低濃度進(jìn)水的生活污水廠合理利用碳源方法探析

單楚朋

（江蘇金陵環(huán)境股份有限公司，江蘇 南京 210000）

碳源是微生物延續(xù)生命、進(jìn)行繁殖的最基礎(chǔ)的能量和最常見的物質(zhì)，如果粗暴地去除污水中的碳源將會對污水的濃度產(chǎn)生很大的影響，不僅不利于污水處理廠的正常運行，還不利于資源化利用和生態(tài)凈化處理，因此應(yīng)該對碳源采取合理的應(yīng)用措施。

1 低濃度污水對生活污水廠產(chǎn)生的影響

當(dāng)前雖然已經(jīng)有眾多學(xué)者對低濃度進(jìn)水的污水處理展開了研究，但是仍然沒有一篇研究性學(xué)術(shù)報告中能夠科學(xué)地界定出低濃度污水的指標(biāo)以及濃度范圍。一般情況下，我們將低濃度污水定義為比設(shè)計濃度要小或者是COD濃度小于140 mg/L的污水。處理系統(tǒng)總是處于低有機負(fù)荷的運行狀態(tài)下，無法提供微生物生存所需的能量及養(yǎng)料，這樣很容易造成能源的浪費，同時還會使出水水質(zhì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.1 運行啟動耗費的時間過長

由于低濃度污水中BOD和COD濃度較低，沒有足夠的碳源所以使得處理構(gòu)筑物內(nèi)活性污泥具有緩慢的增長效率，很難提升MLSS的濃度，要想MLSS的濃度得到有效的提升，就需要采用長時間不排泥的控制方式來達(dá)到目的，而這種方式會使系統(tǒng)在啟動的時候耗費過長的時間。雖然低濃度進(jìn)水可以通過增加碳源投入量的方式來提升污水中有機物的濃度，但是如果采用不當(dāng)也不會起到良好的效果，同時也不是長期經(jīng)濟(jì)有效的方式。

1.2 過量曝氣影響污水廠的處理效果

在設(shè)計構(gòu)筑物中的曝氣系統(tǒng)時將進(jìn)水濃度參數(shù)作為參考依據(jù)，而生活污水廠的進(jìn)水總是比設(shè)計的濃度偏低，始終處于低濃度狀態(tài)[1]。這樣會產(chǎn)生大量的曝氣。構(gòu)筑物中如果曝氣含量太多，就會發(fā)生污泥上浮、破碎解體和活性污泥絮凝體膨脹的現(xiàn)象，從而提升了污水廠的出水濁度，以致于對系統(tǒng)的處理效果和穩(wěn)定運行狀況產(chǎn)生較大的影響，同時還會浪費更多的能量。

1.3 對除磷效果產(chǎn)生影響

通常情況下污水處理廠在去除污水中的磷時采用的有效方式是污泥排放，由于低濃度污水，降低了生物池中活性污泥的濃度，以致于大多數(shù)污水處理廠存集的污水時間較長，甚至有的就沒有排放過污泥。長期處于這種狀態(tài)下，就無法有效地去除生活污水中的磷，而污泥堆積的時間越長對污泥活性產(chǎn)生的影響越大，就會出現(xiàn)局部厭氧的狀態(tài)從而使磷再次被釋放出來。然后污水中的磷會在污水廠排放尾水的時候流入水體當(dāng)中，使得除磷效果得不到有效的提升。

1.4 會降低脫氮的效果

按照脫氮的理論，亞硝酸氮和硝酸氮在缺氧反硝化環(huán)節(jié)必須要有足夠的碳源進(jìn)行供給。當(dāng)污水中BOD5/TN>5的時候，這時的碳源處于充足的狀態(tài)，而低濃度污水中的BOD5/TN不能滿足此要求標(biāo)準(zhǔn)。實驗證明，碳氮比值C/N為5的時候，在結(jié)束缺氧期的時候，無法檢測到反應(yīng)器中的硝態(tài)氮，可見實現(xiàn)了完全反硝化，而當(dāng)碳氮比值C/N為3的時候，在結(jié)束缺氧期的時候會檢測到很高的硝態(tài)氮含量，這也充分證明了在碳源不足的情況下很容易出現(xiàn)脫氮率低的問題。如果長時間處于低濃度進(jìn)水的狀態(tài)中，微生物就沒有充足的碳源可利用，從而降低了反硝化能力，最終會降低處理系統(tǒng)的脫硝效果。

