淺談碳源投加位置對AAO工藝污水脫氮除磷效果的影響

陳瑞琦

（廈門水務(wù)中環(huán)污水處理有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

根據(jù)《水污染防治行動計(jì)劃》，污水排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18918—2002的一級A標(biāo)準(zhǔn)中，出水總氮低于15mg/L，出水總磷低于0.5mg/L。通常生物脫氮要求進(jìn)水BOD/TN＞4，即碳氮比＞4，反硝化脫氮的原理是必須要以有機(jī)物碳源作為電子供體，將亞硝氮或硝氮還原為氮?dú)猓F(xiàn)在我國許多城市的污水處理廠常因進(jìn)水碳源不足，影響后續(xù)的脫氮效果，為了保證出水總氮能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要在處理過程中補(bǔ)充碳源。

該文以廈門某水質(zhì)凈化廠為例，淺談在污水處理廠不同工藝段投加碳源對脫氮除磷效果的影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)方法

該試驗(yàn)在廈門某水質(zhì)凈化廠進(jìn)行，該廠的二級生化處理采用AAO氧化溝工藝，深度處理采用反硝化生物濾池工藝，出水水質(zhì)指標(biāo)執(zhí)行《廈門市水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB35 322—2018）C級排放限值及《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，即COD≤50mg/L，TN≤15mg/L工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

微生物與污水中有機(jī)污染物質(zhì)充分混合接觸，進(jìn)而將其吸收并分解的場所。微生物交替處于厭氧和好氧狀態(tài)，利用聚磷菌聚磷作用，將磷轉(zhuǎn)移到污泥中除去；利用內(nèi)回流系統(tǒng)將好氧段的混合液回流到缺氧段，通過微生物反硝化作用產(chǎn)生氮?dú)?，從而脫氮?/p>

反硝化深床濾池是集生物脫氮及過濾功能合二為一的處理單元，采用特殊規(guī)格及形狀的石英砂作為反硝化生物的掛膜介質(zhì)，過濾中，硝態(tài)氮通過微生物膜的作用轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀懦觯詈筮_(dá)到一個(gè)具有脫氮和去除懸浮物功能的構(gòu)筑物。

試驗(yàn)期間，該廠進(jìn)水COD在106mg/L～388mg/L，均值為211mg/L，進(jìn)水TN在19.9mg/L～46.6 mg/L，均值為34.3mg/L，處理水量在23萬m～27萬m，均值為24.7萬m，碳氮比在1.20～4.47，均值為2.71，試驗(yàn)在夏天進(jìn)行，水溫為23℃～29℃。

該文研究的進(jìn)水水質(zhì)均值情況見表1。

表1 進(jìn)水水質(zhì)

試驗(yàn)中碳源選取30%乙酸鈉溶液，通過廠內(nèi)原設(shè)有的加藥管路進(jìn)行投加。

該試驗(yàn)根據(jù)碳源投加的位置不同設(shè)置了3個(gè)試驗(yàn)，每次試驗(yàn)10天，第I階段將碳源全部投加在反硝化濾池進(jìn)水前端，第Ⅱ階段將碳源一半投加在AAO氧化溝缺氧段進(jìn)水前端，一半投加在反硝化濾池進(jìn)水前端，第Ⅲ階段是將碳源全部投加在AAO氧化溝缺氧段進(jìn)水前端，見表2。

表2 碳源投加位置

試驗(yàn)期間盡量不改變廠里主要工藝參數(shù)，外回流比控制在55%～60%、內(nèi)回流比165%～170%，污泥濃度3000mg/L～4000mg/L，溶解氧0.5mg/L～1.5mg/L。反硝化濾池安排每天反沖洗一次，驅(qū)氮每4h～6h一次。

1.2 水質(zhì)檢測方法

COD采用重鉻酸鉀法，TN采用紫外分光光度法，硝態(tài)氮采用紫外分光光度法，TP采用鉬酸銨分光光度法。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 對總氮和硝態(tài)氮的影響

采用不同進(jìn)水碳氮比進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)水碳氮比選取3.5，3.0，2.5和2.0，觀察碳源在不同工藝段投加時(shí)反硝化過程中各項(xiàng)指標(biāo)的去除情況。

