低C/N比污水脫氮技術(shù)研究

徐超 王晨 周長(zhǎng)波

摘 要：生物脫氮技術(shù)是通過(guò)硝化和反硝化菌來(lái)實(shí)現(xiàn)氮的去除，而充足的碳源是反硝化菌高效脫氮的關(guān)鍵，研究表明，只有當(dāng)C/N>4時(shí)才可給反確化細(xì)菌提供適量的碳源，使得生物脫氮正常進(jìn)行，達(dá)到TN達(dá)標(biāo)排放。針對(duì)低C/N比污水傳統(tǒng)生物脫氮碳源不足、脫氮效率不高等問(wèn)題，文章闡述了幾種有效處理低C /N比污水的組合工藝、連續(xù)流一體化間歇曝氣膜生物反應(yīng)器（IMBR）等新工藝及分段進(jìn)水、外加碳源等強(qiáng)化措施，并對(duì)這些技術(shù)和工藝的應(yīng)用情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：低C/N比 污水 脫氮技術(shù) 碳源不足

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（a）-0093-02

1 引言

根據(jù)對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的785座城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行的調(diào)査統(tǒng)計(jì)，有高達(dá)65%以上的污水處理廠存在碳源不足的現(xiàn)象，43%的污水處理廠的進(jìn)水m（BOD5）/m（TKN）<3，進(jìn)水中的C/N比值較低現(xiàn)象更加普遍，污水中碳源已不能滿足微生物脫氮除磷所需[1]。研究表明，只有當(dāng)C/N>4時(shí)才可給反確化細(xì)菌提供適量的碳源，使得生物脫氮正常進(jìn)行，達(dá)到TN達(dá)標(biāo)排放[2]。對(duì)于低C/N類的廢水，碳源本身就不足，廢水中原有的碳源不能滿足反銷化細(xì)菌對(duì)脫氮的要求，致使TN去除率不高成為正?，F(xiàn)象[3]。低C/N比污水使用傳統(tǒng)活性污泥工藝處理時(shí)由于碳源不足而脫氮效率較低，若排放水體則存在富營(yíng)養(yǎng)化潛在危險(xiǎn)，若增加深度處理則存在運(yùn)行成本高、占地面積大、脫氮也不徹底等問(wèn)題。而新的生物脫氮工藝又不成熟，工程應(yīng)用上存在很多問(wèn)題，因此低C/N比污水的高效脫氮成為當(dāng)今水處理技術(shù)上的一個(gè)難題[4]。

2 處理低C/N比污水的組合工藝

A/O+Anammox 工藝可實(shí)現(xiàn)低C/N比城市污水的高效脫氮；在進(jìn)水總氮（TN）平均質(zhì)量濃度為62.01 mg/L，溶解性COD/TN （C/N）為2.42的條件下，出水TN 平均質(zhì)量濃度為11.48 mg/L，NH4+-N平均質(zhì)量濃度為1.83 mg/L，可以達(dá)到國(guó)家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；A/O反應(yīng)器中TN去除占該工藝TN去除量的51.13%，主要通過(guò)缺氧反硝化、好氧同步硝化反硝化和剩余污泥排放實(shí)現(xiàn)；AO反應(yīng)器出水ρ（NO2-N）/ρ（NH4+-N）可控制在1.0左右，滿足后續(xù)厭氧氨氧化對(duì)進(jìn)水的要求。Anammox 反應(yīng)器TN 去除量占該工藝TN去除量的48.87%；半亞硝化和厭氧氨氧化作用是A/O+Anammox 工藝處理低C/N污水實(shí)現(xiàn)高效脫氮的關(guān)鍵原因[5]。陳永志等[6]考慮到A2 /O工藝的主要功能是除磷及反硝化，而曝氣生物濾池則以硝化為目的。因此，通過(guò)縮短A2/O的泥齡，將硝化過(guò)程從A2/O中分離出去，讓曝氣生物濾池完成硝化，實(shí)現(xiàn)硝化菌和聚磷菌的分離，并解決了硝化菌和聚磷菌泥齡之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)了A2/O-曝氣生物濾池工藝對(duì)低C/N比生活污水中有機(jī)物、氮和磷的同步去除。宋宏賓等[7]設(shè)計(jì)了水產(chǎn)養(yǎng)殖用水的三級(jí)生物膜短程硝化-反硝化處理工藝，并對(duì)該工藝在去除模擬水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水主要污染物的作用進(jìn)行了初步研究。研究結(jié)果表明，在進(jìn)水pH值7.5～8.5，溫度為28～32 ℃，溶解氧為0.5～1 mg/L，游離氨濃度為5～10 mg/L的條件下，模擬廢水的COD、NH4+ -N和TN的平均去除率分別達(dá)到94.4%、91.6%和70.1%；并且低C/N比對(duì)出水氨氮NH4+ -N的去除率影響不大，NO2--N的平均濃度控制在5.2 mg/L以下，低于魚類的耐受濃度。表明該短程硝化-反硝化工藝設(shè)計(jì)，可用于低C/N比水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水主要污染物的生物處理，尤其是可消除NO2- -N對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的潛在威脅，基本達(dá)到養(yǎng)魚回用標(biāo)準(zhǔn)。