1.5 污泥濃度降低會使去除COD的效果降低

若生活污水廠總是處于低濃度進(jìn)水的狀態(tài)，就會使系統(tǒng)中的污泥絮體發(fā)生解體，生物相也會隨之發(fā)生改變，不斷降低污水的濃度，最終對含碳污染物的處理能力產(chǎn)生很大的影響。在低負(fù)荷運行達(dá)到一定時間段以后，就會降低污泥的沉降性能，在進(jìn)行尾水排放的時候會將污泥一并排出，這樣就會增加出水懸浮物中SS的濃度，從而降低了生活污水廠的處理效率，達(dá)不到良好的處理效果。

2 低濃度進(jìn)水產(chǎn)生的原因

2.1 生活排水中COD濃度較低

由于當(dāng)前節(jié)水型衛(wèi)生器具的價格較高，所以還沒有在居民中普及應(yīng)用。而傳統(tǒng)的衛(wèi)生器具雖然價格相對便宜，但是卻存在較高的耗水量等問題，這使得居民生活排水中含有的COD濃度較低[2]。另外，由于居民的用水習(xí)慣，尤其是在南方水資源充足的地方，用于洗浴排水的占比最大，這也對生活排水中的COD濃度產(chǎn)生了較大的影響，是低濃度進(jìn)水產(chǎn)生的重要原因。

2.2 化糞池的初級處理

化糞池采用厭氧發(fā)酵和沉淀的原理，對生活污水中的懸浮性有機物進(jìn)行有效的去除處理，對于處理構(gòu)筑物來說，屬于初級的過渡性處理。新建的小區(qū)已經(jīng)建設(shè)了化糞池等小型污水處理構(gòu)筑物，化糞池對于居民生活污水需要12~24 h的處理時間才能完成沉淀分解，可以將50%到60%的懸浮物去除掉，三級以上的化糞池的清液出水水質(zhì)已經(jīng)達(dá)到了一級排放標(biāo)準(zhǔn)，在很大程度上降低了污水中COD濃度。

2.3 污水管網(wǎng)中COD降解

隨著城市化建設(shè)的不斷加快，城市排水管網(wǎng)的輸水長度也隨之變大。管道局部部分因為工程質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，造成在輸水的過程中出現(xiàn)流速緩慢的問題，如果流速低于0.6 m/s就會使管道淤積。輸水管道較長、管道中的淤積情況嚴(yán)重能夠使污水中的有機物顆粒發(fā)生沉積和厭氧降解反應(yīng)，使得污水中的有機物濃度降低[3]。據(jù)實驗統(tǒng)計，當(dāng)管網(wǎng)中的污水距離大于5 km時，污水管網(wǎng)中COD的降解比例不低于10%。

2.4 外來水源和污水管滲漏造成的影響

因為城市管道在施工過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題和管道老化問題所造成的檢查井和管道滲漏問題較為嚴(yán)重。由于處在地下水位較高地區(qū)，所以排水管道中會滲入大量的地下水，從而對污水中COD的濃度產(chǎn)生一定的稀釋作用。在當(dāng)前大部分地區(qū)應(yīng)用的是合流制排水體制，當(dāng)大量雨水流入合流制管道中時，在剛開始時能夠?qū)⒐艿乐械某练e物沖刷干凈從而提高COD的濃度，但是長時間以后還是會降低污染物的COD濃度，使低濃度的進(jìn)水對生活污水處理廠造成影響。除此之外，游泳池、水景和施工用水等排水都會將污水排到污水管道中，這些多渠道的排水能夠?qū)ξ鬯艿乐械腃OD濃度造成很大的影響，隨著COD濃度的降低也逐漸造成了進(jìn)水濃度偏低的問題。

