污水處理廠碳源葡萄糖投加對脫氮除磷效果實驗與分析 碳源是影響生化過程脫氮除磷能力與效率的主要因素。以葡萄糖為外加碳源條件下活性污泥處理系統(tǒng)總氮的去除效率從52%提高到73%，總磷的去除效果從80%提高到92%。從污水處理廠運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性考慮，碳源投加量在40mg/L的情況下能夠穩(wěn)定實現(xiàn)對總氮和總磷的出水要求。 市政污水處理中，存在碳源不足的情況，影響生化池的脫氮除磷的效果，對總體出水水質(zhì)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)不利，進而影響處理后水排入的環(huán)境水體。本文以污水處理廠碳源不足為背景，將葡萄糖作為碳源進行了對應(yīng)的除污凈化效果研究，對于整個污水處理廠的凈化能力而言，具有借鑒意義。 1污水處理廠碳源投加對脫氮除磷的重要性分析 碳源不足導(dǎo)致生化處理單元的脫氮除磷效果不能達(dá)到理想狀態(tài)，從而影響出水水質(zhì)的穩(wěn)定。生物脫氮，是反硝化細(xì)菌利用亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌聯(lián)合作用生成的硝酸鹽混合液，在缺氧條件下分解碳源產(chǎn)生的能量，將硝酸鹽轉(zhuǎn)換成氮氣；生物除磷，是聚磷菌在厭氧條件下分解進水中的碳源等營養(yǎng)物質(zhì)合成自身的能量同時釋放體內(nèi)的磷，再在好氧條件下利用合成的能量超量吸收磷，通過排除剩余污泥，達(dá)到除磷的效果。生物脫氮除磷過程中都需要使用碳源等營養(yǎng)物質(zhì)實現(xiàn)能量的生成，而進水碳源的不足，將影響脫氮除磷比較好效果的實現(xiàn)。所以在整個污水處理廠凈化處理中，碳源的選擇和投加對于整個污水處理廠凈化處理效果是很有必要的，只有保障了碳源選擇正確和有效投加，才能將整體的污水處理凈化效果。 2碳源投加選擇 2.1外加碳源 常用的外加碳源有甲醇、乙酸、酒業(yè)廢水、乙酸鹽、淀粉、葡萄糖和食品加工廢水等。表1所示常見的外加碳源的對比效果： 由表1中的對比結(jié)果可以看出，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，確定且經(jīng)濟合理的投加量。 2.2內(nèi)加碳源 內(nèi)加碳源指的是在污水處理凈化中直接借助污水處理中的自身性元素進行污水處理凈化，常見的污水處理內(nèi)加碳源凈化選擇有污水水解和污泥水解兩種。兩種不同的內(nèi)加碳源在實驗對比中，其對應(yīng)的實驗處理效果是不同的。污水水解中，對應(yīng)的水解時間控制在2～4h內(nèi)；而污泥水解時間也較長，通常情況下，水解時間控制在12～48h時，整個實驗中的污泥凈化效果會得到明顯的，但內(nèi)加碳源需要的構(gòu)筑物占地面積較大。 2.3碳源選擇 碳源的選擇對于整個污水處理廠凈化效果具有重要影響。本文以葡萄糖為外加碳源進行污水處理凈化效果研究。 3實驗方法與結(jié)果 3.1檢測方法選擇 按照此次實驗凈化處理需求，將對應(yīng)的實驗檢測方法歸納如表2： 3.2進水水質(zhì)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。 圖1是浙江某污水處理廠的2017年進水水質(zhì)。通過分析，全年進水COD平均值為240mg/L，進水BOD為111mg/L，進水總氮為43mg/L，總磷為5.78mg/L。來水中BOD/COD=0.46/0.45，通過可生化性分析，該進水屬于易生化廢水。碳氮比分析中，BOD/TN=2.58；而在日常分析中，碳氮比低至2.0～2.1；相關(guān)研究表明，碳氮比在4～5時，才能有較好的脫氮除磷效果。通過以上分析，本廠的進水雖然易生化，但是碳氮比較低，特別是在進水碳源較低的情況下，低碳源對于出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)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。 本文實驗研究中的進水水質(zhì)檢測如下表3所示： 3.3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，選定工業(yè)葡萄糖作為外加碳源（固體含量≥95.0%）。