碳源不足，乙酸钠又吃不起，我该怎么提高脱氮除磷的效果？
时间：2023-11-28 15:40:27 来源：环保水圈 作者：环保老吴
引言：一项调查数据显示，有43%的污水处理厂的进水BOD5/TNK<3，有超过65%以上的污水处理厂存在碳源不足的现象。市政污水多采用活性污泥法进行处理，主要工艺形式有AAO、SBR等。这些工艺处理效果虽好，但由于市政污水的C/N低，常常存在进水碳源无法满足脱氮除磷需求的问题，均需通过外加碳源等其他手段措施来保证出水TN、TP的稳定达标。但毫无疑问，这会使得污水处理厂的运行成本和运行管理费用大大提升。因此每隔一段时间，水圈都会收到很多水友的私信：◎ 如何解决城镇污水处理厂脱氮除磷所需碳源不足的问题？带着以上这些常见问题，我们总结出了如下8个低碳源污水处理优化措施。◎戳这里，获取污水处理低成本运行“独家”策略，成为高级水处理工程师外加碳源主要保证缺氧段有充足的有机物供反硝化细菌利用，从而提高脱氮效率。基于此，我们在调研中发现有运行人员将甲醇投加点从A2/O池厌氧段进水口调整至缺氧段，并对甲醇用量进行合理调节（当进水浓度以及C/N值低、出水TN值出现上升趋势时，加大投加量，反之则减少投加量），同时进行相应的工艺调控以满足生产运行需求，确保出水水质达标。碳源投加点调整前，甲醇首先在厌氧段消耗一部分，再进入缺氧段进行反硝化；而调整后，甲醇全部用于反硝化，避免了厌氧段对甲醇的消耗，从而使甲醇用量大幅下降。从结果数据来看，该污水处理厂甲醇日均用量减少了约45.9%，大大降低了运行成本。同时，甲醇用量减少后，各项水质参数均能达标。◎ 在沉降区旁边依次设置厌氧除磷区和低氧曝气区，形成一体化设置。这样有利于提高工作效率，缩短污水处理时间。◎ 充分利用空气压力的原理建立一个空气推流区前端的低氧曝气区域，提供自然力量并减少能源消耗和冲击载荷。◎ 独特的溶解氧控制系统，可以加强对COD、总氮TN和总磷TP的去除。它是低碳源城市污水处理的主要工艺。SBR工艺是对活性污泥法的一种改进其具有操作简单、流程少、成本低、固液分离效果好、脱氮除磷效果好以及耐冲击负荷性强的优势，适用于水量小的企业废水处理。值得一提的是，在改进SBR工艺的基础上还可以加入一段预缺氧区，将外回流带来的亚硝酸在预缺氧区域进行反硝化，为后续的厌氧释磷提供更好的厌氧环境。当预缺氧区进水中的原水有机物发生一定程度的水解反应后，更容易被聚磷菌所高效利用。同时增加预缺氧区为原水在碳源的分配上提供更多的选择权。这样能够优化原水分配过程中碳源的选择，还能将市政污水的碳源集中处理，从而提升整个污水的优化效率，提高水资源的循环使用率。早期采用多点进水是为了减少生物池需氧量和供氧量的差异，起到节能降耗的作用。但目前采用该方式的目的主要有两方面：◎ 二是通过消耗污泥回流和硝化液回流所携带的剩余溶解氧，来优化脱氮除磷的反应环境，从而提高处理效果。值得一提的是，我们走访的某家污水处理厂就是采用多点进水的改良型UCT工艺。同时我们也发现，这种运行方式也存在着明显的缺陷。比如由于是增加了进水点，既增加了构筑物池容和管线系统，这无疑会带来反应池容积和建设投资增加，运行管理难度增大以及系统复杂化等问题。不过话又说回来，正所谓瑕不掩瑜，相对于提高脱氮除磷处理效果来讲，这些缺陷完全是可以忽略。一般来说，改进脱氮除磷工艺，比较常用的方式就是在脱氮除磷反应器前增加厌氧水解酸化池(段)。这是因为在厌氧水解酸化阶段，大分子有机物质会转化为简单的化合物并分泌到细胞外，如此一来便可以削减待处理污水的有机负荷，改善污水的可生化性，从而提高后续处理的效率。以调研中的某家污水处理厂为例，其在氧化沟前设置前置缺氧池（前置反硝化池）和厌氧池，10％的进水直接进入前置缺氧池段给回流污泥提供反硝化所需碳源，而在厌氧池内，大分子和难降解的物质转化为易于生物降解的物质为聚磷菌提供碳源。除此之外，还有很多实际案例都表明，将水解酸化过程作为低浓度城市污水生物脱氮工艺的预处理工艺可以为反硝化段补充一定量的碳源，有效提高脱氮效率。