低碳源污水處理優(yōu)化運行的研究與工程應(yīng)用

對全國不同地區(qū)的市政污水處理廠進水水質(zhì)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，以碳氮比為主要評價指標(biāo)，低碳源進水情況普遍存在。低碳源市政污水處理的優(yōu)化運行技術(shù)措施可以從原水碳源深度挖掘和外部碳源優(yōu)化利用兩個方面進行。

溶解氧精確控制、好氧池末端設(shè)置脫氣區(qū)等措施在節(jié)省碳源方面具有有益效果。在傳統(tǒng)生化處理工藝的厭氧段前增加預(yù)缺氧進行改良，采用預(yù)缺氧-厭氧兩段分配進水，或采用厭氧-缺氧沿程分段進水，可平衡生化脫氮除磷對碳源的利用，提高原水碳源利用效率。

應(yīng)用反硝化速率進行外部碳源效率評價是經(jīng)濟有效的碳源篩選技術(shù)手段，配合碳源精確投加系統(tǒng)，可最大化實現(xiàn)外部碳源投加的降本增效。

隨著國內(nèi)大部分受納水體的環(huán)境容量變小，以及愈加嚴(yán)格的環(huán)境政策，越來越多的市政污水處理廠出水水質(zhì)要求達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)的一級A標(biāo)準(zhǔn)，并有進一步提高標(biāo)準(zhǔn)的趨勢。

按照《室外排水設(shè)計規(guī)范》(GB 50014-2006)建議的生物脫氮的污水碳氮比BOD5/TKN>4，目前我國不同地區(qū)均存在原水碳源不足、碳氮比低的情況，氮磷達(dá)標(biāo)排放存在難度大和達(dá)標(biāo)成本高的問題。

國內(nèi)大部分市政污水處理廠采用AAO、氧化溝、SBR等3大類工藝及其變形工藝，主要為生物脫氮除磷方式。反硝化脫氮和生物除磷涉及的微生物大部分是異養(yǎng)細(xì)菌，對碳源有競爭，當(dāng)進水碳源不足時，該矛盾尤其突出。為保證出水達(dá)標(biāo)，通常采用外加碳源的方式提高脫氮除磷效率，增加化學(xué)除磷措施保障出水TP達(dá)標(biāo)，兩類藥劑的投加增加了污水處理成本。

因此開發(fā)適應(yīng)低碳源進水的高效低耗脫氮除磷技術(shù)具有重要意義。低碳源污水處理可以通過優(yōu)化工藝參數(shù)和控制方式，提升原水碳源的利用效率，從而強化生物脫氮除磷效果并節(jié)約運行成本。

當(dāng)系統(tǒng)原水碳源不足以完成脫氮要求時，需要投加外部碳源。針對外加碳源的優(yōu)化控制方式包含碳源種類的篩選、投加點位的選擇和投加量精細(xì)化等。

本文對國內(nèi)不同地區(qū)的污水處理廠進水碳源情況進行了統(tǒng)計和調(diào)研;針對原水碳源不足的水廠采用不同的技術(shù)手段進行了試驗研究和工程應(yīng)用，從工藝優(yōu)化與碳源高效利用等方面分析提出了低碳源市政污水高效達(dá)標(biāo)的技術(shù)措施。

1 市政污水低碳源情況分析

為研究不同地區(qū)市政污水的碳源情況，分別選定京津冀地區(qū)和云南地區(qū)的典型污水處理廠進水進行統(tǒng)計分析。京津冀地區(qū)的11座市政污水處理廠原水BOD5/TN不足4的有8座，占72.7%，見圖1a。

南方市政污水的碳氮比較北方更低，對云南地區(qū)的13座污水處理廠的進水進行分析，見圖1b，只有一座污水處理廠的進水BOD5/TN超過4，低碳氮比污水占比達(dá)到90%以上。郭泓利等選取國內(nèi)分布在19個省市自治區(qū)的127 座污水處理廠的進水水質(zhì)進行了統(tǒng)計分析，80%的污水處理廠BOD5/TN<3.6，僅10%的污水處理廠大于4。

