碳源不足，乙酸鈉又吃不起，我該怎么提高脫氮除磷的效果？
時間：2023-11-28 15:40:27 來源：環保水圈 作者：環保老吳
引言：一項調查數據顯示，有43%的污水處理廠的進水BOD5/TNK<3，有超過65%以上的污水處理廠存在碳源不足的現象。市政污水多采用活性污泥法進行處理，主要工藝形式有AAO、SBR等。這些工藝處理效果雖好，但由于市政污水的C/N低，常常存在進水碳源無法滿足脫氮除磷需求的問題，均需通過外加碳源等其他手段措施來保證出水TN、TP的穩定達標。但毫無疑問，這會使得污水處理廠的運行成本和運行管理費用大大提升。因此每隔一段時間，水圈都會收到很多水友的私信：◎ 如何解決城鎮污水處理廠脫氮除磷所需碳源不足的問題？帶著以上這些常見問題，我們總結出了如下8個低碳源污水處理優化措施。◎戳這里，獲取污水處理低成本運行“獨家”策略，成為高級水處理工程師外加碳源主要保證缺氧段有充足的有機物供反硝化細菌利用，從而提高脫氮效率。基于此，我們在調研中發現有運行人員將甲醇投加點從A2/O池厭氧段進水口調整至缺氧段，并對甲醇用量進行合理調節（當進水濃度以及C/N值低、出水TN值出現上升趨勢時，加大投加量，反之則減少投加量），同時進行相應的工藝調控以滿足生產運行需求，確保出水水質達標。碳源投加點調整前，甲醇首先在厭氧段消耗一部分，再進入缺氧段進行反硝化；而調整后，甲醇全部用于反硝化，避免了厭氧段對甲醇的消耗，從而使甲醇用量大幅下降。從結果數據來看，該污水處理廠甲醇日均用量減少了約45.9%，大大降低了運行成本。同時，甲醇用量減少后，各項水質參數均能達標。◎ 在沉降區旁邊依次設置厭氧除磷區和低氧曝氣區，形成一體化設置。這樣有利于提高工作效率，縮短污水處理時間。◎ 充分利用空氣壓力的原理建立一個空氣推流區前端的低氧曝氣區域，提供自然力量并減少能源消耗和沖擊載荷。◎ 獨特的溶解氧控制系統，可以加強對COD、總氮TN和總磷TP的去除。它是低碳源城市污水處理的主要工藝。SBR工藝是對活性污泥法的一種改進其具有操作簡單、流程少、成本低、固液分離效果好、脫氮除磷效果好以及耐沖擊負荷性強的優勢，適用于水量小的企業廢水處理。值得一提的是，在改進SBR工藝的基礎上還可以加入一段預缺氧區，將外回流帶來的亞硝酸在預缺氧區域進行反硝化，為后續的厭氧釋磷提供更好的厭氧環境。當預缺氧區進水中的原水有機物發生一定程度的水解反應后，更容易被聚磷菌所高效利用。同時增加預缺氧區為原水在碳源的分配上提供更多的選擇權。這樣能夠優化原水分配過程中碳源的選擇，還能將市政污水的碳源集中處理，從而提升整個污水的優化效率，提高水資源的循環使用率。早期采用多點進水是為了減少生物池需氧量和供氧量的差異，起到節能降耗的作用。但目前采用該方式的目的主要有兩方面：◎ 二是通過消耗污泥回流和硝化液回流所攜帶的剩余溶解氧，來優化脫氮除磷的反應環境，從而提高處理效果。值得一提的是，我們走訪的某家污水處理廠就是采用多點進水的改良型UCT工藝。同時我們也發現，這種運行方式也存在著明顯的缺陷。比如由于是增加了進水點，既增加了構筑物池容和管線系統，這無疑會帶來反應池容積和建設投資增加，運行管理難度增大以及系統復雜化等問題。不過話又說回來，正所謂瑕不掩瑜，相對于提高脫氮除磷處理效果來講，這些缺陷完全是可以忽略。一般來說，改進脫氮除磷工藝，比較常用的方式就是在脫氮除磷反應器前增加厭氧水解酸化池(段)。這是因為在厭氧水解酸化階段，大分子有機物質會轉化為簡單的化合物并分泌到細胞外，如此一來便可以削減待處理污水的有機負荷，改善污水的可生化性，從而提高后續處理的效率。以調研中的某家污水處理廠為例，其在氧化溝前設置前置缺氧池（前置反硝化池）和厭氧池，10％的進水直接進入前置缺氧池段給回流污泥提供反硝化所需碳源，而在厭氧池內，大分子和難降解的物質轉化為易于生物降解的物質為聚磷菌提供碳源。除此之外，還有很多實際案例都表明，將水解酸化過程作為低濃度城市污水生物脫氮工藝的預處理工藝可以為反硝化段補充一定量的碳源，有效提高脫氮效率。