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也在日益加快。

城鎮(zhèn)污水處理廠的提標改造，主要技術難點即為脫氮除磷，在工程實踐中，往往通過加藥輔助化學除磷，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，以期實驗結果對新建污水廠或污水廠提標改造工藝設計提供參考借鑒。

2.外加碳源簡介

生物脫氮主要包括硝化反應和反硝化反應兩個階段。在實際工程中，反硝化反應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性能以及反應條件的應用上都存在差別，要想保障整體的碳源投加效果，應選擇合適的碳源，確定高效且經濟合理的投加量。甲醇應用范圍廣泛，本次研究分析甲醇的投加條件和投加量。

3.實驗方法和結果

3.1進水水質分析

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年進水水質監(jiān)測報告結果為，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，反應器內污泥濃度控制在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。實驗裝置共計設置4組。

3.3 外加碳源的投加

實際生產運行中，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，在污水處理廠設計與建設中，借助碳源投加能夠將污水處理生化處理單元的脫氮效果提升上來，對于污水處理穩(wěn)定達標，具有一定的保障性。