如圖2所示，當(dāng)進(jìn)水碳氮比為3.5時(shí)，進(jìn)水碳源較為充足，此時(shí)乙酸鈉平均藥耗為55.1mg/L，投加在3個(gè)階段的出水總氮去除率都能達(dá)到74%以上。當(dāng)進(jìn)水碳氮比為3.0時(shí)，降低乙酸鈉的投藥量，乙酸鈉的平均藥耗為40.6mg/L，總氮去除率為73.7%。當(dāng)進(jìn)水碳氮比為2.5時(shí)，乙酸鈉的平均藥耗為51.5mg/L，總氮去除率為72.4%。

圖2 碳氮比對出水總氮和硝態(tài)氮的影響

當(dāng)進(jìn)水碳氮比為2.0時(shí)，乙酸鈉的平均藥耗為42.9mg/L，總氮去除率為71.9%。說明當(dāng)進(jìn)水碳氮比在3.0以上、乙酸鈉藥耗在40mg/L時(shí)，總氮還是能夠保持較高的去除率，隨著進(jìn)水碳氮比進(jìn)一步一步下降，需要加大乙酸鈉的藥耗補(bǔ)充碳源，才能保證出水總氮的去除率在70%以上。

觀察不同的碳源投加位置對硝態(tài)氮的影響。當(dāng)進(jìn)水碳氮比為3.5、乙酸鈉投加在反硝化濾池進(jìn)水端即第I階段時(shí)，反硝化濾池出水硝態(tài)氮的平均去除率為37%。當(dāng)乙酸鈉開始在氧化溝進(jìn)水端投加即第Ⅱ階段時(shí)，硝態(tài)氮的去除率相比第I階段出現(xiàn)下降。當(dāng)?shù)冖箅A段時(shí)，硝態(tài)氮的去除率進(jìn)一步下降，甚至出現(xiàn)負(fù)數(shù)的情況，即反硝化濾池出水的硝酸鹽氮數(shù)值會高于氧化溝出水硝酸鹽氮，說明當(dāng)投加在反硝化濾池進(jìn)水端的乙酸鈉數(shù)量不足時(shí)，反硝化濾池內(nèi)的反硝化反應(yīng)不完全。另外，由于該廠反硝化濾池前端的工藝段高效沉淀池出水有跌落現(xiàn)象，會充氧發(fā)生硝化反應(yīng)，因此出水硝酸鹽氮數(shù)值會升高。因第Ⅲ階段氧化溝出水端所測硝酸鹽氮濃度已降低至8.8mg/L，即使后續(xù)工藝段硝酸鹽氮濃度上升，出水硝態(tài)氮濃度最高為11.2mg/L，出水總氮仍然能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)進(jìn)水碳氮比分別為3.0、2.5、2.0時(shí)，均為第Ⅰ階段硝態(tài)氮的平均去除率最高，到了第Ⅱ、Ⅲ階段，硝態(tài)氮去除率逐步下降。

如圖3所示，三個(gè)階段的碳源投加，反硝化濾池出水硝態(tài)氮和出水總氮均在15mg/L以下，出水總氮可滿足《廈門市水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB35 322—2018）C級標(biāo)準(zhǔn)，且對總氮的去除率都能達(dá)到50%以上。第Ⅰ階段乙酸鈉平均藥耗為58.3mg/L，第Ⅱ階段的平均藥耗為47.9mg/L，第Ⅲ階段的平均藥耗為33.5mg/L，隨著試驗(yàn)進(jìn)展，逐步減少乙酸鈉的投加量，乙酸鈉藥耗從最高的79.5mg/L降至最低26.0mg/L，期間出水總氮數(shù)值較為穩(wěn)定，均能夠滿足廈門市地標(biāo)C級標(biāo)準(zhǔn)?？梢钥闯?，當(dāng)乙酸鈉投加在氧化溝進(jìn)水端，出水總氮能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，且藥耗較低，較為經(jīng)濟(jì)。

圖3 碳源在不同工藝段投加對出水總氮和硝態(tài)氮的影響

2.2 對總磷的影響

如圖4所示，觀察在不同工藝段投加碳源對總磷的影響，其中第I階段的進(jìn)水碳磷比為20.0，乙酸鈉平均藥耗為52.9mg/L，第Ⅱ階段的進(jìn)水碳磷比為21.7，乙酸鈉平均藥耗為47.9mg/L，第Ⅲ階段的進(jìn)水碳磷比為23.1，乙酸鈉平均藥耗為33.5mg/L，隨著進(jìn)水碳磷比的增加，乙酸鈉藥耗逐步下降，出水總磷幾乎都在0.1mg/L以下。第Ⅰ階段總磷的平均去除率在98%以上，第Ⅱ階段當(dāng)乙酸鈉同時(shí)投加在氧化溝進(jìn)水前端和反硝化濾池進(jìn)水前端時(shí)，總磷去除率出現(xiàn)波動，但去除率還是在92%以上，第Ⅲ階段當(dāng)乙酸鈉全部投加在氧化溝進(jìn)水前端時(shí)，雖然乙酸鈉藥耗減少了，但是總磷去除率達(dá)到 98% 以上，保持較高的水平，說明乙酸鈉無論投加在氧化溝進(jìn)水端還是投加在反硝化濾池進(jìn)水端，對總磷都有較好的去除效果。