反應(yīng)容器采用5000mL塑料量筒，高度26.5cm，底部直徑18cm。來水采用上述浙江某污水處理廠的細(xì)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。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。 3.4葡萄糖投加 實際生產(chǎn)運行中，采用葡萄糖溶解為液體后，采用加藥泵投加。本實驗中，葡萄糖干燥后，采用固態(tài)投加方式投加，避免投加溶解態(tài)葡萄糖對實驗容器水量產(chǎn)生影響。4組實驗裝置中，葡萄糖起始投加濃度分別為0mg/L、20mg/L、40mg/L、80mg/L。 3.5外加碳源實驗結(jié)果分析 如圖2表示，葡萄糖作為外加碳源，在投加量分別為0、20mg/L、40mg/L和80mg/L情況下，總氮隨時間的變化值?？偟S反應(yīng)時間的延長，濃度逐漸降低，**終出水濃度分別為21mg/L、18mg/L、15mg/L和12mg/L。在投加碳源后，系統(tǒng)對脫氮的效果有所，對總氮的去除率分別為52%、59%、66%和73%。投加碳源達(dá)到20mg/L后出水滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002中的一級B標(biāo)準(zhǔn)，而且隨著投加量的增加，系統(tǒng)對總氮的處理效果增強。實驗表明：碳源的投加，保證了硝化細(xì)菌，特別是異養(yǎng)型反硝化細(xì)菌對碳源的需求，提高的脫氮的效果。 如圖3表示，葡萄糖作為外加碳源，在投加量分別為0、20mg/L、40mg/L和80mg/L情況下，總磷隨時間的變化值?？偭纂S反應(yīng)時間的延長，濃度逐漸降低，**終出水濃度分別為1.2mg/L、1.0mg/L、0.6mg/L和0.5mg/L。在投加碳源后，系統(tǒng)對除磷的效果有所，對總磷的去除率分別為80%、83%、90%和92%。投加碳源達(dá)到20mg/L后，出水均滿足一級B標(biāo)準(zhǔn)，而且隨著投加量的增加，系統(tǒng)對總磷的處理效果增強。 4結(jié)語 對于碳源較低的污水，葡萄糖作為外加補充碳源能夠提高生物脫氮除磷的效果。葡萄糖的投加量分別為0、20mg/L、40mg/L和80mg/L情況，總氮的去除效率從52%提高到73%，總磷的去除效果從80%提高到92%。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40mg/L的情況下能夠穩(wěn)定實現(xiàn)出水一級B的標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，在開展污水處理中，借助碳源投加能夠?qū)⑽鬯幚砩幚韱卧拿摰仔Ч蟻?，對于污水處理穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，具有一定的保障性。 污水處理氨氮超標(biāo)中常見的3種原因分析 1、有機物導(dǎo)致的氨氮超標(biāo) 運營過CN比小于3的高氨氮污水，因脫氮工藝要求CN比在4~6，所以需要投加碳源來提高反硝化的完全性。當(dāng)時投加的碳源是甲醇，因為某些原因甲醇儲罐出口閥門脫落，大量甲醇進入A池，導(dǎo)致曝氣池泡沫很多，出水COD、氨氮飆升，系統(tǒng)崩潰。 分析：大量碳源進入A池，反硝化利用不了，進入曝氣池，因為底物充足，異養(yǎng)菌有氧代謝，大量消耗氧氣和微量元素，因為硝化細(xì)菌是自養(yǎng)菌，代謝能力差，氧氣被爭奪，形成不了優(yōu)勢菌種，所以硝化反應(yīng)受限制，氨氮升高。 解決辦法： 1、立即停止進水進行悶曝、內(nèi)外回流連續(xù)開啟； 2、停止壓泥保證污泥濃度； 3、如果有機物已經(jīng)引起非絲狀菌膨脹可以投加PAC來增加污泥絮性、投加消泡劑來沖擊泡沫。 2、內(nèi)回流導(dǎo)致的氨氮超標(biāo) 目前遇到的內(nèi)回流導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)有兩方面原因：內(nèi)回流泵有電氣故障（現(xiàn)場跳停仍有運行信號）、機械故障（葉輪脫落）和人為原因（內(nèi)回流泵未試正反轉(zhuǎn)，現(xiàn)場為反轉(zhuǎn)狀態(tài)）。 