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解決城鎮(zhèn)污水廠生物脫氮除磷碳源不足的方法

發(fā)布時(shí)間：2021-06-25

閱讀文字：【大中小】

我國污水處理廠多采用生物脫氮除磷工藝

，碳源一直是傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝的控制因素，碳源是微生物生長必須的營養(yǎng)元素

，主要消耗于釋磷、反硝化和異養(yǎng)菌代謝

。中國有相當(dāng)一部分污水處理廠的進(jìn)水都存在碳源含量低

，造成出水脫氮除磷效果較差。因此有效解決城市污水處理廠碳源不足問題

，是提高污水脫氮除磷效率從而實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的有效途徑。

今天擬從內(nèi)碳源和外加碳源兩個(gè)方面

，對城鎮(zhèn)污水處理廠碳源的開發(fā)利用進(jìn)行分析

。

1內(nèi)碳源

內(nèi)碳源是指存在于污水處理系統(tǒng)本身的碳源。包括原污水中的可生物降解溶解性有機(jī)碳

，從原污水中分離出來的顆粒態(tài)慢速降解有機(jī)物(初沉污泥)和活性污泥微生物死亡或破裂后自溶釋放出來的可被利用的基質(zhì)。在中國節(jié)能減排的環(huán)保政策指引下

，內(nèi)碳源的有效開發(fā)利用便顯得尤為迫切

。不但可以減少廢物排放量，還可以有效提高生物脫氮除磷效果

，可謂一舉兩得

。

1.1多點(diǎn)進(jìn)水

也稱為分段進(jìn)水活性污泥法

，污水經(jīng)過簡單的物理處理后

，直接進(jìn)入生物池。早期采用多點(diǎn)進(jìn)水方式的目的是減少生物池需氧量和供氧量的差異

，起到節(jié)能降耗的作用

。目前采用該方式的目的一方面是增加脫氮除磷段的碳源含量

，同時(shí)也是消耗污泥回流和硝化液回流所攜帶的剩余的溶解氧

，優(yōu)化脫氮除磷的反應(yīng)環(huán)境

，從而提高處理效果。這種運(yùn)行方式目前逐漸受到了一些新建和改擴(kuò)建的污水廠的青睞

，如鄭州市新建的某污水處理廠就是采用多點(diǎn)進(jìn)水的改良型UCT工藝，排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行一級A的排放標(biāo)準(zhǔn)

。

這種運(yùn)行方式由于是增加了進(jìn)水點(diǎn)，從而增加構(gòu)筑物池容和管線系統(tǒng)

，無疑會帶來系統(tǒng)相對復(fù)雜

，反應(yīng)池容積和建設(shè)投資的增加

，運(yùn)行管理難度增大等問題

，相對于提高處理效果來講，這些弊端也是可以忽視的

。

1.2初沉池的合理設(shè)置

常規(guī)來講

，初沉池是設(shè)置在沉砂池之后的另一個(gè)非常重要的物理法處理單元

，其作用是進(jìn)一步去除沉砂池不能去除的更加細(xì)小的無機(jī)顆粒

，可去除10%~20%的有機(jī)物，還具有一定的水解酸化的作用

，從而減少后續(xù)生物處理單元的負(fù)荷

，對提高處理效果起到了重要的促進(jìn)作用。然而初沉池的設(shè)置同時(shí)也帶來了后續(xù)脫氮除磷處理階段碳源量更低的問題

，尤其是對于某些進(jìn)水低C/N的污水廠來講，其碳源不足的矛盾將更加突出

。這無疑使得關(guān)于初沉池的設(shè)置與否陷入了兩難的尷尬境地

。業(yè)內(nèi)關(guān)于是否取消初沉池的討論也是不絕于耳。據(jù)筆者的調(diào)查了解

，目前初沉池的設(shè)置與否歸納為以下三種主要方式：

(1)直接取消初沉池。目前相當(dāng)一部分污水廠(如現(xiàn)階段較為流行的延時(shí)曝氣氧化溝工藝)

，是污水經(jīng)過沉砂池之后

，直接進(jìn)入生物池。這種做法的優(yōu)勢是減少了初沉池的建設(shè)投資

，簡化了處理流程，對于緩解建設(shè)單位的資金和占地規(guī)劃緊張狀況起到積極作用

。筆者認(rèn)為這種方式對于進(jìn)水SS濃度較低且波動不大的污水廠無疑是個(gè)不錯(cuò)的選擇

。

(2)可在初沉池環(huán)節(jié)處設(shè)置超越管

，根據(jù)實(shí)際進(jìn)水情況決定是否取消初沉池，以解決脫氮除磷系統(tǒng)中有機(jī)碳源不足的狀況

。筆者認(rèn)為，這種方式更適合進(jìn)水SS濃度波動較大的污水廠

。即當(dāng)進(jìn)水SS濃度較高時(shí)