3 碳源在生活污水廠中的應(yīng)用

低濃度進(jìn)水產(chǎn)生的原因就是碳源氮源不足，導(dǎo)致生物污泥中的微生物不能得到生存所需的有機物質(zhì)，從而不能很好地生存和繁殖，尤其是絲狀菌和外殼分泌粘性物質(zhì)的其他真菌類不能很好地生存和發(fā)展[4]。因此在遇到這種情況的時候，可以采取投加碳源的方式，來對低濃度進(jìn)水進(jìn)行有效的處理。

碳源在生活污水廠中的應(yīng)用通常是在以下情況下進(jìn)行碳源的補充：

3.1 污水廠在馴化活性污泥階段

生活污水廠在初期建廠階段時，在生物池中還沒有微生物，需要培養(yǎng)和馴化一些微生物，這個微生物進(jìn)行培養(yǎng)聚集和馴化的過程也就是微生物對數(shù)增殖期，在這個階段中需要大量的碳源來維持微生物的生存，并促進(jìn)微生物不斷地進(jìn)行繁殖。城市生活污水中有機污染物的含量作為碳源不能滿足微生物生存和繁殖的需求。而生活污水中的碳源屬于復(fù)雜的有機物不能使微生物在生長初期進(jìn)行有效的吸收利用，而為了快速地培養(yǎng)活性污泥，避免形成低濃度進(jìn)水，就要采取投加碳源的方式來促進(jìn)微生物的生長和繁殖。

3.2 污水廠在低濃度進(jìn)水情況下對碳源的應(yīng)用

在大多數(shù)的生活污水處理廠中，尤其是收集人口少，收納范圍小的污水廠，污水的碳源組成比例和我們常規(guī)認(rèn)定的100∶5∶1的比例是不匹配的。有的是因為進(jìn)水水質(zhì)受到了地下水滲流和雨污合流等影響，使得水中含有的有機污染物不斷降低，碳源過少，但是磷和氮的含量卻非常高，為了使這樣的水質(zhì)中的氮磷含量能夠達(dá)標(biāo)，在對其進(jìn)行處理的過程中，需要使生物池中的活性污泥含有一定的微生物數(shù)量，只有保證了充足的微生物數(shù)量才能有效地對水質(zhì)中的磷和氮進(jìn)行降解，這樣就會產(chǎn)生較低的有機負(fù)荷和極低的食微比F/M，當(dāng)食微比F/M非常低的時候就會使活性污泥老化解體，對出水水質(zhì)產(chǎn)生影響，造成出水水質(zhì)超標(biāo)的問題。在這種情況下也需要通過投加碳源來滿足微生物的需求，提高微生物的活性，因此，在進(jìn)水濃度受到影響的狀態(tài)下必須進(jìn)行碳源的補充。

4 低濃度進(jìn)水的生活污水廠合理利用碳源的方法分析

碳源是促進(jìn)微生物不斷進(jìn)化和繁殖的基礎(chǔ)和能量庫，也是組織細(xì)胞中重要的構(gòu)成部分，微生物從獲取碳源的過程中，也能增強碳素的循環(huán)再生，推動碳素的利用。碳源會在人類生產(chǎn)過程中和自然發(fā)展過程中產(chǎn)生大量的消耗，另外在生化反應(yīng)、設(shè)備故障和工藝方法等作用下，會使碳源進(jìn)入環(huán)境介質(zhì)中[5]。碳源一旦比自然環(huán)境的自我凈化能力還要高，就會成為污染物，因此要對碳源進(jìn)行合理利用。碳源通常應(yīng)用在污水處理廠中，能夠?qū)Φ蜐舛冗M(jìn)水進(jìn)行有效處理，因此將碳源合理地應(yīng)用到低濃度進(jìn)水的生活污水廠中，發(fā)揮其最大化功效。

