缓释碳源在反硝化滤池中运用分析

丁伟栋 

摘要：传统碳源，如甲醇或者乙醇，在反硝化滤池中作用性能并不稳定，当投入过大或不足时，将对碳源利用率造成不良影响，无法发挥碳源的积极作用，造成出水水质不够稳定。故采用新型缓释碳源尤为重要，本文从缓释碳源材料的筛选出发，分析了缓释碳源材料在反硝化滤池微生物多样性中的应用，旨在为相关人员提供参考。

关键词：缓释碳源；反硝化滤池；滤池

引言：经济发展，使污水处理厂压力越来越大，传统碳源已无法满足现代化污水处理要求。而缓释碳源的应用，则能解决上述问题，通过合理筛选缓释碳源的方式，为反硝化滤池提供科学化的碳源。

1缓释碳源材料的筛选

1.1静态释碳

PCL、PBS、PLA、PBAT等四种高分子碳源材料的释碳速率变化几乎一致，当时间不断延长时，释碳的速率也逐渐降低，直到趋于平稳。上述高分子聚合物能够在24小时内将COD的释放速度不断放缓，其原因在于高分子聚合物的表面无法被小分子有机物溶解，使得COD在水中的释放速度不断提高。对于高分子聚合物来说，其结构并不相同，当不同的高分子释碳速度稳定后，COD的释放速率将存在较大的差异性。在上述四种高分子碳源材料来说，PLA、PBAT的释放速度与其他三种高分子碳原料相比，释放的速率较低，所以仅将PCL、PBS作为挂膜启动实验的分子，实验结果如图1所示。

图 1 缓释碳源静态释碳变化速率

1.2反应器挂膜启动

缓释碳源和活性碳的体积比设为2:1，并将其有效的混合后放入指定的反应器中，形成PCL和PBS反应器。不同的反应器以向下流的方式进行运行，在挂膜阶段保持进水浓度在一定范围内，HRT=2h。在具体实验中对出水COD进行浓度的检测。当反应器内的硝态氮去除率相对平稳后可认定反应器挂膜启动成功。

1.3PCL反应器挂膜启动

PCL反应器的挂膜启动实验，主要是针对进水、出水N03--N浓度等进行控制，得到进水和出水COD的变化情况。通过分析所获得的实验结果可以得出，PCL反应器在启动前的5天，出水N03--N浓度有所降低，达到1mg/L左右，而N03--N浓度的去除率可达95%以上。整体的挂膜时间在5—6天左右。N03--N浓度稳定的时间在9天后，此时的浓度在0.3—0.5mg/L之间。当生物膜不断成熟时，反应器的N03--N浓度去除率不断升高，平均反硝化容积负荷在0.203kg/（m3▪d）左右。在PCL反应器的实际运行过程中，N03--N浓度控制在0.1mg/L左右。在加入甲醇以及乙酸等传统碳源后，进水的N03--N浓度在20mg/L-25mg/L左右，随着时间的不断延长，才可解决N02--N的浓度累计问题。

1.4PBS反应器挂膜启动

PBS反应器挂膜启动实验中，主要是针对反应器的进水、出水N03--N浓度以及COD出水、进水浓度变化情况进行观察和研究。通过分析所获得的实验结果可以得出，PCL反应器在启动前的5天，出水N03--N浓度降低的数值达到1mg/L左右，而N03--N浓度的去除率可达96%以上。整体的挂膜时间在6天左右。N03--N浓度稳定的时间在7天后，此时的浓度在0.3mg/L以下。当生物膜不断成熟时，反应器的N03--N浓度去除率达到98.6%，平均的反硝化容积负荷在0.22kg/（m3▪d）左右。相较于PLC材料，PBS的返硝稳定性更好，去除效率也更高，加之PBS的碳源释放速率整体较快、碳源也相对充足，所以微生物的返硝也较为活跃[1]。

2缓释碳源材料在反硝化滤池微生物多样性中的应用

2.1实验仪器

在实验中应用到的主要仪器有：玻璃棒、小型离心机、旋涡混合器、PCR仪、超声波振荡器以及测序仪等。

2.2实验方法

2.2.1样品采集

在PBS和PCL反应器中设置三个不同的取样口，并进行编号。在取样口进行提取带有生物膜的填料，在玻璃棒的搅拌下确保生物膜能够全部脱落。利用频率在40kHZ的超声波对其进行处理，保证生物膜能够从活性炭中脱落下来。利用振荡器对脱落后的生物膜进行振荡。并将其放入到带有标签的离心管内，存放至冰箱中。研磨仪中放入离心管，利用频率为40HZ的超声波进行振荡[2]。

2.2.2PCR反应参数

从实验中获得的PCR反应参数如下：当温度在90摄氏度到95摄氏度时，反应时间为3分钟，并循环一次。当温度在95摄氏度时，反应时间为30秒，循环次数为30次。当温度为50摄氏度时，反应时间为30秒。

2.3样品稀释性曲线分析

采用测序序列的方式对样品进行抽取，获得的序列数为OTU数目，并将获得的数目进行绘制相应的曲线图。通过曲线图中的曲线斜率对样品的物种丰富程度进行分析和检验。从中可以得出：当序列数较小时，所抽取的新OTU序列的概率则相对较大。而当序列数变大时，则曲线的斜率将变小且趋于平缓。当所抽取的新OUT序列概率较小时，一旦序列数大于10000后，新序列所生成的OUT也相对较小，说明样品的测序深度较为合理、科学。OUT聚类分析中，对不同反应器中的样品采取共有和特有OUT统计，获得反应器中OUT丰度基本一致，反应器中的OUT单位在2000个单位左右。

2.4结果分析

从该实验中可以得出，反硝化性能实验中需要对温度等外在条件进行控制，对于PCL和PBS反应器来说，进水的N03--N浓度大致相等，当HRT=1h时，反应器中的反硝化容积负荷和DR值较大，但平稳运行后的PCL反应器和PBS反应器的N03--N浓度并不相同，其中，PCL反应器N03--N浓度高于PBS反应器N03--N浓度。因此也可以看出，PBS反应器在污水处理中的表现更好，对进水和水质的波动情况有较好的适应能力，其中，DR=Q*{(N03--N)进水-(N03--N)出水-(N02--N)出水-(NH4+-N)出水}/1000*Ve。

结论：总而言之，在本次实验中可以看出新型缓释碳源为载体能够实现反硝化滤池的最佳运行负荷。在利用缓释碳源的过程中，对运行参数不断调整和优化，深入探究运行负荷条件不同的情况下，反硝化滤池运行效果并不相同，获得最佳参数值。针对反硝化滤池内的微生物群进行详细分析，表明缓释碳源在反硝化滤池中的积极作用。

参考文献：

[1]崔贺.缓释碳源填充管式生物反应装置强化脱氮性能及其微生物分布特征[J].环境工程技术学报,2022,12(04):1194-1202.

[2]肖艳.缓释碳源促进生物反硝化脱氮技术研究进展[J].环境工程技术学报,2022,12(03):760-768.