，開啟初沉池進(jìn)一步降低SS;當(dāng)進(jìn)水SS濃度較低時(shí)，開啟超越管超越初沉池來減少有機(jī)物的損失

。以期增加后續(xù)處理工藝中有機(jī)碳源的含量

。

(3)減少初沉池的水力停留時(shí)間

。常規(guī)來講

，初沉池的水力停留時(shí)間為1~2h，有些業(yè)內(nèi)人士提出將初沉池的停留時(shí)間減少至0.5~1h[1]

，或者適當(dāng)提高沉砂池池的水力停留時(shí)間

，這樣可以在一定程度上緩解取消初沉池所帶來的一系列弊端。

這三種方式各有利弊

，需要設(shè)計(jì)和建設(shè)單位根據(jù)進(jìn)水的實(shí)際情況以及具體的建設(shè)情況，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和建設(shè)

。

1.3增設(shè)厭氧水解酸化池

改進(jìn)脫氮除磷工藝

，目前常用的主要方式是在脫氮除磷反應(yīng)器前增加厭氧水解酸化池(段)。在厭氧水解酸化階段

，大分子有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的化合物并分泌到細(xì)胞外，主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸(VolatileFattyAcids

，VFAs)

，醇類，乳酸等

，削減待處理污水的有機(jī)負(fù)荷

，改善了污水的可生化性，提高后續(xù)處理的效率

。梁存珍等[2]采用水解酸化-反硝化-硝化的組合工藝對土霉素廢水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的連續(xù)處理。

廢水經(jīng)過厭氧水解

，反硝化速率從0.31kg/m3˙d增加到0.45kg/m3˙d

，提高了45.2%。這類研究成果為實(shí)際工程的推廣和應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持

，如鄭州市某污水處理廠在氧化溝前設(shè)置前置缺氧池(前置反硝化池)和厭氧池

，10%的進(jìn)水直接進(jìn)入前置缺氧池段給回流污泥提供反硝化所需碳源，在厭氧池內(nèi)

，大分子和難降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于生物降解的物質(zhì)為聚磷菌提供碳源

。改良型氧化溝和改良型A2/O等均是在此基礎(chǔ)上演化而來，有一些新建和改擴(kuò)建的污水處理廠也積極采納了這種方式

，并取得了較好的處理效果。

結(jié)果表明

，將水解酸化過程作為低濃度城市污水生物脫氮工藝的預(yù)處理工藝可以為反硝化段補(bǔ)充一定量的碳源

，有效提高脫氮效率?div id="d48novz" class="flower left">

？紤]到水解池的建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用

，以及一些地區(qū)廢水的實(shí)際情況

，還需要綜合處理效果和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用等因素因地制宜地確定運(yùn)行工藝及工藝條件。

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1.4利用污泥開發(fā)碳源

采用污泥開發(fā)碳源

，使得污泥在城市污水處理廠內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)利用

，能在一定程度上解決污泥的處置問題，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化

、穩(wěn)定化和資源化。但由于污泥微生物的細(xì)胞壁半剛性結(jié)構(gòu)很難通過直接厭氧水解產(chǎn)酸

，只有對污泥進(jìn)行預(yù)處理

，以破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)、細(xì)胞壁

，使其胞內(nèi)物質(zhì)能夠有效的釋放出來

，才能獲得可溶解性有機(jī)物，進(jìn)而水解產(chǎn)生VFAs

。近幾年發(fā)展起來的污泥預(yù)處理方法有：物理法(高壓噴射法、珠磨法

、超聲波法

、加熱法)、化學(xué)法(臭氧氧化法

、氯氣氧化法

、濕式氧化法)

、生物法及一些組合方法

。VFAs為碳源的反硝化速率高于甲醇

、乙醇等傳統(tǒng)碳源，因?yàn)樵谏锝到膺^程中甲醇和乙醇是先被轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的VFAs

，然后再進(jìn)行進(jìn)一步的降解

。但一般城市污水處理廠進(jìn)水中，每升水含VFAs僅有幾十毫克

。

目前國內(nèi)外開始利用生物法使污泥水解發(fā)酵來產(chǎn)生VFAs的研究越來越多。以開發(fā)碳源為目的的污泥水解酸化的研究重點(diǎn)

，應(yīng)著力于如何使反應(yīng)保持在產(chǎn)酸階段

，使得VFAs得到積累作為后續(xù)生物脫氮除磷的碳源使用。研究較為成熟的還有污泥法中的超聲波法并且已達(dá)到工程應(yīng)用程度

，利用低頻超聲波開發(fā)碳源

，在強(qiáng)化污水脫氮除磷效果達(dá)20%~30%[3]的同時(shí)還可減少剩余污泥的排放

。

需要注意的是

，發(fā)酵液中不但含有大量的溶解性有機(jī)物，還含有大量的N

、P

，如果直接作為碳源，勢必會增加進(jìn)水的N

、P含量，給后續(xù)脫氮除磷工藝增加負(fù)擔(dān)

