不同碳源在城鎮(zhèn)生活污水處理廠(chǎng)的生產(chǎn)性對(duì)比

文_賀萍 汪翠萍 朱琳琳

1.瀘州市興瀘污水處理有限公司 2.北京博匯特環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?3.北京博泰至淳生物科技有限公司

目前我國(guó)污水處理廠(chǎng)已達(dá)到近4000座，90%以上采用活性污泥法，總氮的去除主要依靠硝化反硝化工藝。由于我國(guó)城市污水實(shí)際C/N較低，大部分污水處理廠(chǎng)BOD5/TN＜2.59，80%的污水處理廠(chǎng)BOD5/TN＜3.6，僅有10%的污水處理廠(chǎng)＞4，因此在反硝化過(guò)程中不能滿(mǎn)足反硝化細(xì)菌的需要，有機(jī)碳源的不足嚴(yán)重影響力污水脫氮除磷效果。2018年4月生態(tài)環(huán)保部頒布了《關(guān)于加強(qiáng)固定污染源氮磷污染防治的通知》，要求污水集中處理設(shè)施于2018年6月底前安裝TN和（或TP）自動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備并與環(huán)境保護(hù)主管部門(mén)聯(lián)網(wǎng)。同時(shí)，部分省市對(duì)污水處理廠(chǎng)提出了準(zhǔn)IV類(lèi)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，即出水TN≤10mg/L。TN監(jiān)管力度的加強(qiáng)以及高排放標(biāo)準(zhǔn)要求促使污水處理廠(chǎng)TN必須持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，而我國(guó)污水C/N比不足以滿(mǎn)足TN去除要求，因此，補(bǔ)充外碳源已成為解決各污水廠(chǎng)TN達(dá)標(biāo)問(wèn)題的主要方法。

葡萄糖、醋酸鈉、甲醇是主要的碳源產(chǎn)品。甲醇COD當(dāng)量高，脫氮效率高，由于其屬于易燃易爆危險(xiǎn)品，在化工領(lǐng)域應(yīng)用較多，而我國(guó)污水廠(chǎng)應(yīng)用較少，多選用葡萄糖和醋酸鈉產(chǎn)品。葡萄糖和醋酸鈉等產(chǎn)品在污水廠(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中存在投加程序復(fù)雜、COD當(dāng)量較低、成本較高、冬季易結(jié)晶影響脫氮效果等工程問(wèn)題，因此市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些COD當(dāng)量高、易生物利用、投加簡(jiǎn)便、冬季不易結(jié)晶的專(zhuān)利碳源產(chǎn)品。為了篩選較優(yōu)質(zhì)的外碳源產(chǎn)品，分部選取工業(yè)葡萄糖、實(shí)用葡萄糖和專(zhuān)利碳源產(chǎn)品BioC-1M為外碳源，以本公司某城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)為研究對(duì)象，考察上述三種不同外碳源對(duì)脫氮效果、污泥產(chǎn)率及運(yùn)行成本的影響，以期能夠?yàn)槌擎?zhèn)污水處理廠(chǎng)外碳源選擇提供技術(shù)支撐。

1 工程概況及研究方法

1.1 污水廠(chǎng)概況

所選污水處理廠(chǎng)工程總規(guī)模為40000m3/d，分一期和二期，每期采用兩組系列，每個(gè)系列包含兩組CASS工藝，每組CASS池處理量約5000m3/d，每個(gè)周期為4h。出水滿(mǎn)足《城市污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 碳源材料性質(zhì)

本研究采用的BioC-1M為北京博匯特環(huán)?？萍脊煞萦邢薰咀灾餮邪l(fā)的新型高效生物發(fā)酵復(fù)合碳源，傳統(tǒng)碳源選擇工業(yè)級(jí)葡萄糖和食用級(jí)葡萄糖，三種碳源的基本性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 碳源性質(zhì)

1.3 試驗(yàn)條件和時(shí)間

試驗(yàn)選取二期四組CASS系列進(jìn)行對(duì)比研究，分別記作1#、2#、3#和4#池，其中1#和3#為I組，投加葡萄糖；2#和4#為II組，投加BioC-1M碳源。投加點(diǎn)設(shè)置在生物選擇區(qū)，投加時(shí)間為每個(gè)周期投加30min，投加量見(jiàn)表2。

表2 碳源投加階段說(shuō)明表

1.4 指標(biāo)分析方法

試驗(yàn)中各項(xiàng)目檢測(cè)方法按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》第四版（國(guó)家環(huán)?？偩?002年）中規(guī)定的分析方法進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)TN去除效果的影響

葡萄糖與BioC-1M對(duì)TN的去除效果見(jiàn)圖1。由圖可知，工業(yè)葡萄糖與BioC-1M相比達(dá)到一級(jí)A出水標(biāo)準(zhǔn)階段，工業(yè)葡萄糖投加量是BioC-1M投加量的4倍多，而其出水TN平均濃度比BioC-1M組高1mg/L；出水平均TN＞15mg/L的次數(shù)為6次，是BioC-1M組的2倍。食用葡萄糖與BioC-1M相比達(dá)到地標(biāo)準(zhǔn)IV類(lèi)出水標(biāo)準(zhǔn)階段，食用葡萄糖投加量是BioC-1M的1.48倍，出水平均TN≤10mg/L的次數(shù)僅為1次，而B(niǎo)ioC-1M組為4次。

