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城镇污水厂生物脱氮碳源不足解决方案

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学社教育 发表于 2019-11-14 08:12 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
中国污水处理厂多采用生物脱氮除磷工艺,碳源一直是传统生物脱氮除磷工艺的控制因素,碳源是微生物生长必须的营养元素,主要消耗于释磷、反硝化和异养菌代谢。中国有相当一部分污水处理厂的进水都存在碳源含量低,造成出水脱氮除磷效果较差。因此有效解决城市污水处理厂碳源不足问题,是提高污水脱氮除磷效率从而实现达标排放的有效途径。
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文章拟从内碳源和外加碳源两个方面,对城镇污水处理厂碳源的开发利用进行分析。
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# _0 N) G2 j' g1内碳源
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7 S9 O/ I. t5 t+ y内碳源是指存在于污水处理系统本身的碳源。包括原污水中的可生物降解溶解性有机碳,从原污水中分离出来的颗粒态慢速降解有机物(初沉污泥)和活性污泥微生物死亡或破裂后自溶释放出来的可被利用的基质。在中国节能减排的环保政策指引下,内碳源的有效开发利用便显得尤为迫切。不但可以减少废物排放量,还可以有效提高生物脱氮除磷效果,可谓一举两得。
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/ \# V! ]: I+ s. a! I0 F0 a5 K1.1多点进水
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) H7 X2 J6 k; u5 ^也称为分段进水活性污泥法,污水经过简单的物理处理后,直接进入生物池。早期采用多点进水方式的目的是减少生物池需氧量和供氧量的差异,起到节能降耗的作用。目前采用该方式的目的一方面是增加脱氮除磷段的碳源含量,同时也是消耗污泥回流和硝化液回流所携带的剩余的溶解氧,优化脱氮除磷的反应环境,从而提高处理效果。这种运行方式目前逐渐受到了一些新建和改扩建的污水厂的青睐,如郑州市新建的某污水处理厂就是采用多点进水的改良型UCT工艺,排放标准执行一级A的排放标准。2 P% \# j' _5 `/ F$ M& m2tech.cn

* x, q) H$ m  Z4 V- L+ o5 w这种运行方式由于是增加了进水点,从而增加构筑物池容和管线系统,无疑会带来系统相对复杂,反应池容积和建设投资的增加,运行管理难度增大等问题,相对于提高处理效果来讲,这些弊端也是可以忽视的。9 T( s/ S' |3 M$ W+ [- x2tech.cn

