性污泥微生物脫氫酶活性及電子傳遞體系活性變化，研究鐵鹽強化活性污泥硝化作用的機制。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

設置兩組活性污泥系統(tǒng)。試驗裝置的反應有效容積為5 L，采用序批式反應的反應形式，厭缺氧反應段3 h、好氧反應段4 h交替進行，反應周期結束后靜置沉淀出水，每日運行2個周期。

1.2 試驗方案

進水取自污水處理廠二級生物反應池進水，取污水處理廠回流污泥作為接種污泥，活性污泥系統(tǒng)運行參數(shù)與進水水質見表1。系統(tǒng)運行相對穩(wěn)定后，按照0.05 g/gMLVSS(Fe3+計)分批次投加現(xiàn)場配置的氫氧化鐵馴化鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)，普通活性污泥系統(tǒng)作為對照。試驗于22 ℃啟動，鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)馴化并穩(wěn)定運行后，收集相關試驗數(shù)據(jù)，后依次降低反應溫度并進行試驗。

表1 活性污泥系統(tǒng)運行參數(shù)與進水水質

1.3 常規(guī)水質指標與微生物活性分析方法

活性污泥系統(tǒng)的常規(guī)水質指標分析采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第4版)中國標測試方法；脫氫酶活性的測定采用TTC法[2]，電子傳遞體系活性的測定采用INT法[3]。

2 結果與討論

2.1 污染物去除率及去除過程分析

2.1.1鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)對氨氮去除率的影響

圖1反映了各溫度工況下活性污泥系統(tǒng)氨氮去除率的變化情況?？梢钥闯?，活性污泥系統(tǒng)的氨氮去除率隨反應溫度的降低而下降，反應溫度從22 ℃降低至5 ℃時，鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)和普通活性污泥系統(tǒng)的氨氮去除率分別從98.9%和98.4%降低至60.2%和28.4%，低溫對活性污泥硝化能力的抑制作用顯著。鐵鹽強化活性污泥的氨氮去除率較普通活性污泥，22 ℃工況下提高了0.5%，5 ℃工況下提高了31.8%。鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)的硝化能力較普通活性污泥系統(tǒng)的強化效果隨溫度變化體現(xiàn)出不同水平，低溫條件下鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)對硝化能力的提升明顯。分析原因：活性污泥法中硝化細菌的最適溫度為25 ℃～30 ℃[4]，低溫對硝化細菌的活性有抑制作用，鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)表的硝化能力受到低溫抑制的程度較普通活性污泥系統(tǒng)小，在低溫條件下表現(xiàn)出相對較強的硝化能力，從而提高了低溫條件下的出水水質。

2.1.2污染物去除過程分析

圖2反映了各溫度工況下活性污泥系統(tǒng)比硝化速率的變化情況?？梢钥闯?，活性污泥系統(tǒng)的比硝化速率隨反應溫度的降低而下降，低溫對活性污泥硝化能力的抑制作用顯著。鐵鹽強化活性污泥的最大比硝化速率與全程比硝化速率較普通活性污泥，22 ℃工況下提高了6.35%和2.70%，5 ℃工況下提高了57.77%和19.64%。低溫工況下，鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)比硝化速率的優(yōu)勢較常溫更加顯著。分析原因：常溫工況適宜微生物的生長，兩系統(tǒng)表現(xiàn)出水平相當?shù)谋认趸俾?，此時鐵鹽強化污泥硝化反應的潛力由于基質和反應時間的限制未能充分體現(xiàn)；低溫工況下，鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)的硝化能力受溫度影響程度相對較小，普通活性污泥系統(tǒng)的硝化能力受到低溫的影響下降明顯，此時鐵鹽強化污泥系統(tǒng)的優(yōu)勢得以體現(xiàn)，在低溫條件下硝化能力顯著高于普通活性污泥系統(tǒng)?？芍?，鐵鹽強化活性污泥受到低溫的影響小于普通活性污泥系統(tǒng)，可以保持較高的硝化能力。

2.2 鐵鹽對活性污泥微生物活性的影響分析

在厭缺氧、好氧交替運行的活性污泥系統(tǒng)中，活性污泥微生物生化反應代謝活性在好氧反應初期達到最高，而后呈逐漸下降趨勢[5]。兩生物活性指標在好氧反應階段初期，即硝化反應初期，達到最高。好氧反應進行至30 min時取活性污泥混合液進行分析，測得活性污泥微生物TTC-DHA活性、INT-ETS活性，數(shù)據(jù)見圖3。在各溫度工況下，鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)的TTC-DHA活性和INT-ETS活性分別高出普通活性污泥系統(tǒng)31.21%～86.71%和17.32%～35.36%，在低溫工況下，鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)TTC-DHA活性和INT-ETS活性的優(yōu)勢較常溫更加顯著。分析原因：活性污泥對基質的代謝過程本質上是由多種酶催化的酶促反應；鐵對輔酶具有激活作用，表現(xiàn)為酶的催化活性或強化其催化活性。在低溫工況下，鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)的活性污泥微生物活性受溫度影響程度相對較小，普通活性污泥系統(tǒng)的活性污泥微生物活性受到低溫的影響下降明顯，此時鐵鹽強化污泥系統(tǒng)的優(yōu)勢得以表現(xiàn)出相對較高的微生物活性，隨著溫度的降低，其強化效果愈加顯著。

該研究通過投加一定量的鐵鹽形成鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)，鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)的硝化能力提高顯著，鐵表現(xiàn)出對酶促反應的激活作用，提高了活性污泥微生物活性，從而從根本上提高了活性污泥法中微生物的代謝能力。

3 結論

1)投加鐵鹽顯著提高了低溫條件下活性污泥系統(tǒng)的硝化能力，隨著溫度的降低效果愈加顯著。較對照系統(tǒng)，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%，提高效果顯著。2)投加鐵鹽顯著提高了微生物活性，隨著溫度的降低效果愈加顯著。鐵鹽強化活性污泥系統(tǒng)的活性污泥TTC-DHA活性與INT-ETS活性分別為25.76 mg/(gMLVSS·h)～9.45 mg/(gMLVSS·h),283.56 mg/(gMLVSS·h)～117.98 mg/(gMLVSS·h)，其較對照系統(tǒng)提高25%,60%左右。