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(huán)保水圈 作者：環(huán)保老吳
引言：一項調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，有43%的污水處理廠的進(jìn)水BOD5/TNK<3，有超過65%以上的污水處理廠存在碳源不足的現(xiàn)象。市政污水多采用活性污泥法進(jìn)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(jìn)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(wěn)定達(dá)標(biāo)。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(zhèn)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(jié)出了如下8個低碳源污水處理優(yōu)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(xì)菌利用，從而提高脫氮效率。基于此，我們在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)有運行人員將甲醇投加點從A2/O池厭氧段進(jìn)水口調(diào)整至缺氧段，并對甲醇用量進(jìn)行合理調(diào)節(jié)（當(dāng)進(jìn)水濃度以及C/N值低、出水TN值出現(xiàn)上升趨勢時，加大投加量，反之則減少投加量），同時進(jìn)行相應(yīng)的工藝調(diào)控以滿足生產(chǎn)運行需求，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。碳源投加點調(diào)整前，甲醇首先在厭氧段消耗一部分，再進(jìn)入缺氧段進(jìn)行反硝化；而調(diào)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(jié)果數(shù)據(jù)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(zhì)參數(shù)均能達(dá)標(biāo)。◎ 在沉降區(qū)旁邊依次設(shè)置厭氧除磷區(qū)和低氧曝氣區(qū)，形成一體化設(shè)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(qū)前端的低氧曝氣區(qū)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(tǒng)，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(jìn)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(fù)荷性強的優(yōu)勢，適用于水量小的企業(yè)廢水處理。值得一提的是，在改進(jìn)SBR工藝的基礎(chǔ)上還可以加入一段預(yù)缺氧區(qū)，將外回流帶來的亞硝酸在預(yù)缺氧區(qū)域進(jìn)行反硝化，為后續(xù)的厭氧釋磷提供更好的厭氧環(huán)境。當(dāng)預(yù)缺氧區(qū)進(jìn)水中的原水有機物發(fā)生一定程度的水解反應(yīng)后，更容易被聚磷菌所高效利用。同時增加預(yù)缺氧區(qū)為原水在碳源的分配上提供更多的選擇權(quán)。這樣能夠優(yōu)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(yōu)化效率，提高水資源的循環(huán)使用率。在實際工作中，我們更喜歡把這個方法叫做多點進(jìn)水。早期采用多點進(jìn)水是為了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。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(yōu)化脫氮除磷的反應(yīng)環(huán)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(jìn)水的改良型UCT工藝。同時我們也發(fā)現(xiàn)，這種運行方式也存在著明顯的缺陷。比如由于是增加了進(jìn)水點，既增加了構(gòu)筑物池容和管線系統(tǒng)，這無疑會帶來反應(yīng)池容積和建設(shè)投資增加，運行管理難度增大以及系統(tǒng)復(fù)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(jìn)脫氮除磷工藝，比較常用的方式就是在脫氮除磷反應(yīng)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(zhì)會轉(zhuǎn)化為簡單的化合物并分泌到細(xì)胞外，如此一來便可以削減待處理污水的有機負(fù)荷，改善污水的可生化性，從而提高后續(xù)處理的效率。以調(diào)研中的某家污水處理廠為例，其在氧化溝前設(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，而在厭氧池內(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。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(yù)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(shè)運行費用，以及一些地區(qū)污水的實際情況，使用此方法還需綜合處理效果和經(jīng)濟費用等因素，做到因地制宜。關(guān)于初沉池的介紹此處就不多說了，大家都比較清楚。其作用就是進(jìn)一步去除沉砂池不能去除的更加細(xì)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(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。但是，關(guān)于初沉池的設(shè)置就有必要和大家好好嘮嘮了，畢竟其在一定程度上導(dǎo)致了后續(xù)脫氮除磷處理階段碳源量更低的問題的出現(xiàn)。目前初沉池的設(shè)置與否主要有三種方式，它們各有利弊，需要設(shè)計和建設(shè)單位根據(jù)進(jìn)水的實際情況以及具體的建設(shè)情況，進(jìn)行合理的設(shè)計和建設(shè)。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不錯的選擇。比如，目前就有很多污水廠（如現(xiàn)階段較為流行的延時曝氣氧化溝工藝），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)勢很明顯，既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)劃緊張狀況起到了積極作用。2）在初沉池環(huán)節(jié)處設(shè)置超越管從實踐經(jīng)驗來看，這種方式更適合進(jìn)水SS濃度波動較大的污水處理廠。當(dāng)進(jìn)水SS濃度較高時，可以開啟初沉池進(jìn)一步降低SS；而當(dāng)進(jìn)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(xù)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(dāng)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(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)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(xì)胞壁是一種穩(wěn)定的半剛性結(jié)構(gòu)，很難通過直接厭氧水解產(chǎn)酸，因此只有對污泥進(jìn)行預(yù)處理，才能破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)、細(xì)胞壁，使其胞內(nèi)物質(zhì)能夠有效地釋放出來，獲得可溶解性有機物，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。在篩選外碳源的過程時，要保證外碳源的質(zhì)量。外部碳源根據(jù)其來源主要分為兩類，一是傳統(tǒng)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(yè)廢水、垃圾滲濾液。不同類型的有機物在生物系統(tǒng)中有著各自的循環(huán)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(xiàn)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(yīng)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(jù)具體的污水處理項目采取多種方法進(jìn)行試驗，根據(jù)最終的處理效果和經(jīng)濟效益選擇最合適的外部碳源。在傳統(tǒng)理論中主要依靠的是亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌兩種微生物轉(zhuǎn)化氨氮。若需要對兩種方式進(jìn)行生態(tài)選擇，需要在污泥中使亞硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)變成為優(yōu)勢菌群，并淘汰或減少硝化細(xì)菌數(shù)量，在亞硝化階段充分發(fā)揮硝化作用，然后直接對其進(jìn)行反硝化處理，該種方式能夠顯著縮短脫氮的反應(yīng)進(jìn)程。該工藝在實際應(yīng)用中能夠有效節(jié)省能源，與傳統(tǒng)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(nèi)自養(yǎng)脫氮工藝，其原理為：生物膜內(nèi)亞硝酸細(xì)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(zhuǎn)化成氮氣；利用亞硝酸細(xì)菌和厭氧氨氧化菌的協(xié)同作用，最終把氨氧化成氮氣。CANON工藝反應(yīng)無需有機碳源，能夠在完全無機的環(huán)境中進(jìn)行，這樣可以有效節(jié)省100%的外碳源，以及66%的供氣量。厭氧氨氧化主要指的是細(xì)菌在溶氧濃度較低的前提下，通過細(xì)胞內(nèi)的新陳代謝，促進(jìn)亞硝酸鹽與氨之間發(fā)生生物氧化的還原反應(yīng)，從而使氮氣脫除水。該種方式在實際應(yīng)用過程中具有節(jié)省碳源、節(jié)約能耗以及細(xì)菌合成量少等特點，因而受到污水處理廠的關(guān)注。厭氧氨氧化細(xì)菌主要是利用氨與亞硝酸根的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生能源，并且空氣中的二氧化碳作為碳素的細(xì)菌，不需要額外添加有機碳源，具有較為明顯的應(yīng)用價值。但其缺陷在于培養(yǎng)以及馴化厭氧氨氧化菌的過程較為困難，對環(huán)境要求非常嚴(yán)格。