。因此需要對發(fā)酵液中的N

、P進(jìn)行回收，目前大多數(shù)是以鳥糞石沉淀形式回收磷

，其次是磷酸鈣

、磷酸鋁及磷酸鐵。利用鳥糞石工藝回收N

、P在Mg/N=1.8，pH=10.0

，P/N=1.13即最佳N

、P回收條件下NH4+-N和SOP的去除率為73.6%和82.2%[4]。

2外加碳源

外加碳源大體上可以分為兩大類：(1)傳統(tǒng)碳源

，包括甲醇

、乙醇、乙酸等液態(tài)有機(jī)物及糖類;(2)其他類型的碳源

，如工業(yè)廢水

、垃圾滲濾液。

2.1傳統(tǒng)碳源

傳統(tǒng)碳源是目前研究較為成熟

，應(yīng)用較多的碳源

，主要包括：低分子有機(jī)物，如甲醇

、乙醇

、乙酸等以及糖類

，如葡萄糖

、蔗糖。投加適量這類低分子有機(jī)物在反硝化過程中均能實(shí)現(xiàn)完全脫氮[5]

，由于每種碳源代謝途徑不同

，造成反硝化速率各不相同其中以乙酸、甲醇的反硝化速率最快

，丁酸、丙酸次之

，葡萄糖的最慢

。反硝化菌要求要求反硝化過程中的碳源是低生長量的碳源

。單碳化合物的生長量最低

，因?yàn)閺膯翁蓟衔镏泻铣杉?xì)胞物質(zhì)所需能量較大，在一定程度上阻止了細(xì)胞的生長

，而將碳源氧化

，使硝酸鹽和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)馊コ?div id="m50uktp" class="box-center"> ，甲醇反?yīng)生成二氧化碳和水

，沒有衍生的副產(chǎn)物，是最清潔的碳源

，從這個(gè)角度來講甲醇這種單碳化合物做碳源效果最好

，其次是乙醇，糖類等易降解有機(jī)物

。大量試驗(yàn)結(jié)果均顯示[6-7]，甲醇

、乙醇

、乙酸及糖類物質(zhì)做為碳源時(shí)，脫氮效率要明顯高于未投加是的反硝化速率

，是可利用的碳源

。

這類碳源雖然能夠取得良好的反硝化效果

，但長期投加帶來的運(yùn)行費(fèi)用增加

，是限制其應(yīng)用的主要因素

。

2.2其他碳源

可作為碳源利用的廢棄物包括工業(yè)廢水、垃圾滲濾液

，工業(yè)廢水中的啤酒廢水[8]

、淀粉廢水、合成氨企業(yè)的甲醇?xì)堃旱鹊?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，含有大量的糖類

、蛋白質(zhì)

、脂肪等

，可生化性好且不含有毒有害物質(zhì)，能夠成為生物脫氮除磷的理想碳源

。對于一些COD含量高但可生化性不好的廢水如造紙廢水

，可將其與肉類加工廢水混合提高可生化性[9]成為有效碳源。在填埋初期的垃圾滲濾液有良好的可生化性[10]將其作為反硝化系統(tǒng)的外加碳源

，既能補(bǔ)充污水中碳源含量，又使得垃圾滲濾液得到處理

。

上述這些碳源目前由于其數(shù)量少

，主要用于生產(chǎn)廢水的脫氮除磷，在用以提高城市污水處理廠的脫氮除磷效率的應(yīng)用環(huán)節(jié)上有待進(jìn)一步的探討

。

3結(jié)語

綜上所述

，目前已發(fā)現(xiàn)的可利用碳源的數(shù)量繁多，但是在城市污水處理廠實(shí)際運(yùn)行中

，究竟選取何種碳源才能做到經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和高效性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一

，這成為目前的研究焦點(diǎn)

。總體上講外加碳源能夠取得良好的脫氮除磷效果

，但長期投加無疑會增加處理運(yùn)行成本和管理難度

，也是限制其應(yīng)用的主要因素。而內(nèi)碳源的開發(fā)利用只能對提高脫氮除磷效率起到一定的積極作用

，而不是特別有效。但可以在滿足脫氮除磷的同時(shí)達(dá)到對廢物的資源化利用，降低城鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)行成本

，這符合中國節(jié)能減排的環(huán)保理念

。縱觀國內(nèi)外開發(fā)碳源的進(jìn)程

，充分利用內(nèi)碳源和外碳源以降低外碳源使用時(shí)增加的污水處理成本是今后的發(fā)展方向和研究重點(diǎn)

。

因此，在城市污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行中

，優(yōu)選碳源時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)深入了解不同碳源的特性，結(jié)合具體的進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)

，選擇最佳碳源

，具體問題具體分析，切忌照搬;(2)可開發(fā)利用的碳源種類很多

，但考慮到污水處理廠的運(yùn)行成本

，并注意選擇可操控性強(qiáng)的碳源，做到經(jīng)濟(jì)性和高效性的統(tǒng)一;(3)根據(jù)不同碳源的不同性質(zhì)

，還可考慮同時(shí)利用多種碳源，做到內(nèi)

、外碳源有機(jī)結(jié)合

，以達(dá)到最佳脫氮除磷效果;(4)進(jìn)一步優(yōu)化城市污水處理廠的處理工藝和運(yùn)行參數(shù)，提高運(yùn)行管理水平

，最大限度提高整個(gè)流程的處理效率

。

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