低C/N比污水脫氮技術研究

徐超 王晨 周長波

摘 要：生物脫氮技術是通過硝化和反硝化菌來實現氮的去除，而充足的碳源是反硝化菌高效脫氮的關鍵，研究表明，只有當C/N>4時才可給反確化細菌提供適量的碳源，使得生物脫氮正常進行，達到TN達標排放。針對低C/N比污水傳統生物脫氮碳源不足、脫氮效率不高等問題，文章闡述了幾種有效處理低C /N比污水的組合工藝、連續流一體化間歇曝氣膜生物反應器（IMBR）等新工藝及分段進水、外加碳源等強化措施，并對這些技術和工藝的應用情況進行了簡要分析。

關鍵詞：低C/N比 污水 脫氮技術 碳源不足

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（a）-0093-02

1 引言

根據對我國現有的785座城鎮污水處理廠進行的調査統計，有高達65%以上的污水處理廠存在碳源不足的現象，43%的污水處理廠的進水m（BOD5）/m（TKN）<3，進水中的C/N比值較低現象更加普遍，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C/N>4時才可給反確化細菌提供適量的碳源，使得生物脫氮正常進行，達到TN達標排放[2]。對于低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菌對脫氮的要求，致使TN去除率不高成為正常現象[3]。低C/N比污水使用傳統活性污泥工藝處理時由于碳源不足而脫氮效率較低，若排放水體則存在富營養化潛在危險，若增加深度處理則存在運行成本高、占地面積大、脫氮也不徹底等問題。而新的生物脫氮工藝又不成熟，工程應用上存在很多問題，因此低C/N比污水的高效脫氮成為當今水處理技術上的一個難題[4]。

2 處理低C/N比污水的組合工藝

A/O+Anammox 工藝可實現低C/N比城市污水的高效脫氮；在進水總氮（TN）平均質量濃度為62.01 mg/L，溶解性COD/TN （C/N）為2.42的條件下，出水TN 平均質量濃度為11.48 mg/L，NH4+-N平均質量濃度為1.83 mg/L，可以達到國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準；A/O反應器中TN去除占該工藝TN去除量的51.13%，主要通過缺氧反硝化、好氧同步硝化反硝化和剩余污泥排放實現；AO反應器出水ρ（NO2-N）/ρ（NH4+-N）可控制在1.0左右，滿足后續厭氧氨氧化對進水的要求。Anammox 反應器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污水實現高效脫氮的關鍵原因[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，通過縮短A2/O的泥齡，將硝化過程從A2/O中分離出去，讓曝氣生物濾池完成硝化，實現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，實現了A2/O-曝氣生物濾池工藝對低C/N比生活污水中有機物、氮和磷的同步去除。宋宏賓等[7]設計了水產養殖用水的三級生物膜短程硝化-反硝化處理工藝，并對該工藝在去除模擬水產養殖廢水主要污染物的作用進行了初步研究。研究結果表明，在進水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到94.4%、91.6%和70.1%；并且低C/N比對出水氨氮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-反硝化工藝設計，可用于低C/N比水產養殖廢水主要污染物的生物處理，尤其是可消除NO2- -N對水產養殖的潛在威脅，基本達到養魚回用標準。

3 處理低C/N比污水的強化措施

3.1 分段進水

分段進水工藝由于具有污泥濃度高、水力停留時間短、碳源利用率高、氮磷去除穩定高效、節省內回流等特點被國內外廣泛研究、應用。因此，分段進水技術可為低濃度、低C/N廢水處理提供一條達一級A 標準的新途徑[8]。劉山虎等[9]采用分段進水SBR工藝處理低C/N值含鹽廢水，研究發現適當的分段進水方式和進水比例，可節省后續反硝化時間和反硝化外碳源需求量，實現高效脫氮、降低運行成本的同時防止N2O的大量釋放。馬娟等[10]研究了CAST工藝處理低C/N實際生活污水的脫氮性能，研究發現采用分段進水交替A/O運行模式可大幅改善系統脫氮性能，且TN去除率隨著交替次數的增多而提高，交替4次平均去除率達87.23%。曹貴華等[11]采用改良A/O分段進水工藝處理我國南方低濃度、低碳氮比城市生活污水。經過150d的連續運行，得到系統最佳流量分配比為20%：35%：35%：10%；在此工況下COD、氨氮、總氮、總磷出水水質分別為33.05 mg/L、0.58 mg/L、9.26 mg/L、0.46 mg/L，出水優于國家GB-18918-2002一級A排放標準。原水COD絕大部分作為厭氧釋磷和反硝化脫氮所需碳源，系統對碳源有效利用率達74%；DO和ORP的協同控制可以作為系統厭氧放磷段的控制參數；同時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。