不过在这里，还是有必要提醒大家一句，考虑到水解池的建设运行费用，以及一些地区污水的实际情况，使用此方法还需综合处理效果和经济费用等因素，做到因地制宜。其作用就是进一步去除沉砂池不能去除的更加细小的无机颗粒，可去除10％～20％的有机物，同时它还具有一定的水解酸化的作用，从而减少后续生物处理单元的负荷，对提高处理效果起到了重要的促进作用。但是，关于初沉池的设置就有必要和大家好好唠唠了，毕竟其在一定程度上导致了后续脱氮除磷处理阶段碳源量更低的问题的出现。目前初沉池的设置与否主要有三种方式，它们各有利弊，需要设计和建设单位根据进水的实际情况以及具体的建设情况，进行合理的设计和建设。这种方式对于进水SS浓度较低且波动不大的污水厂无疑是个不错的选择。比如，目前就有很多污水厂（如现阶段较为流行的延时曝气氧化沟工艺），是污水经过沉砂池之后，直接进入生物池。这种做法的优势很明显，既减少了初沉池的建设投资，简化了处理流程，对于缓解建设单位的资金和占地规划紧张状况起到了积极作用。从实践经验来看，这种方式更适合进水SS浓度波动较大的污水处理厂。当进水SS浓度较高时，可以开启初沉池进一步降低SS；而当进水SS浓度较低时，可以开启超越管超越初沉池来减少有机物的损失，以此增加后续处理工艺中有机碳源的含量。但有些水友提出了不一样的想法，即将初沉池的停留时间减少至0.5～1h，或者适当提高沉砂池池的水力停留时间。因为这样做，可以在一定程度上缓解取消初沉池所带来的一系列弊端。顾名思义，采用这种方法不仅能在一定程度上解决污泥的处置问题，还能在一定程度上解决污水厂碳源不足的问题，真正意义上的实现污泥的减量化、稳定化和资源化。不过，在此需要特别说明的是，由于污泥微生物的细胞壁是一种稳定的半刚性结构，很难通过直接厌氧水解产酸，因此只有对污泥进行预处理，才能破坏污泥的絮体结构、细胞壁，使其胞内物质能够有效地释放出来，获得可溶解性有机物，进而水解产生VFAs。近几年发展起来的污泥预处理方法有：物理法（高压喷射法、珠磨法、超声波法、加热法），化学法（臭氧氧化法、氯气氧化法、湿式氧化法）、生物法及一些组合方法。在筛选外碳源的过程时，要保证外碳源的质量。外部碳源根据其来源主要分为两类，一是传统的碳源包括甲醇、糖等有机物；二是有机污水碳源，如啤酒废水等工业废水、垃圾渗滤液。不同类型的有机物在生物系统中有着各自的循环代谢方式，利用效率也自然不同。因此，碳源的来源和利用效率都是筛选中重点考察的因素。通过实践分析得知，活性污泥对于不同的碳源会表现出不同的反硝化效率，并且降解时间、降解程度都有所不同，在反硝化过程中加入乙酸钠效果会更好；同时，大量研究表明，乙酸反硝化反应速率要高于葡萄糖以及乙醇，因此，在筛选外部碳源时，需要根据具体的污水处理项目采取多种方法进行试验，根据最终的处理效果和经济效益选择最合适的外部碳源。在传统理论中主要依靠的是亚硝化细菌和硝化细菌两种微生物转化氨氮。若需要对两种方式进行生态选择，需要在污泥中使亚硝化细菌转变成为优势菌群，并淘汰或减少硝化细菌数量，在亚硝化阶段充分发挥硝化作用，然后直接对其进行反硝化处理，该种方式能够显著缩短脱氮的反应进程。该工艺在实际应用中能够有效节省能源，与传统工艺相比，减少大约40%左右的碳源。CANON工艺也被称为生物膜内自养脱氮工艺，其原理为：生物膜内亚硝酸细菌在好氧下把氨氧化成亚硝酸盐；厌氧氨氧化菌在厌氧条件下把氨和亚硝酸盐转化成氮气；利用亚硝酸细菌和厌氧氨氧化菌的协同作用，最终把氨氧化成氮气。CANON工艺反应无需有机碳源，能够在完全无机的环境中进行，这样可以有效节省100%的外碳源，以及66%的供气量。厌氧氨氧化主要指的是细菌在溶氧浓度较低的前提下，通过细胞内的新陈代谢，促进亚硝酸盐与氨之间发生生物氧化的还原反应，从而使氮气脱除水。该种方式在实际应用过程中具有节省碳源、节约能耗以及细菌合成量少等特点，因而受到污水处理厂的关注。厌氧氨氧化细菌主要是利用氨与亚硝酸根的化学反应而产生能源，并且空气中的二氧化碳作为碳素的细菌，不需要额外添加有机碳源，具有较为明显的应用价值。但其缺陷在于培养以及驯化厌氧氨氧化菌的过程较为困难，对环境要求非常严格。
