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污水處理中反硝化碳源的選擇方法

發(fā)布時間:2020-11-30

閱讀文字: 【

隨著國家對廢水排放標準的提高,其中總氮排放的要求也進一步提高,尤其一些地區(qū)要求市政污水處理廠提標到地表水準四類標準,其中要求總氮小于10PPM,為保證總氮達標排放,通過外加碳源降低污水中總氮的量,成為了目前唯一適用于實踐的手段。

一、碳源介紹
目前市面上常用的碳源:甲醇、乙酸、乙酸鈉、面粉、葡萄糖、生物質(zhì)碳源及污泥水解上清液等。在使用過程中,需要根據(jù)實際工程情況選擇合適的碳源?,F(xiàn)對各種常用的碳源進行對比,分析各種碳源的優(yōu)缺點:

1、甲醇
甲醇作為外碳源具有運行費用低和污泥產(chǎn)量小的優(yōu)勢,在甲醇碳源不足時,存在亞硝酸鹽積累的現(xiàn)象。以甲醇為碳源時的反硝化速率比以葡萄糖為碳源時快3倍,其最佳碳氮比(COD:氨氮)為 2.8~3.2 。
但甲醇作為外加碳源時,有以下3點問題需關(guān)注:
① 甲醇易燃,為甲類?;?,儲存和使用均有嚴格要求。特別是其儲存需報當?shù)毓膊块T備案審批,手續(xù)繁瑣。
② 微生物對甲醇的響應(yīng)時間較慢,甲醇并不能被所有微生物利用,當甲醇用于污水處理廠應(yīng)急投加碳源時效果不佳;
③ 甲醇具有一定的毒害作用,將甲醇作為長期碳源,對尾水的排放也會造成一定的影響。

2、乙酸鈉
乙酸鈉的優(yōu)點在于它能立即響應(yīng)反硝化過程,可作為水廠應(yīng)急處置時使用。
乙酸鈉由于是小分子有機酸鹽的原因,反硝化菌易于利用,脫氮效果是最好的。通過實驗發(fā)現(xiàn),碳氮比在4.6時,可以達到穩(wěn)定的脫氮效果,而且它的水解物為小分子有機物,能容易被微生物降解,反硝化響應(yīng)時間快,而且無毒,能作為應(yīng)急碳源。但是,它價格較貴,產(chǎn)泥率高,對污水廠的污泥處置會帶來了一定的壓力。
使用乙酸鈉要考慮以下3點:
① 乙酸鈉多為20%、25%、30%的液體,由于當量COD低,運輸費用高,不能遠距離運輸。
② 產(chǎn)泥量大,污泥處理費用增加;
③ 價格較為昂貴,污水處理廠大規(guī)模投加乙酸鈉幾乎不可能。

3、乙酸
乙酸作為碳源,與乙酸鈉類同。但作為工業(yè)化產(chǎn)品,用做碳源確實浪費。
但其弊端有四點:
①乙酸為乙類危化品,也是揮發(fā)性酸,是大氣污染VOC的重要組成部分,環(huán)保部門監(jiān)管多,儲存條件要求高。
②多數(shù)污水處理廠遠離乙酸廠,運輸費用高,不能遠距離運輸。
③乙酸代謝后的氫離子有降低出水pH的可能。
④ 乙酸價格市場變化大,高價時做碳源價格昂貴,將乙酸應(yīng)用于污水處理廠的大規(guī)模投加幾乎不可能。