圖4 碳源在不同工藝段投加對出水總磷的影響

2.3 對COD的影響

在不同工藝段投加碳源如圖5所示，第Ⅰ階段出水COD均值為14.7mg/L ，乙酸鈉藥耗為58.4mg/L，COD去除率為92%；第Ⅱ階段出水COD均值為17mg/L，乙酸鈉藥耗為47.9mg/L，COD去除率為92.3%；第Ⅲ階段出水COD均值為20mg/L，乙酸鈉藥耗為33.5mg/L，COD去除率為89.3%，與其他兩個(gè)階段相比，第Ⅲ階段的出水COD均值有所上升，COD去除率下降，說明該階段的碳源沒有全部利用完，造成出水COD數(shù)值增長，但是出水COD仍可滿足《廈門市水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB35 322—2018）C級標(biāo)準(zhǔn)，且COD的去除率都能達(dá)到82%以上。綜上，當(dāng)乙酸鈉投加在氧化溝進(jìn)水端時(shí)，所用藥耗最低，能達(dá)到相應(yīng)的處理效率。

圖5 碳源在不同工藝段投加對出水COD的影響

2.4 環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益分析

對上述試驗(yàn)進(jìn)行比較可知，當(dāng)乙酸鈉投加在反硝化濾池進(jìn)水前端時(shí)平均藥耗為58.4mg/L，當(dāng)乙酸鈉投加在氧化溝進(jìn)水前端時(shí)的平均藥耗為33.5mg/L，在處理效率相近的情況下，乙酸鈉投加在氧化溝進(jìn)水端時(shí)藥耗更低，一年能減少乙酸鈉加藥量約200噸，乙酸鈉的采購價(jià)格經(jīng)常波動，按照平均采購價(jià)格1500元/噸來計(jì)算，一年節(jié)省費(fèi)用約30萬元。

3 結(jié)論

在反硝化濾池進(jìn)水端和氧化溝缺氧段補(bǔ)充碳源乙酸鈉之后，出水總氮、總磷均可實(shí)現(xiàn)一定的去除效果，出水指標(biāo)能夠滿足《廈門市水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB35 322—2018）C級標(biāo)準(zhǔn)。隨著乙酸鈉藥耗的增加，總氮去除率逐步提高。

當(dāng)進(jìn)水碳氮比在3.0以上、乙酸鈉藥耗在40mg/L時(shí)，總氮還是能夠保持較高的去除率，當(dāng)進(jìn)水碳氮比低于3.0，需要加大乙酸鈉的藥耗補(bǔ)充碳源，才能保證出水總氮的去除率在70%以上。

當(dāng)乙酸鈉投加在反硝化濾池進(jìn)水端時(shí)，可以有效去除硝態(tài)氮和總氮，但是當(dāng)乙酸鈉開始逐步投加在氧化溝缺氧段時(shí)，反硝化濾池出水硝態(tài)氮去除率下降，反硝化濾池的反硝化作用逐漸降低，再加上出水跌落充氧現(xiàn)象，會出現(xiàn)反硝化濾池出水硝態(tài)氮比氧化溝出水硝態(tài)氮高的情況。

當(dāng)乙酸鈉投加在氧化溝缺氧段時(shí)，雖然乙酸鈉的藥耗比投加在反硝化濾池進(jìn)水端的低，但出水總氮仍然能夠滿足《廈門市水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 35322—2018）C級 排 放限值及《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，因此在氧化溝缺氧段投加乙酸鈉藥劑，既能保持處理率，又能減少乙酸鈉藥耗。

綜上所述，乙酸鈉投加在氧化溝進(jìn)水前端、藥耗在40mg/L左右能有效減少乙酸鈉的使用量，節(jié)省藥耗，并且保證污染物的去除率。若該廠未來排放標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)提高，可考慮恢復(fù)在反硝化濾池進(jìn)水端投加碳源。