4.1 碳源對低濃度進(jìn)水狀態(tài)下的脫氮處理

低濃度進(jìn)水主要是污水中COD濃度低所造成的，而碳源能夠使污水中的COD濃度和TN濃度比值處于最佳的狀態(tài)。對于脫氮處理來說，當(dāng)碳源不同的時候，COD濃度和TN濃度比值也會發(fā)生相應(yīng)的變化。一般情況下，當(dāng)BOD5/TKN<2.5時，脫氮處理不能達(dá)到理想的效果；隨著BOD5/TKN值的不斷升高，脫氮處理的效果也會越來越好。實驗表明，碳源能夠提升硝態(tài)氮的去除率。而且在低濃度污水中加入碳源、葡萄糖、乙酸、乙醇和甲醇能夠使系統(tǒng)中的微生物快速地進(jìn)行新陳代謝，有效地提升脫氮的效果，而要想對低濃度進(jìn)水進(jìn)行有效處理，使碳源得到合理利用，應(yīng)該在進(jìn)水TN濃度突然升高的基礎(chǔ)上加大碳源的投入，這樣才能對TN濃度進(jìn)行最好的控制，而不需要重復(fù)投加。

4.2 在污水除磷中的利用

隨著污水處理技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們生活結(jié)構(gòu)的不斷變化，生活污水處理廠由原本的以BOD和COD為主要目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)變以去除總磷總氮為主要目標(biāo)，污水中對磷和氮的去除需要足夠的碳源并能有效利用。污水在去除磷脫氮的時候每1 g就需要2.86 g的BOD，從當(dāng)前我國的污水水質(zhì)情況來看，對于碳源的需求還無法得到滿足。為了能夠使去磷脫氮的效果達(dá)到最佳，需要在污水處理系統(tǒng)的缺氧脫氮環(huán)節(jié)中投入適量的甲醇、葡萄糖和醋酸鈉等有機物，并將其作為碳源和電子供體，這樣可以促進(jìn)去磷脫氮的有序開展，但是在這個過程中存在很復(fù)雜的控制過程，而且還存在計量不足和超量的現(xiàn)象，同時還在一定程度上提升了污水去磷脫氮的成本，經(jīng)濟(jì)性較差。依據(jù)固相反硝化原理，眾多的科研人員在選擇生物反硝化碳源的時候開始將農(nóng)業(yè)廢棄物等天然的纖維素物質(zhì)作為主要的碳源，通過有效地應(yīng)用碳源，一方面可以使去磷脫氮的過程更加順利，效果達(dá)到最佳；另一方面也使污水中的有機化合物和固體廢棄物都能得到有效利用，發(fā)揮最大的資源化效用。但是需要引進(jìn)重視的是：在異樣反硝化的過程中需要易生物降解有機化合物，而對于天然纖維素物質(zhì)的可生化性以及效果應(yīng)該加強研究。

4.3 選擇合理的工藝

對于低濃度進(jìn)水的生活污水處理來說，傳統(tǒng)的活性污泥處理法已經(jīng)無法取得最佳的處理效果，因此，可以通過選擇合理的工藝或改善工藝的方式來提升處理效果。其中生物膜法就是一種效果較好的處理方式，能夠?qū)M(jìn)水的濃度進(jìn)行有效改善。在正常運行狀態(tài)下能夠使含有BOD5的污水從20~30 mg/L降到5~10 mg/L，對于污水量不大的污水來說使用生物膜法效果最好。從當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況出發(fā)，對低濃度污水的處理方法采用有效的改良工藝，例如A2O工藝可以在好氧、預(yù)缺氧選擇池的設(shè)置、分點進(jìn)水等方面對工藝進(jìn)行有效改良，不僅可以對低濃度污水得到有效的降低，還能使碳源的作用得到最大發(fā)揮，增強去磷脫氮的效果。

5 結(jié)束語

綜上所述，低濃度進(jìn)水對于生活污水處理廠的正常運行有很大的影響，不能使污水得到有效的處理，同時也不能有效地消除污染物。而通過對低濃度進(jìn)水產(chǎn)生原因的分析，可以發(fā)現(xiàn)碳源的投入對于進(jìn)水的濃度有很大的改善作用，能夠通過改變COD濃度來對污水進(jìn)行有效處理，因此，應(yīng)該有效合理地應(yīng)用碳源，使其發(fā)揮最大化作用。另外，還要結(jié)合污水廠的實際情況，通過選擇合理的工藝來對生活污水處理進(jìn)行優(yōu)化，提升碳源的利用率，使污水廠的處理效果得到明顯提升，以便發(fā)揮污水廠的最大化環(huán)境效益。