3 處理低C/N比污水的強(qiáng)化措施

3.1 分段進(jìn)水

分段進(jìn)水工藝由于具有污泥濃度高、水力停留時(shí)間短、碳源利用率高、氮磷去除穩(wěn)定高效、節(jié)省內(nèi)回流等特點(diǎn)被國(guó)內(nèi)外廣泛研究、應(yīng)用。因此，分段進(jìn)水技術(shù)可為低濃度、低C/N廢水處理提供一條達(dá)一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)的新途徑[8]。劉山虎等[9]采用分段進(jìn)水SBR工藝處理低C/N值含鹽廢水，研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆侄芜M(jìn)水方式和進(jìn)水比例，可節(jié)省后續(xù)反硝化時(shí)間和反硝化外碳源需求量，實(shí)現(xiàn)高效脫氮、降低運(yùn)行成本的同時(shí)防止N2O的大量釋放。馬娟等[10]研究了CAST工藝處理低C/N實(shí)際生活污水的脫氮性能，研究發(fā)現(xiàn)采用分段進(jìn)水交替A/O運(yùn)行模式可大幅改善系統(tǒng)脫氮性能，且TN去除率隨著交替次數(shù)的增多而提高，交替4次平均去除率達(dá)87.23%。曹貴華等[11]采用改良A/O分段進(jìn)水工藝處理我國(guó)南方低濃度、低碳氮比城市生活污水。經(jīng)過(guò)150d的連續(xù)運(yùn)行，得到系統(tǒng)最佳流量分配比為20%：35%：35%：10%；在此工況下COD、氨氮、總氮、總磷出水水質(zhì)分別為33.05 mg/L、0.58 mg/L、9.26 mg/L、0.46 mg/L，出水優(yōu)于國(guó)家GB-18918-2002一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。原水COD絕大部分作為厭氧釋磷和反硝化脫氮所需碳源，系統(tǒng)對(duì)碳源有效利用率達(dá)74%；DO和ORP的協(xié)同控制可以作為系統(tǒng)厭氧放磷段的控制參數(shù)；同時(shí)亦可作為缺氧段反硝化完成和好氧段硝化完成的指示性參數(shù)。

3.2 外加碳源

合肥塘西河再生水廠采用倒置A2/O（缺氧/厭氧/好氧—預(yù)缺氧）—MBR工藝處理低C/N城市生活污水。崔新偉等[12]研究了投加碳源前后各生化反應(yīng)池中有機(jī)物及氮元素的變化規(guī)律，結(jié)果表明未投加外碳源時(shí)TN的去除率為52.3%，脫氮效果不理想。當(dāng)乙酸鈉作外碳源，投加量為50mgCOD/L時(shí)，TN的去除率明顯提高，達(dá)到74.5%。

4 新工藝

陸謝娟[4]針對(duì)低C/N比污水現(xiàn)狀，克服目前膜生物反應(yīng)器應(yīng)用于污水回用存在的脫氮不徹底問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了連續(xù)流一體化間歇曝氣膜生物反應(yīng)器（Intermittent-aeration Membrane Biological Reactor，IMBR）。IMBR集曝氣、沉淀、膜濾于一體，通過(guò)三相分離器將反應(yīng)區(qū)與膜室結(jié)合形成一體化構(gòu)造來(lái)強(qiáng)化脫氮，實(shí)現(xiàn)污泥自回流，節(jié)省污泥回流費(fèi)用，同時(shí)由于反應(yīng)器上部進(jìn)水中有機(jī)物的不斷補(bǔ)充，滿足反硝化所需碳源，降低了投加碳源的運(yùn)行成本，提高了脫氮效果。

5 結(jié)語(yǔ)

在低C/N條件下，傳統(tǒng)生物脫氮工藝不能達(dá)到高效脫氮目的時(shí)，可以考慮通過(guò)新工藝或者工藝組合達(dá)到高效脫氮的目標(biāo)；也可以考慮采用分段進(jìn)水或者外加碳源等強(qiáng)化措施達(dá)到高效脫氮的目的。總之，應(yīng)結(jié)合實(shí)際污水性質(zhì)及現(xiàn)存的污水處理設(shè)施，選擇和確定合適的處理工藝和強(qiáng)化措施。

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