外加碳源對鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠脫氮效果分析與研究

劉超航

摘要：通過對鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠水樣進行實驗分析，外加甲醇作為碳源進行工藝模擬。當(dāng)甲醇投加量逐漸增加時，系統(tǒng)對總氮的處理效果增強。從污水處理廠運行穩(wěn)定和經(jīng)濟合理的情況下考慮，碳源投加量在7mg/L的情況下能夠穩(wěn)定實現(xiàn)出水一級B標準，碳源投加量在14mg/L的情況下能夠穩(wěn)定實現(xiàn)出水一級A標準。

關(guān)鍵詞：鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠;外加碳源;總氮;生活污水

1.研究背景

我國污水普遍存在低碳，相對高氮、磷的水質(zhì)特點，由于有機物含量偏低，采用常規(guī)脫氮工藝無法滿足缺氧反硝化階段對碳源的需求，導(dǎo)致反硝化過程受阻，并抑制異氧好氧菌增殖，使得氨氮的同化作用下降，大大影響了污水處理的脫氮效果。

2015年2月，中央政治局常務(wù)委員會會議審議通過《水污染防治行動計劃》，對強化城鎮(zhèn)生活污水治理提出了更高的要求。目前我國基本實現(xiàn)了鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠全覆蓋，污水廠出水要求達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002中的一級B標準以上，同時，城鎮(zhèn)污水廠提標改造建設(shè)也在日益加快。

城鎮(zhèn)污水處理廠的提標改造，主要技術(shù)難點即為脫氮除磷，在工程實踐中，往往通過加藥輔助化學(xué)除磷，保證總磷指標達標。但脫氮工藝，目前仍然以生物脫氮為主。實踐證明，投加碳源是污水處理中解決總氮超標問題的重要手段。

本文以外加甲醇為例，研究分析外加碳源對污水廠反硝化效果的影響，以期實驗結(jié)果對新建污水廠或污水廠提標改造工藝設(shè)計提供參考借鑒。

2.外加碳源簡介

生物脫氮主要包括硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)兩個階段。在實際工程中，反硝化反應(yīng)往往面臨碳源不足的問題，這是制約污水廠總氮指標達標的主要因素。反硝化反應(yīng)是反硝化細菌在缺氧條件下，還原硝酸鹽，釋放出分子態(tài)氮或一氧化二氮的過程。一般認為在BOD5/TKN>5時，碳源充足，無需外加碳源。

常用的外加碳源有甲醇、乙酸、乙醇、乙酸鈉、等，不同種類碳源優(yōu)缺點如下：

由上表可知，不同的外加碳源在反應(yīng)性能以及反應(yīng)條件的應(yīng)用上都存在差別，要想保障整體的碳源投加效果，應(yīng)選擇合適的碳源，確定高效且經(jīng)濟合理的投加量。甲醇應(yīng)用范圍廣泛，本次研究分析甲醇的投加條件和投加量。

3.實驗方法和結(jié)果

3.1進水水質(zhì)分析

本次實驗通過對湖北省某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠進行取樣分析，通過對進水水質(zhì)的檢測，了解進水中碳源等有機物的含量，從而分析進水碳源對生物脫氮除磷的基本影響，為后續(xù)碳源的投加提供初步參考。

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，湖北省某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠2018年進水水質(zhì)監(jiān)測報告結(jié)果為，全年進水COD平均值為240 mg/L，進水BOD為111 mg/L，進水總氮為43 mg/L，總磷為5.78 mg/L。

分析可知BOD/COD=0.4625，污水可生化性較高，為易生化廢水， BOD/TN=2.58。一般認為在BOD5/TKN>5時，碳源充足，無需外加碳源。可見，該廠碳氮比較低，為后續(xù)生物脫氮達標造成一定的風(fēng)險，因此，需要外加碳源作為進水碳源的補充。

3.2 實驗方法

按照此次污水處理廠凈化處理需求，在實驗開展中，選定甲醇作為外加碳源。反應(yīng)容器采用5000mL塑料量筒，高度26.5cm，底部直徑18cm。來水采用上述湖北某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的細格柵后污水，污泥采用二沉池回流污泥，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度控制在3000mg/L左右。實驗工藝選擇SBR工藝模型，一個實驗周期為4h，分別為進水、好氧2h、缺氧和厭氧1.5h、沉淀0.5h、排水，其中進水和排水時間忽略。好氧、缺氧和厭氧階段采用不銹鋼攪拌葉式攪拌器;好氧期間采用空氣曝氣，溶解氧濃度控制在1.5～2.5mg/L之間。實驗裝置共計設(shè)置4組。

3.3 外加碳源的投加

實際生產(chǎn)運行中，采用甲醇稀釋溶液，通過加藥泵投加，本次實驗通過甲醇直接投加，利用攪拌器攪拌均勻，避免溶液中的水對實驗水量產(chǎn)生影響。4組實驗裝置中，甲醇起始投加濃度分別為0mg/L、3.5mg/L、7mg/L、14mg/L。

3.4 實驗結(jié)果分析

如圖1所示，甲醇作為外加碳源，在投加量分別為0、3.5mg/L、7mg/L和14mg/L情況下，總氮隨時間的變化值。總氮隨反應(yīng)時間的延長，濃度逐漸降低，最終出水濃度分別為24mg/L、17mg/L、14mg/L和11mg/L。對總氮的去除率分別為44.2%、60.5%、67.4%和74.4%。

可見，當(dāng)投加甲醇作為碳源達到3.5mg/L后，出水滿足一級B標準要求，而且隨著投加量的增加，系統(tǒng)對總氮的處理效果增強。當(dāng)投加甲醇作為碳源達到7mg/L后，出水滿足一級A標準。實驗表明，碳源的投加，保證了異養(yǎng)型反硝化細菌對碳源的需求，提高了反硝化脫氮的效果。

4.結(jié)論

對于碳氮比較低的污水，投加甲醇作為外加碳源能顯著提高生物脫氮的效果。甲醇的投加量分別為0、3.5mg/L、7mg/L和14mg/L情況，總氮的去除效率從44.2%提高到74.4%。從污水處理廠運行穩(wěn)定和經(jīng)濟合理的情況下考慮，碳源投加量在7mg/L的情況下能夠穩(wěn)定實現(xiàn)出水一級B標準，碳源投加量在14mg/L的情況下能夠穩(wěn)定實現(xiàn)出水一級A標準。

綜上所述，在污水處理廠設(shè)計與建設(shè)中，借助碳源投加能夠?qū)⑽鬯幚砩幚韱卧拿摰Ч嵘蟻?，對于污水處理穩(wěn)定達標，具有一定的保障性。