' n4 M3 J6 c  f1.2初沉池的合理设置, N/ U# X) Z: w  y1 N7 D2tech.cn
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常规来讲,初沉池是设置在沉砂池之后的另一个非常重要的物理法处理单元,其作用是进一步去除沉砂池不能去除的更加细小的无机颗粒,可去除10%~20%的有机物,还具有一定的水解酸化的作用,从而减少后续生物处理单元的负荷,对提高处理效果起到了重要的促进作用。然而初沉池的设置同时也带来了后续脱氮除磷处理阶段碳源量更低的问题,尤其是对于某些进水低C/N的污水厂来讲,其碳源不足的矛盾将更加突出。这无疑使得关于初沉池的设置与否陷入了两难的尴尬境地。业内关于是否取消初沉池的讨论也是不绝于耳。据笔者的调查了解,目前初沉池的设置与否归纳为以下三种主要方式:: @" I5 e6 Y! ~2tech.cn
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(1)直接取消初沉池。目前相当一部分污水厂(如现阶段较为流行的延时曝气氧化沟工艺),是污水经过沉砂池之后,直接进入生物池。这种做法的优势是减少了初沉池的建设投资,简化了处理流程,对于缓解建设单位的资金和占地规划紧张状况起到积极作用。笔者认为这种方式对于进水SS浓度较低且波动不大的污水厂无疑是个不错的选择。
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1 T% R5 ]6 j; q5 x8 T: [(2)可在初沉池环节处设置超越管,根据实际进水情况决定是否取消初沉池,以解决脱氮除磷系统中有机碳源不足的状况。笔者认为,这种方式更适合进水SS浓度波动较大的污水厂。即当进水SS浓度较高时,开启初沉池进一步降低SS;当进水SS浓度较低时,开启超越管超越初沉池来减少有机物的损失。以期增加后续处理工艺中有机碳源的含量。- `' Y) T  K' Y: S. j' o% w6 @2tech.cn
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(3)减少初沉池的水力停留时间。常规来讲,初沉池的水力停留时间为1~2h,有些业内人士提出将初沉池的停留时间减少至0.5~1h[1],或者适当提高沉砂池池的水力停留时间,这样可以在一定程度上缓解取消初沉池所带来的一系列弊端。2 E+ B2 X* G' o1 Z7 g; n$ ]9 n2tech.cn
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这三种方式各有利弊,需要设计和建设单位根据进水的实际情况以及具体的建设情况,进行合理的设计和建设。. b9 V- y) R6 M& E& Y9 L) I3 h2tech.cn
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1.3增设厌氧水解酸化池
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改进脱氮除磷工艺,目前常用的主要方式是在脱氮除磷反应器前增加厌氧水解酸化池(段)。在厌氧水解酸化阶段,大分子有机物质转化为简单的化合物并分泌到细胞外,主要产物有挥发性脂肪酸(VolatileFattyAcids,VFAs),醇类,乳酸等,削减待处理污水的有机负荷,改善了污水的可生化性,提高后续处理的效率。梁存珍等[2]采用水解酸化-反硝化-硝化的组合工艺对土霉素废水进行了实验室规模的连续处理。, e8 z  o  @, ~" d$ A2tech.cn

" ?6 q0 h( Q5 i废水经过厌氧水解,反硝化速率从0.31kg/m3˙d增加到0.45kg/m3˙d,提高了45.2%。这类研究成果为实际工程的推广和应用提供了有力的技术支持,如郑州市某污水处理厂在氧化沟前设置前置缺氧池(前置反硝化池)和厌氧池,10%的进水直接进入前置缺氧池段给回流污泥提供反硝化所需碳源,在厌氧池内,大分子和难降解的物质转化为易于生物降解的物质为聚磷菌提供碳源。改良型氧化沟和改良型A2/O等均是在此基础上演化而来,有一些新建和改扩建的污水处理厂也积极采纳了这种方式,并取得了较好的处理效果。
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结果表明,将水解酸化过程作为低浓度城市污水生物脱氮工艺的预处理工艺可以为反硝化段补充一定量的碳源,有效提高脱氮效率。考虑到水解池的建设运行费用,以及一些地区废水的实际情况,还需要综合处理效果和经济费用等因素因地制宜地确定运行工艺及工艺条件。
) ?7 H/ Y$ l7 z* l3 o1.4利用污泥开发碳源& \9 \9 _7 R: d; _, E! H2tech.cn