韋啟信等基于住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部城鎮(zhèn)污水處理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)也表明，我國70%左右的城鎮(zhèn)污水處理廠進水BOD5/TN低于4，且南方城市較北方城市碳氮比更低。因此碳源不足的問題在全國范圍內(nèi)普遍存在。

2 原水碳源高效利用優(yōu)化措施

2.1傳統(tǒng)工藝的改良

改良型的AAO、氧化溝和SBR工藝，是在傳統(tǒng)工藝的前段增加一段預(yù)缺氧區(qū)(SBR工藝是在時間順序上增加一段缺氧反應(yīng)時間)，主要目的是將外回流帶來的NO-3-N在此區(qū)域進行反硝化，為后段的厭氧釋磷創(chuàng)造更好的厭氧環(huán)境;同時預(yù)缺氧段進水中的原水有機物進行一定程度的水解后，更容易被聚磷菌利用。同時，增加預(yù)缺氧區(qū)，原水在碳源分配上將具有更多的選擇性，有利于污水處理廠在運行時摸索出最佳的碳源分配方式，將原水碳源利用最優(yōu)化。

深圳某20萬m3/d的改良AAO工藝項目中對預(yù)缺氧/厭氧的進水比進行了試驗研究，結(jié)果見圖2，在其他工藝條件不變的情況下，預(yù)缺氧/厭氧配水比從2降低到1的過程中，溶解性COD在厭氧和缺氧段的濃度下降趨勢增大、出水的NO-3-N濃度基本維持穩(wěn)定、而出水TP濃度逐漸降低。

表明在該配水比范圍內(nèi)，隨著厭氧進水量的增大，厭氧釋磷效果增強，并可維持反硝化效率，原水碳源利用率逐漸升高。當(dāng)繼續(xù)降低預(yù)缺氧/厭氧進水比到0.5，厭氧釋磷達(dá)到最大，出水TP進一步降低，但出水NO-3-N升高，當(dāng)該比例降低到0.2時，出水TP和NO-3-N均升高，并且預(yù)缺氧段和厭氧段的NO-3-N濃度明顯升高，破壞了厭氧環(huán)境，影響除磷效果。

綜上所述，改良的AAO工藝通過調(diào)整進水比例，在不增加外部碳源的條件下，可較大程度地增加工藝過程的氮磷污染物去除效率。該措施已經(jīng)在多個項目中進行應(yīng)用和推廣，獲得了良好的效果反饋。

2.2分段進水的技術(shù)措施

分段進水是在傳統(tǒng)生化處理工藝上的進一步改進，主要目的是通過進水在沿程方向上的分布，精細(xì)化利用原水碳源。目前分段進水大多用于多級AO工藝和改良的AAO工藝中，多級AO分段進水中前一段原水的硝化產(chǎn)物直接進入下一段缺氧區(qū)進行反硝化，因此可以較大程度地減少硝化液回流，提高TN理論去除效率并節(jié)約能源，但該工藝難以形成穩(wěn)定的厭氧條件，在提高TN去除的前提下，犧牲了TP的去除效果。

在改良的AAO工藝中實施分段進水，可一定程度上平衡TN和TP去除對碳源需求的矛盾。

山東濟南某AAO工藝市政污水處理廠分三期建設(shè)，規(guī)模分別為1萬m3/d、2萬m3/d和3萬m3/d，進水BOD5/TN長期小于3，為了改善脫氮效果，該廠二期進行了分段進水的改造。實施方式是將進水分配到厭氧段和缺氧段，缺氧段沿程在池前端和中部進一步分為兩部分進水，使缺氧進水更加均勻地分布在整個池內(nèi)，增加混合程度，提高反應(yīng)效率。

編輯：王媛媛