孫滿

大慶油田設(shè)計院有限公司

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，水環(huán)境保護(hù)面臨著巨大壓力。因此，國家在新修訂的排放標(biāo)準(zhǔn)中對某些污染物諸如化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）的排放提出了嚴(yán)格的要求。甚至一些地區(qū)要求市政污水處理廠提標(biāo)到地表水準(zhǔn)四類標(biāo)準(zhǔn)，要求處理出水中總氮濃度≤10 mg/L。目前我國城市污水普遍存在反硝化碳源不足的問題，為達(dá)標(biāo)排放必須使用外加碳源。根據(jù)所掌握的數(shù)據(jù)顯示：在前置反硝化處理工藝中，每降低1 mg/L TN 碳源方面的費(fèi)用為0.03～0.05元。因此碳源的選擇與使用對水廠的節(jié)能降耗至關(guān)重要。

1 碳源的選擇

我國城市污水普遍存在反硝化碳源不足的問題，已經(jīng)成為制約生物脫氮的重要因素。污水廠在碳源選擇時要遵循以下原則：容易被微生物降解，容易被反硝化菌利用；反應(yīng)速度快，避免增加后續(xù)處理單元的負(fù)擔(dān)；反硝化菌適應(yīng)性好；價格便宜；具有較高生物安全性；便于就地采購。

表1 為部分碳源的主要性質(zhì)[1-3]。值得注意的是，有些物質(zhì)黏性較大且遇冷結(jié)晶、冰凍等特點(diǎn)，給儲運(yùn)裝卸帶來非常大的不便，因此北方地區(qū)的污水廠在碳源的選擇過程中一定要注意這一點(diǎn)。此外，復(fù)合碳源的質(zhì)量控制難度較大，在選擇的過程中要注意其所含雜質(zhì)對后續(xù)處理工段以及出水指標(biāo)的影響。

表1 部分碳源的主要性質(zhì)Tab.1 Main properties of some carbon sources

2 碳源的投加點(diǎn)

常見脫氮處理工藝如圖1 和圖2 所示。在前置反硝化脫氮和四段法（Bardenpho）脫氮處理工藝中，碳源的投加點(diǎn)有所不同。

圖1 前置反硝化處理工藝Tab.1 Pre-denitrification treatment process

圖2 四段法（Bardenpho）處理工藝Fig.2 Four-stage（Bardenpho）treatment process

2.1 前置反硝化碳源的投加

采用前置反硝化的目的是盡量利用原水中的易降解有機(jī)物作為碳源來實現(xiàn)反硝化過程。如果原水中碳氮比較低，則需要投入碳源。但是前置反硝化過程受到流態(tài)的影響，TN 的極限去除效率在70%左右。因此當(dāng)原水TN濃度高于50 mg/L時，碳源的投加就不再是出水TN達(dá)標(biāo)的決定性因素（出水TN濃度≤15 mg/L）[4-5]。

另外，在前置反硝化段微生物類種群比較復(fù)雜，存在不同種類微生物（聚鱗菌、好氧菌以及兼氧菌）對碳源的競爭，因此碳源的利用率有所降低。此外，一些工程中將碳源投入到兼氧段前的調(diào)節(jié)池中，導(dǎo)致碳源的實際利用率更低。

2.2 四段法脫氮處理工藝中碳源的投加

一般而言，在四段法（Bardenpho）脫氮處理工藝中，選擇在后置兼氧段投加碳源。其目的是使原水中的易降解有機(jī)物在前置反硝化段得到充分利用，以節(jié)約碳源用量。Bardenpho工藝的出水TN可以達(dá)到3 mg/L以下。

3 碳源的投加量

決定反硝化進(jìn)程的因素有很多，如污泥齡、溶解氧（DO）、水溫、原水的堿度、pH 值、污泥濃度、反應(yīng)器的類型等等。在原水碳氮比較低的情況下，投加碳源是保證出水TN 達(dá)標(biāo)的必要條件之一，但是科學(xué)的運(yùn)行調(diào)控也是決定TN 達(dá)標(biāo)的必要條件之一。

3.1 碳源投加與溶解氧

以甲醇為碳源的反硝化過程可用如下公式描述：

從公式（1）中可以得知：1 gNOx-N 完全反硝化需要消耗2.9 g 甲醇，同時有0.45 g 生物量產(chǎn)生。很多工程技術(shù)人員以上式為依據(jù)來確定反硝化過程的碳源需要量。工程實踐經(jīng)驗表明：這種方法是不恰當(dāng)?shù)摹Ｒ蛏鲜龉絻H僅描述的是反硝化生物轉(zhuǎn)化過程而已，其形式所限無法將反硝化細(xì)菌代謝過程的各種影響因素羅列其中。

意大利研究人員對反硝化過程的研究結(jié)果[6]表明：易降解有機(jī)物污泥負(fù)荷率（F∶M）、溶解氧（DO）、以及降解速率之間有一定的關(guān)系。當(dāng)溶解氧含量增大，有機(jī)物污泥負(fù)荷率相同時，降解速率減低，在溶解氧大于0.5 mg/L時趨勢變緩。

其中的F∶M 代表的是易降解有機(jī)物（BOD5）負(fù)荷率，即反硝化過程中易降解有機(jī)物與揮發(fā)性懸浮固體的質(zhì)量比。其中的易降解有機(jī)物就是反硝化過程的碳源總量（包括污水中含有的BOD 和外加碳源）。通常反硝化過程控制在兼氧條件下，即DO=0.1～0.3 mg/L，相當(dāng)于氧化還原電位（ORP）在-100～50 mV之間。因此可以看出不同的F∶M情況下反硝化過程比降解速率。在已知原水BOD5值的情況下就可以計算出碳源的投加量。

此外，在溶解氧濃度過高的情況下（大于0.3 mg/L）碳源的利用效率明顯降低。

3.2 碳源投加與污泥齡

有研究表明：在活性污泥中反硝化細(xì)菌占比較低（僅占活性污泥微生物總量的17%左右）[7]。另外，反硝化細(xì)菌的世代周期較長。由此可見，污泥齡（SRT）是反硝化過程關(guān)鍵影響因素之一。SRT、F∶M 以及脫氮速率之間的關(guān)系也決定了碳源投加量。為了提高碳源的利用效率，SRT宜控制在20 d左右，而且F∶M宜控制在0.1～0.4之間。

4 結(jié)束語

無論是污水處理廠的設(shè)計還是運(yùn)行，為了使反硝化脫氮過程更加有效的完成，其外加碳源的選擇原則是在滿足處理要求的前提下就地取材，可以大幅度降低運(yùn)行費(fèi)用；同時確定外加碳源投加點(diǎn)分別在前置反硝化過程中和四段脫氮處理工藝中，目的是使原水中的易降解有機(jī)物在前置反硝化段得到充分利用，以節(jié)約碳源用量。此外，以反硝化單元的DO、F∶M、SRT 為依據(jù)來確定碳源的投加量更具有實際意義。