經(jīng)核算，在出水達(dá)一級(jí)A階段，每去除1kgTN所消耗的碳源量分別為工業(yè)葡萄糖3.75～21.37kg/kgTN，平均為8.41 kg/kgTN ，BioC-1M為0.90～5.13 kg/kgTN，平均為2.02 kg/kgTN；在出水達(dá)地表準(zhǔn)IV類(lèi)階段，每去除1kgTN所消耗的碳源比值分別為食用葡萄糖2.34～5.10 kg/kgTN，平均為3.60 kg/kgTN ，BioC-1M為1.58～3.40 kg/kgTN，平均為2.43 kg/kgTN。

圖1 不同碳源對(duì)出水TN的影響效果

因此，BioC-1M比工業(yè)葡萄糖以及食用葡萄糖對(duì)于反硝化脫氮具有更顯著的去除效果。這主要是由兩方面原因造成，一是BioC-1M碳源成分主要是碳5以下的短鏈小分子有機(jī)物，反硝化細(xì)菌更容易利用短鏈小分子有機(jī)物作為電子供體進(jìn)行反硝化反應(yīng)，脫氮效率及穩(wěn)定性提高，而葡萄糖為碳6長(zhǎng)鏈有機(jī)物，在反硝化過(guò)程中無(wú)法被反硝化菌直接利用，需通過(guò)EMP途徑才能為反硝化提供電子供體；二是BioC-1M碳源為小分子有機(jī)物復(fù)合成分，而反硝化細(xì)菌為多種菌群結(jié)構(gòu)，因此更促進(jìn)了不同反硝化細(xì)菌參與反硝化反應(yīng)。

2.2 對(duì)TP去除效果的影響

不同碳源對(duì)TP去除的影響見(jiàn)圖2。I組（葡萄糖）TP出水濃度最大值和最小值分別為0.97和0.15mg/L，平均濃度為0.30mg/L；II組（BioC-1M）TP出水濃度最大值和最小值分別為0.62mg/L和0.14mg/L，平均濃度為0.26mg/L。投加BioC-1M復(fù)合碳源的II組TP出水低于，投加葡萄糖的I組出水TP，且波動(dòng)幅度減小。這是由于復(fù)合碳源有利于反硝化除磷細(xì)菌以硝酸根為電子受體完成吸磷，強(qiáng)化了反硝化除磷。

圖2 不同碳源對(duì)TP去除效果的影響

2.3 對(duì)COD去除效果的影響

不同碳源對(duì)COD去除效果的影響見(jiàn)圖3。由圖3可知，I組與II組出水COD全部達(dá)標(biāo)，遠(yuǎn)低于一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。II組（BioC-1M）出水COD最大濃度和最小濃度分別為26.35mg/L和6mg/L，均略低于I組（葡萄糖）。由此可以驗(yàn)證，BioC-1M碳源的生物可降解性很好，基本可以完全生物利用。

圖3 不同碳源對(duì)COD去除效果的影響

2.4 對(duì)污泥產(chǎn)量的影響

不同碳源對(duì)污泥產(chǎn)量（按80%脫水污泥計(jì)）的影響如圖4所示。按對(duì)比研究期間運(yùn)行30d進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，II組（BioC-1M）排泥量總和為173.23t，明顯少于I組（葡萄糖）排泥量252.02噸，減少排泥量為78.79t，即減少31.26%的污泥排放量。核算為噸水產(chǎn)泥量分別為：II組（BioC-1M）為5.77t/萬(wàn)t水，I組（葡萄糖）為8.4 t/萬(wàn)t水。

圖4 不同碳源對(duì)排泥量的影響效果

3 結(jié)論

（1）復(fù)合碳源BioC-1M對(duì)TN以及其他指標(biāo)的去除效率及穩(wěn)定性?xún)?yōu)于葡萄糖。BioC-1M投加量?jī)H為工業(yè)葡萄糖的24%、食用葡萄糖48%的投加量下，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)率和穩(wěn)定性更好，在地表準(zhǔn)IV類(lèi)的達(dá)標(biāo)率尤其顯著。經(jīng)生產(chǎn)性試驗(yàn)可知，每去除1kgTN所消耗的碳源比值平均分別為工業(yè)葡萄糖3.7～21.4kg/kgTN，食用葡萄糖2.3～5.1 kg/kgTN，BioC-1M為1.6～3.4 kg/kgTN。

（2）復(fù)合碳源BioC-1M與葡萄糖相比，污泥產(chǎn)量顯著降低。BioC-1M與葡萄糖相比，試驗(yàn)期間內(nèi)其污泥量減少了78.79t，處理水廠(chǎng)25%的水量其污泥產(chǎn)量?jī)H為水廠(chǎng)總泥量的17.7%。BioC-1M的噸水產(chǎn)泥率為5.77t/萬(wàn)t水，而葡萄糖為8.4～9.23t/萬(wàn)t水。

（3）復(fù)合碳源BioC-1M屬于液體碳源，直接計(jì)量泵投加，與固體葡萄糖相比，運(yùn)行操作更簡(jiǎn)單，節(jié)省了人員成本。