低碳源城市污水廠碳源優(yōu)化利用運行模式研究

摘要：采用中試規(guī)模試驗，利用物質(zhì)平衡分析方法，追蹤碳源在各個季節(jié)不同工藝條件下的分配和利用情況，以求掌握控制碳源分配的關(guān)鍵性參數(shù)，從而建立基于碳源利用的污水廠優(yōu)化運行模式.在原水年均COD，NH+4-N，TN和TP濃度分別為129，25.6，31.5和3.38 mg/L，C/N值和C/P值分別為4.3和39.5的條件下，冬季宜采用倒置A2/O工藝，春季宜選用改良型A2/O工藝，夏季宜選用預(yù)缺氧+倒置A2/O工藝，秋季宜選用低氧/常氧交替的預(yù)缺氧+倒置A2/O工藝，此時出水帶走的COD占系統(tǒng)輸入總量的26.1%～29.4%，同化COD比例為27.5%～36.2%，直接好氧氧化的COD比例為4%～22.2%，用于反硝化脫氮的COD比例為14.8%～33.6%，用于聚磷菌超量儲磷的COD比例為3.05%～6.9%，出水除總磷指標外，可以達到GB 18918-2002一級B標準.碳源分配的優(yōu)劣可以作為污水廠工藝篩選和參數(shù)調(diào)整的重要依據(jù).

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關(guān)鍵詞：活性污泥法；污水處理；碳源分配；A2/O工藝；低碳源污水

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A

中國南方一些地區(qū)城市污水的有機污染物濃度偏低，而氮、磷濃度相對較高 ［1］，由于碳源不足而限制了營養(yǎng)鹽去除效率的提高 ［2］.針對城市污水處理廠進水有機物比例偏低的問題，可以通過外加碳源，常用的碳源有甲醇、乙酸、乙酸鈉、葡萄糖等 ［3］；另外通過調(diào)節(jié)污水廠工藝參數(shù) ［4］或改良現(xiàn)有工藝 ［5－6］，能夠在一定程度上提高營養(yǎng)鹽的去除效率.但是現(xiàn)階段大多數(shù)針對低碳源問題的研究過程和工程實踐都將污水處理工藝作為“黑箱”對待，從相對宏觀的角度來考察污水廠的整體表現(xiàn)，很少從微觀的角度，利用物質(zhì)平衡的分析方法詳細地追蹤碳源的具體去向和利用情況，更沒有分析工藝調(diào)整對碳源分配和利用過程的影響.由此在污水廠工程設(shè)計和運行過程中，缺乏精確的指導(dǎo)性參數(shù)，無法進行精細化設(shè)計和調(diào)控.

本文采用中試規(guī)模試驗，利用物質(zhì)平衡分析方法，追蹤碳源在各個季節(jié)不同工藝條件下的分配和利用情況，以求掌握控制碳源分配的關(guān)鍵性參數(shù)，從而建立基于碳源利用的污水廠優(yōu)化運行模式.

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脫氮和除磷的COD分配比較合理，同化的COD所占比例較高，也有利于磷的同化去除.工況1條件下用于脫氮的COD所占比例過高，影響了磷的去除.工況2條件下碳源分配也比較合理，但是用于脫氮的COD所占比例略低，氮的去除不夠理想.工況4條件下直接氧化的COD比例過高，碳源沒有得到充分利用.

春季時段3種工況條件下出水COD所占比例與冬季時段相同，約為20%～25%.比較而言，工況3（改良型A2/O）條件下碳源利用率較高，被直接氧化的COD僅有18.1%；用于脫氮除磷的COD分配較為合理，出水水質(zhì)最好，是春季時段值得推薦的工藝.而工況1被氧化的COD比例較高，碳源浪費嚴重，工況2用于除磷的COD太低，導(dǎo)致磷的去除不夠理想.值得注意的是工況3較高的同化COD比例也有利于磷的去除.

在夏季時段改良型A2/O工藝和預(yù)缺氧+倒置A2/O工藝的碳源分配情況基本相似，出水COD占系統(tǒng)輸入COD總量的26%左右.從碳源分配的角度來看，改良型A2/O工藝和預(yù)缺氧+倒置A2/O工藝均適宜于夏季時段采用，兩者對污染物的去除效率沒有明顯優(yōu)劣之分，但是，由于取消了內(nèi)回流，預(yù)缺氧+倒置A2/O工藝的能耗遠遠低于改良型A2/O工藝，而且使用的設(shè)備更少，操作更加簡潔明了，所以在夏季時段推薦采用預(yù)缺氧+倒置A2/O工藝.

秋季階段的影響碳源分配的主要因素為DO濃度，相比較而言工況3（低氧/常氧交替的預(yù)缺氧+倒置A2/O）的碳源分配最好，工況1次之，工況2條件下的碳源分配最差.另外，即使工況2條件下用于脫氮的COD所占比例為27.3%，略低于其他2種工況（34.7%和33.6%），但是其總氮去除效率最高.由此可見，通過實現(xiàn)短程硝化反硝化，可以利用相對較少的碳源達到更高的脫氮效率，對于碳源受限的城市污水處理來說具有重要意義.

3 結(jié)論

1）中國南方許多城市污水處理廠存在碳源受限以及進水水質(zhì)水量波動的雙重不利影響，設(shè)計時可以采用靈活多變的反應(yīng)器形式，以實現(xiàn)不同季節(jié)條件下的工藝切換和參數(shù)調(diào)整，從而達到有限碳源充分利用的目的

2）在低碳源污水廠工藝選擇和運行模式調(diào)整時，碳源的合理分配和有效利用可以作為重要的評價依據(jù)，碳源利用最好的工藝也必然表現(xiàn)出更加優(yōu)良的出水水質(zhì)

3）在本試驗的進水水質(zhì)和氣候條件下，春季宜采用改良型A2/O工藝運行，夏季宜采用預(yù)缺氧+倒置A2/O工藝，秋季宜采用低氧/常氧交替運行的倒置A2/O工藝，冬季宜采用倒置A2/O工藝，在此調(diào)控模式下，當(dāng)全年進水平均COD/TN值僅為4.3時，也能夠?qū)崿F(xiàn)除總磷外的所有污染物指標達到一級B標準

4）在碳源受限條件下即使采用上述優(yōu)化運行模式，也很難同時獲得較高的脫氮和除磷效率，建議在充分利用碳源的同時，優(yōu)先保障脫氮所需的碳源，適當(dāng)分配除磷碳源，最終通過外加混凝劑實現(xiàn)出水達標

5）本試驗優(yōu)選的工藝均為A2/O工藝及其變型，未涉及氧化溝、SBR等其他工藝，可以采用相同研究方法并結(jié)合數(shù)學(xué)模型對其進一步探索.

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