4、糖類
糖類外加碳源中,以面粉、蔗糖、葡萄糖為主,由于葡萄糖是最簡單的糖,所以目前研究比較多。當碳源充足時,以葡萄糖為碳源的最佳碳氮比較甲醇為碳源時高得多,為 6∶1~7∶1。碳源對硝氮的比還原速率幾乎沒有影響,但是對亞硝氮的比積累速率影響較大,在研究中發(fā)現(xiàn)只有葡萄糖作為外加碳源時對亞硝氮的比累積速率沒有影響。
以葡萄糖為代表的糖類物質(zhì)作為外加碳源使得脫氮效果良好,可是,糖類作為多分子化合物,容易引起細菌的大量繁殖,導(dǎo)致污泥膨脹,增加出水中COD的值,影響出水水質(zhì),同時,與醇類碳源相比,糖類物質(zhì)更容易產(chǎn)生亞硝態(tài)氮積累的現(xiàn)象。
但其弊端有二點:
①需要現(xiàn)場配置成溶液,勞動強度大,投加精準性差,大型污水處理廠無法使用。
②工業(yè)葡萄糖含雜質(zhì)多,食品葡萄糖價格貴。

5、生物質(zhì)碳源
隨著污水脫氮要求的提高,新興起專業(yè)生產(chǎn)碳源的企業(yè),他們通過生物工程原理,對一些糖類、農(nóng)產(chǎn)品廢料等進行發(fā)酵,生產(chǎn)無毒無害的生物制品,主要組分是小分子有機酸、醇類、糖類。其較單一的化學(xué)品更容易被微生物利用,其使用成本比單一化學(xué)品便宜,具備極高的性價比。
但其弊端:
①產(chǎn)品的穩(wěn)定性待提高,使用前需對每批次產(chǎn)品當量COD進行檢測。
6、污泥水解上清液
生物轉(zhuǎn)化揮發(fā)酸VFA 來源于污泥水解的上清液,由于水解所產(chǎn)生的 VFA 擁有很高的反硝化速率,碳源可以直接由污水廠內(nèi)部提供,在污泥減容的同時還減少了碳源運輸方面的問題,所以它是目前比較有優(yōu)勢的碳源。
對于污泥水解利用做外碳源的研究,目前不同的結(jié)論有很多,但總體認為它作為反硝化脫氮系統(tǒng)的碳源是一種很有價值的方法??墒牵瑢τ诓煌奈勰?,不同的水解條件,所產(chǎn)生的VFA 的組分有較大的差別,而由于組分不同,又能引起反硝化速率的不同(這也是為何很多研究不一致的原因),所以,如何將污泥水解的產(chǎn)物VFA統(tǒng)一化研究應(yīng)用,還是一個比較大的難題。 除此以外,若直接將水解污泥作為外碳源,還要考慮到污泥水解過程中氮磷的釋放問題,這部分氮磷若以碳源的形式投加到污水中,勢必會增加污水處理廠的氮磷負荷,如何解決這個問題,是利用污泥水解液的另一大難題

二、碳源的選擇
目前,有的市政污水處理廠碳源投加費用居高,有的高達0.2-1.0元/噸,為降低污水處理的運行費用,必須選擇性價比高的碳源。
1、以當量COD的單價來衡量碳源的價格
因各類碳源的組成成分不同,環(huán)保上通常以當量COD計算,一般采用萬COD當量的計算方式,比如甲醇的當量COD為150萬,即1噸的甲醇相當于1500公斤的COD當量,再換算成萬COD當量的單價:

備注:
(1)以上單價僅供參考,因工業(yè)產(chǎn)品價格變動大,計算時以實際采購為準;
(2)因甲醇是?;?,公安部門嚴禁在污水處理廠儲存;
(3)葡萄糖因容易造成污泥膨脹,出水COD升高,較少使用;
通過上表,發(fā)現(xiàn)乙酸鈉的當量COD單價確實昂貴,這個也是目前污水處理廠碳源投加成本高的原因;甲醇是最具性價比的碳源,但當冬天來臨采暖用甲醇時,甲醇的單價也可能上升到4500元/噸,如乙酸,有的時候出廠價高達4500元/噸。

