靳大偉 呂思琳 賈春芳（揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000）

污泥水溶性有機(jī)物對(duì)硝化活性的影響

靳大偉 呂思琳 賈春芳（揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000）

在耗氧活性污泥法處理城市生活污水的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量富含氮、磷、鉀等元素以及腐殖質(zhì)、有機(jī)質(zhì)的污泥，因此污泥農(nóng)用的資源化利用方法前景看好。但直接農(nóng)用會(huì)影響土壤及微生物，進(jìn)而危害植物生長(zhǎng)。目前污泥處理后對(duì)土壤中氮的硝化作用尚缺少系統(tǒng)深入的研究，故本文通過(guò)使用蚯蚓處理污泥并將產(chǎn)生的蚓糞中的某些具體成分施加到土壤中，放置不同時(shí)間后利用納氏試劑比色法及紫外分光光度法測(cè)得污泥中硝態(tài)氮與氨氮含量來(lái)計(jì)算硝化速率，進(jìn)而反映污泥處理后產(chǎn)生蚓糞中某些水溶性有機(jī)物對(duì)土壤硝化活性的影響，這對(duì)于城市生活污泥資源化利用的實(shí)際操作有一定的實(shí)際意義。

活性污泥法；城市生活污泥；氮的硝化；DOM

1 研究目的及過(guò)程

通過(guò)本項(xiàng)目研究明確不同的DOM組分、濃度、培養(yǎng)時(shí)間對(duì)污泥硝化活性的影響，為正確闡述污泥中氮元素的轉(zhuǎn)化機(jī)制、城市生活污泥的資源化利用以及豐富地球化學(xué)循環(huán)中氮元素的循環(huán)提供科學(xué)依據(jù)。

本項(xiàng)目的前期處理首先采集并制備了污泥樣品，保存于冰箱中；然后由查找相關(guān)文獻(xiàn)確定污泥中不同的DOM組分和濃度，按表1所示成分和劑量添加至土樣混合液中，并平行分組與正常條件下放置0h、12h、10d、20d、30d、40d，待達(dá)到放置時(shí)間后繼續(xù)保存于冰箱中等候下一步的測(cè)試。

表1 外源有機(jī)物濃度添加表

前期處理完成后，每組取10g土樣加入250ml具塞錐形瓶中，加入100ml磷酸鹽緩沖液（pH7.1-7.4），0.2ml 0.25M的硫酸銨和1ml的氯酸鉀，使硝氮停止氧化。從每個(gè)錐形瓶中取搖勻的土樣混合液放入離心機(jī)中離心以獲得上清液，使用納氏試劑比色法和紫外分光光度法測(cè)定曝氣前的氨氮、硝態(tài)氮濃度。剩余的混合液繼續(xù)留在錐形瓶中，25℃恒溫振蕩曝氣24h，取搖勻的混合液依次加入0.05ml 1%的乙基汞硫代水楊酸鈉，終止氨根氧化，按上述兩種方法測(cè)定曝氣后的氨氮、硝態(tài)氮濃度，每組實(shí)驗(yàn)樣品測(cè)定均為平行雙樣以保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2 研究數(shù)據(jù)及處理

硝化反應(yīng)是指在氨化細(xì)菌作用下有機(jī)氮化合物分解轉(zhuǎn)化為氨氮，硝化細(xì)菌進(jìn)一步將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過(guò)程[1]，通過(guò)測(cè)得的氨氮、硝氮濃度我們便可以計(jì)算出不同時(shí)間和不同DOM添加劑量下對(duì)土壤中硝化活性的影響程度，總體硝化活性與放置時(shí)間的對(duì)照如圖1所示。

由圖1可以看出，以40d為例，酪氨酸處理硝化活性抑制率隨投放劑量增加成上升趨勢(shì)，T2和T3間有較大跨度，最大抑制率可達(dá)65%左右；葡萄糖處理硝化活性抑制率總體與酪氨酸呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，但無(wú)明顯跨度斷層，T1達(dá)最大值，抑制率近75%，T3逐步穩(wěn)定在45%左右。

3 研究結(jié)果分析

從研究所得數(shù)據(jù)來(lái)看，隨著DOM投放劑量的增加城市生活污泥經(jīng)蚯蚓處理后對(duì)土壤的硝化活性的抑制率亦呈遞增趨勢(shì)。有文獻(xiàn)指出，污泥中DOM含量下降約30%，與此同時(shí)污泥硝化作用明顯增強(qiáng)，可見(jiàn)，DOM對(duì)硝化作用及氮素有明顯影響[2]。本次研究結(jié)果與Khwairakpam和Bhargave及Silvia的研究結(jié)果基本一致。同時(shí)，本次研究還發(fā)現(xiàn)了在放置20d后污泥硝化活性整體有了較大幅度的提升，推測(cè)可能原因一是20d硝化細(xì)菌進(jìn)入對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期，菌體大量繁殖表現(xiàn)為硝化活性增強(qiáng)[3]；二是隨著硝化過(guò)程發(fā)展可能將餓型硝化細(xì)菌篩選為優(yōu)勢(shì)種，進(jìn)而穩(wěn)定硝化細(xì)菌種群數(shù)量并減少種間競(jìng)爭(zhēng)，使得硝化活性的到增強(qiáng)[4]。

從實(shí)踐指導(dǎo)意義出發(fā)，在污泥脫氮處理工藝中應(yīng)著重考慮BOD5對(duì)硝化作用的影響，設(shè)計(jì)生物脫氮系統(tǒng)時(shí)也應(yīng)將BOD負(fù)荷作為重要參數(shù)。目前的污泥處理新工藝在生物脫氮中使用異養(yǎng)菌完成硝化反應(yīng)，將有機(jī)物作為菌體能源，如短程(或簡(jiǎn)捷)硝化反硝化、同時(shí)硝化反硝化和厭氧氨氧化等工藝方法具有良好發(fā)展前景，在之后的污水處理廠修建時(shí)可考慮此類工藝以減少能耗投資。此外，蚯蚓消化城市生活污泥后應(yīng)通過(guò)如放置一段時(shí)間后在排入環(huán)境等方法進(jìn)一步處理使蚓糞中DOM含量下降以免干預(yù)環(huán)境中土壤的硝化作用和自然界氮元素循環(huán)。

[1]蔣展鵬,楊宏偉.環(huán)境工程學(xué).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,李順鵬,黃正.環(huán)境微生物學(xué)(第二版).北京:高等教育出版社,2004.

[4]郝曉地,張向萍,曹亞莉,王啟林.利用分子生物等技術(shù)確定活性污泥硝化細(xì)菌的衰減特征.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009.

圖1 添加DOM放置不同時(shí)間對(duì)應(yīng)的污泥硝化活性