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池中有機物及氮元素的變化規律，結果表明未投加外碳源時TN的去除率為52.3%，脫氮效果不理想。當乙酸鈉作外碳源，投加量為50mgCOD/L時，TN的去除率明顯提高，達到74.5%。

4 新工藝

陸謝娟[4]針對低C/N比污水現狀，克服目前膜生物反應器應用于污水回用存在的脫氮不徹底問題，開發了連續流一體化間歇曝氣膜生物反應器（Intermittent-aeration Membrane Biological Reactor，IMBR）。IMBR集曝氣、沉淀、膜濾于一體，通過三相分離器將反應區與膜室結合形成一體化構造來強化脫氮，實現污泥自回流，節省污泥回流費用，同時由于反應器上部進水中有機物的不斷補充，滿足反硝化所需碳源，降低了投加碳源的運行成本，提高了脫氮效果。

5 結語

在低C/N條件下，傳統生物脫氮工藝不能達到高效脫氮目的時，可以考慮通過新工藝或者工藝組合達到高效脫氮的目標；也可以考慮采用分段進水或者外加碳源等強化措施達到高效脫氮的目的。總之，應結合實際污水性質及現存的污水處理設施，選擇和確定合適的處理工藝和強化措施。

參考文獻

[1] 孫永利，許光明，游佳，等.城鎮污水處理廠外加商業碳源的選擇[J].中國給水排水，2010，26（19）：84-86.

[2] 孫振世，柯強，陳英旭.SBR生物脫氮機理及其影響因素[J].中國沼氣，2001，19（2）：16-19.

[3] 王盈盈.倒置A2/O-MBR工藝強化低C/N比污水脫氮除磷效果研究[D].北京交通大學碩士學位論文，2013.

[4] 陸謝娟.低C/N比污水間歇曝氣MBR脫氮研究[D].華中科技大學博士學位論文，2010.

[5] 馬斌，張樹軍，王俊敏，等.A/O+Anammox工藝處理低C/N城市污水的脫氮性能[J].中南大學學報（自然科學版），2011，42（8）：2526-2530.

[6] 陳永志，彭永臻，王建華，等.A2/O-曝氣生物濾池工藝處理低C/N比生活污水脫氮除磷[J].環境科學學報，2010，30（10）：1957-1963.

[7] 宋宏賓，蔣進元，周岳溪，等.低C /N比水產養殖廢水生物脫氮實驗研究[J].環境工程學報，2010，4（5）：998-1002.

[8] 曹貴華.改良A2/O分段進水工藝處理低C/N市政廢水的性能與優化控制[D].北京工業大學博士學位論文，2013.

[9] 劉山虎，潘綿立，趙偉，等.分段進水SBR處理低C/N值含鹽廢水的脫氮效果[J].中國給水排水，2013，29（5）：5-9.

[10] 馬娟，彭永臻，王淑瑩，等.CAST工藝處理低C/N生活污水的強化脫氮性能[J].環境工程學報，2009，3（2）：234-238.

[11] 曹貴華，王淑瑩，彭永臻，等.流量分配比對改良A/O分段進水脫氮除磷特性的影響[J].化工學報，2012，63（4）：1249-1257.

[12] 崔新偉，謝麗，畢曄，等.Shim H J.倒置A2/O—MBR工藝處理低C/N生活污水脫氮性能研究[J].給水排水，2012，38（9）：132-136.