不過在這里，還是有必要提醒大家一句，考慮到水解池的建設運行費用，以及一些地區污水的實際情況，使用此方法還需綜合處理效果和經濟費用等因素，做到因地制宜。其作用就是進一步去除沉砂池不能去除的更加細小的無機顆粒，可去除10％～20％的有機物，同時它還具有一定的水解酸化的作用，從而減少后續生物處理單元的負荷，對提高處理效果起到了重要的促進作用。但是，關于初沉池的設置就有必要和大家好好嘮嘮了，畢竟其在一定程度上導致了后續脫氮除磷處理階段碳源量更低的問題的出現。目前初沉池的設置與否主要有三種方式，它們各有利弊，需要設計和建設單位根據進水的實際情況以及具體的建設情況，進行合理的設計和建設。這種方式對于進水SS濃度較低且波動不大的污水廠無疑是個不錯的選擇。比如，目前就有很多污水廠（如現階段較為流行的延時曝氣氧化溝工藝），是污水經過沉砂池之后，直接進入生物池。這種做法的優勢很明顯，既減少了初沉池的建設投資，簡化了處理流程，對于緩解建設單位的資金和占地規劃緊張狀況起到了積極作用。從實踐經驗來看，這種方式更適合進水SS濃度波動較大的污水處理廠。當進水SS濃度較高時，可以開啟初沉池進一步降低SS；而當進水SS濃度較低時，可以開啟超越管超越初沉池來減少有機物的損失，以此增加后續處理工藝中有機碳源的含量。但有些水友提出了不一樣的想法，即將初沉池的停留時間減少至0.5～1h，或者適當提高沉砂池池的水力停留時間。因為這樣做，可以在一定程度上緩解取消初沉池所帶來的一系列弊端。顧名思義，采用這種方法不僅能在一定程度上解決污泥的處置問題，還能在一定程度上解決污水廠碳源不足的問題，真正意義上的實現污泥的減量化、穩定化和資源化。不過，在此需要特別說明的是，由于污泥微生物的細胞壁是一種穩定的半剛性結構，很難通過直接厭氧水解產酸，因此只有對污泥進行預處理，才能破壞污泥的絮體結構、細胞壁，使其胞內物質能夠有效地釋放出來，獲得可溶解性有機物，進而水解產生VFAs。近幾年發展起來的污泥預處理方法有：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。在篩選外碳源的過程時，要保證外碳源的質量。外部碳源根據其來源主要分為兩類，一是傳統的碳源包括甲醇、糖等有機物；二是有機污水碳源，如啤酒廢水等工業廢水、垃圾滲濾液。不同類型的有機物在生物系統中有著各自的循環代謝方式，利用效率也自然不同。因此，碳源的來源和利用效率都是篩選中重點考察的因素。通過實踐分析得知，活性污泥對于不同的碳源會表現出不同的反硝化效率，并且降解時間、降解程度都有所不同，在反硝化過程中加入乙酸鈉效果會更好；同時，大量研究表明，乙酸反硝化反應速率要高于葡萄糖以及乙醇，因此，在篩選外部碳源時，需要根據具體的污水處理項目采取多種方法進行試驗，根據最終的處理效果和經濟效益選擇最合適的外部碳源。在傳統理論中主要依靠的是亞硝化細菌和硝化細菌兩種微生物轉化氨氮。若需要對兩種方式進行生態選擇，需要在污泥中使亞硝化細菌轉變成為優勢菌群，并淘汰或減少硝化細菌數量，在亞硝化階段充分發揮硝化作用，然后直接對其進行反硝化處理，該種方式能夠顯著縮短脫氮的反應進程。該工藝在實際應用中能夠有效節省能源，與傳統工藝相比，減少大約40%左右的碳源。CANON工藝也被稱為生物膜內自養脫氮工藝，其原理為：生物膜內亞硝酸細菌在好氧下把氨氧化成亞硝酸鹽；厭氧氨氧化菌在厭氧條件下把氨和亞硝酸鹽轉化成氮氣；利用亞硝酸細菌和厭氧氨氧化菌的協同作用，最終把氨氧化成氮氣。CANON工藝反應無需有機碳源，能夠在完全無機的環境中進行，這樣可以有效節省100%的外碳源，以及66%的供氣量。厭氧氨氧化主要指的是細菌在溶氧濃度較低的前提下，通過細胞內的新陳代謝，促進亞硝酸鹽與氨之間發生生物氧化的還原反應，從而使氮氣脫除水。該種方式在實際應用過程中具有節省碳源、節約能耗以及細菌合成量少等特點，因而受到污水處理廠的關注。厭氧氨氧化細菌主要是利用氨與亞硝酸根的化學反應而產生能源，并且空氣中的二氧化碳作為碳素的細菌，不需要額外添加有機碳源，具有較為明顯的應用價值。但其缺陷在于培養以及馴化厭氧氨氧化菌的過程較為困難，對環境要求非常嚴格。