2、碳源投加量的確定
各類碳源投加量都有一個相應(yīng)的范圍,以下為經(jīng)驗數(shù)據(jù),可以通過實際情況確定碳源的投加量,但要在實際運行中要兼顧到亞硝態(tài)氮的累積和產(chǎn)泥率: (1)甲醇:在甲醇投加量不足的情況下,會出現(xiàn)亞硝態(tài)氮的累積,理想的COD/N為4.3~4.7。有文獻提到,甲醇為碳源時理想的COD/N為4.3~10.6。從實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),甲醇為碳源時,理想的投加量碳氮比大于5時,反硝化才能進行完全,硝態(tài)氮去除率可達95%,產(chǎn)泥率在0.35左右。
(2)乙酸鈉:根據(jù)文獻,在污水中加入乙酸鈉作為碳源,碳氮比在4.6時,可以達到穩(wěn)定的脫氮效果,而且它的水解物為小分子有機物,能容易被微生物降解,反硝化響應(yīng)時間快,而且無毒,能作為應(yīng)急碳源。但是,它價格較貴,產(chǎn)泥率高,對污水廠的污泥處置會帶來了一定的壓力。
(3)工業(yè)葡萄糖:閻寧經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn),工業(yè)葡萄糖的理想碳氮比在6.4~7.5,比甲醇大得多,而且它是多分子有機物,不易被微生物所利用,容易導(dǎo)致出水中COD的上升,同時與甲醇、酒精相比,葡萄糖更易出現(xiàn)亞硝態(tài)氮的累積,因此,不建議大量使用葡萄糖作為碳源。

3、碳源的選擇
在理論上,各類碳源都能保證出水總氮達到排放標準,但要考慮多個因素:
(1)碳源投加的成本
投加成本是碳源的當量COD價格+投加量的綜合算法,需要理論計算加實際運行的投加量確定;
(2)碳源產(chǎn)泥率
投加碳源,必定會增加污泥的產(chǎn)量,而污泥處理成本很高,這個是選擇碳源必須考慮到的重要一項。
(3)保證污水運行的穩(wěn)定性
投加碳源目的是為了脫氮,因此在選擇碳源的時候,要兼顧污水處理廠的運行穩(wěn)定,如盡可能的避免污泥膨脹、出水COD升高、亞硝基氮累積等。
根據(jù)以上,碳源的選擇,不是單純的經(jīng)濟帳,而是與穩(wěn)定運行實際相緊密結(jié)合的。科學(xué)的選擇碳源,才能有效的降低污水處理廠的運行成本和污水處理廠的穩(wěn)定運行。

三、結(jié)論
當前,國內(nèi)絕大多數(shù)的市政污水處理廠面臨著必須投加碳源和碳源成本高的現(xiàn)實,如何做到減少碳源投加和降低碳源成本,是污水處理行業(yè)面臨著的共同問題,通過近幾年碳源的使用實際使用情況,提出如下的建議:
(1)重塑厭氧池和缺氧池流態(tài),促進池容近100%的利用,避免短流,提高混合效率和碳源利用率,盡量減少碳源投加或者不投加。
(2)新設(shè)計的污水處理廠可選用多級AO工藝,充分考慮堿度在污水處理中的重要作用,減少污泥內(nèi)回流,達到更好的脫氮效果。
(3)碳源選擇與投加,需要綜合考慮各種因素,除碳氮比這個參數(shù)外,重點要考慮水的流態(tài)、堿度和水溫這3方面的影響。
(4)根據(jù)目前的發(fā)展趨勢,碳源的綜合成本將成為污水處理廠首選,新興的生物質(zhì)碳源是綜合碳源,利于生物降解,將逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位,可以通過小規(guī)模的試用,避免走彎路。
(5)目前碳源的選擇種類很多,也有外資品牌來搶占碳源的市場,在保證不產(chǎn)生二次污染的情況下,選擇性價比最高的碳源作為首選碳源,乙酸鈉可以作為應(yīng)急碳源儲備做應(yīng)急使用。

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