分析：內(nèi)回流導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)也可以歸到有機物沖擊中，因為沒有硝化液的回流，導(dǎo)致A池中只有少量外回流攜帶的硝態(tài)氮，總體成厭氧環(huán)境，碳源只會水解酸化而不會完全代謝成二氧化碳逸出。所以大量有機物進入曝氣池，導(dǎo)致了氨氮的升高。 解決辦法： 內(nèi)回流的問題很好發(fā)現(xiàn)，可以通過數(shù)據(jù)及趨勢來判斷是否是內(nèi)回流導(dǎo)致的問題：初期O池出口硝態(tài)氮升高，A池硝態(tài)氮降低直至0，pH降低等，所以解決辦法分三種情況： 1、及時發(fā)現(xiàn)問題，檢修內(nèi)回流泵就可以了； 2、內(nèi)回流已經(jīng)導(dǎo)致氨氮升高，檢修內(nèi)回流泵，停止或者減少進水進行悶曝； 3、硝化系統(tǒng)已經(jīng)崩潰，停止進水悶曝，如果有條件、情況比較緊迫可以投加相似脫氮系統(tǒng)的生化污泥，加快系統(tǒng)恢復(fù)。 3、pH過低導(dǎo)致的氨氮超標(biāo) 目前遇到的pH過低導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)有三種情況： 1、內(nèi)回流太大或者內(nèi)回流處曝氣開太大，導(dǎo)致攜帶大量的氧進入A池，破壞缺氧環(huán)境，反硝化細(xì)菌有氧代謝，部分有機物被有氧代謝掉，嚴(yán)重影響了反硝化的完整性，因為反硝化可以補償硝化反應(yīng)代謝掉堿度的一半，所以因為缺氧環(huán)境的破壞導(dǎo)致堿度產(chǎn)生減少，pH降低，低于硝化細(xì)菌適宜的pH之后硝化反應(yīng)受抑制，氨氮升高。這種情況可能有些同行會遇到，但是從來沒從這方面找原因。 2、進水CN比不足，原因也是反硝化不完整，產(chǎn)生的堿度少，導(dǎo)致的pH下降。 3、進水堿度降低導(dǎo)致的pH連續(xù)下降。 分析：pH降低導(dǎo)致的氨氮超標(biāo)，實際中發(fā)生的概率比較低，因為pH的連續(xù)下降是一個過程，一般運營人員在沒找到問題的時候就開始加堿去調(diào)節(jié)pH了 解決辦法： 1、pH過低這種問題其實很簡單，就是發(fā)現(xiàn)pH連續(xù)下降就要開始投加堿來維持pH，然后再通過分析去查找原因。 2、如果pH過低已經(jīng)導(dǎo)致了系統(tǒng)的崩潰，目前筆者接觸過pH在5.8~6的時候，硝化系統(tǒng)還沒有崩潰的情況，但是及時將pH補充上來，首先要把系統(tǒng)的pH補充上來，然后悶曝或者投加同類型的污泥。

不同碳源利弊分析 1、儲存、運輸?shù)葪l件的綜合對比： 甲醇是易燃易爆危險品，長期接觸甲醇可使人致盲。企業(yè)使用甲醇須取得危險品使用許可證，且使用甲醇要求設(shè)備須是防爆設(shè)備，因此固定資產(chǎn)投資大，后期運維成本高。使用甲醇的企業(yè)VOC也很難達(dá)標(biāo)，受政府部門監(jiān)管成本高。而乙酸鈉和葡萄糖則沒有上述缺點。 2、降氮效果以及速率的對比： 通過模擬水廠厭氧、缺氧條件，在污水中加入同等COD值的不同碳源，攪拌兩小時，每半小時分別取樣，測定總氮的變化數(shù)據(jù) 可以得出乙酸鈉是反應(yīng)迅速的碳源，同時對總氮的降低程度也是的，甲醇和葡萄糖基本相當(dāng)。甲醇和葡萄糖生物利用率低，次生成本高，雖然甲醇單價便宜，但由于生物利用速率低，過多的甲醇沒有被利用，浪費嚴(yán)重，不僅如此，這些過量甲醇進入下一步工藝會滋生大量菌泥，推高水廠處理菌泥的成本。而乙酸鈉因其性則會縮短污水處理周期，從而提高生產(chǎn)效率，了污水日處理量。 3、對比碳源對污泥馴化時間的影響 通過查閱各種資料得知，甲醇需要經(jīng)過29天的馴化污泥才會達(dá)到穩(wěn)定的反硝化效果，葡萄糖需要23天，而乙酸鈉投加之內(nèi)就可以達(dá)到穩(wěn)定的效果。 4、各種碳源在污泥中的被利用的模式： 甲醇需要先變成甲醛，在變成甲酸才能被污泥中的反硝化細(xì)菌利用；葡萄糖為六個碳的有機物，不能被微生物利用，需要在水中先分解為三個碳的有機物才能被利用；而乙酸鈉可直接被微生物利用，在三種碳源中快速的被利用。 綜上所述： 葡萄糖的利用率，降氮速率更不能和醋酸鈉相比；考慮到運輸，儲存以及價格乙酸鈉和甲醇綜合經(jīng)濟性相差無幾，甚至比甲醇更合適，所以乙酸鈉是到目前為止，所發(fā)現(xiàn)的碳源中，效，環(huán)保，生物利用率的碳源。