* s0 L& b7 \9 T采用污泥开发碳源,使得污泥在城市污水处理厂内部进行循环利用,能在一定程度上解决污泥的处置问题,实现污泥的减量化、稳定化和资源化。但由于污泥微生物的细胞壁半刚性结构很难通过直接厌氧水解产酸,只有对污泥进行预处理,以破坏污泥的絮体结构、细胞壁,使其胞内物质能够有效的释放出来,才能获得可溶解性有机物,进而水解产生VFAs。近几年发展起来的污泥预处理方法有:物理法(高压喷射法、珠磨法、超声波法、加热法)、化学法(臭氧氧化法、氯气氧化法、湿式氧化法)、生物法及一些组合方法。VFAs为碳源的反硝化速率高于甲醇、乙醇等传统碳源,因为在生物降解过程中甲醇和乙醇是先被转化成相应的VFAs,然后再进行进一步的降解。但一般城市污水处理厂进水中,每升水含VFAs仅有几十毫克。
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目前国内外开始利用生物法使污泥水解发酵来产生VFAs的研究越来越多。以开发碳源为目的的污泥水解酸化的研究重点,应着力于如何使反应保持在产酸阶段,使得VFAs得到积累作为后续生物脱氮除磷的碳源使用。研究较为成熟的还有污泥法中的超声波法并且已达到工程应用程度,利用低频超声波开发碳源,在强化污水脱氮除磷效果达20%~30%[3]的同时还可减少剩余污泥的排放。
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需要注意的是,发酵液中不但含有大量的溶解性有机物,还含有大量的N、P,如果直接作为碳源,势必会增加进水的N、P含量,给后续脱氮除磷工艺增加负担。因此需要对发酵液中的N、P进行回收,目前大多数是以鸟粪石沉淀形式回收磷,其次是磷酸钙、磷酸铝及磷酸铁。利用鸟粪石工艺回收N、P在Mg/N=1.8,pH=10.0,P/N=1.13即最佳N、P回收条件下NH4+-N和SOP的去除率为73.6%和82.2%[4]。来源:广东化工 李桂荣
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精彩评论2

 楼主| 学社教育 发表于 2019-11-14 08:13 | 显示全部楼层
2外加碳源
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外加碳源大体上可以分为两大类:(1)传统碳源,包括甲醇、乙醇、乙酸等液态有机物及糖类;(2)其他类型的碳源,如工业废水、垃圾渗滤液。+ y8 ^" \9 e' p! t2 @3 b  \0 j2tech.cn
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2.1传统碳源. D2 x- A+ B6 @+ e# o7 k2tech.cn

5 u; l; B: a& @传统碳源是目前研究较为成熟,应用较多的碳源,主要包括:低分子有机物,如甲醇、乙醇、乙酸等以及糖类,如葡萄糖、蔗糖。投加适量这类低分子有机物在反硝化过程中均能实现完全脱氮[5],由于每种碳源代谢途径不同,造成反硝化速率各不相同其中以乙酸、甲醇的反硝化速率最快,丁酸、丙酸次之,葡萄糖的最慢。反硝化菌要求要求反硝化过程中的碳源是低生长量的碳源。单碳化合物的生长量最低,因为从单碳化合物中合成细胞物质所需能量较大,在一定程度上阻止了细胞的生长,而将碳源氧化,使硝酸盐和亚硝酸盐转化为氮气去除,甲醇反应生成二氧化碳和水,没有衍生的副产物,是最清洁的碳源,从这个角度来讲甲醇这种单碳化合物做碳源效果最好,其次是乙醇,糖类等易降解有机物。大量试验结果均显示[6-7],甲醇、乙醇、乙酸及糖类物质做为碳源时,脱氮效率要明显高于未投加是的反硝化速率,是可利用的碳源。
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这类碳源虽然能够取得良好的反硝化效果,但长期投加带来的运行费用增加,是限制其应用的主要因素。
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( Q+ ^2 r$ y4 z! g) u8 C2.2其他碳源
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& G) o& H0 b: C9 w' h可作为碳源利用的废弃物包括工业废水、垃圾渗滤液,工业废水中的啤酒废水[8]、淀粉废水、合成氨企业的甲醇残液等等,含有大量的糖类、蛋白质、脂肪等,可生化性好且不含有毒有害物质,能够成为生物脱氮除磷的理想碳源。对于一些COD含量高但可生化性不好的废水如造纸废水,可将其与肉类加工废水混合提高可生化性[9]成为有效碳源。在填埋初期的垃圾渗滤液有良好的可生化性[10]将其作为反硝化系统的外加碳源,既能补充污水中碳源含量,又使得垃圾渗滤液得到处理。
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上述这些碳源目前由于其数量少,主要用于生产废水的脱氮除磷,在用以提高城市污水处理厂的脱氮除磷效率的应用环节上有待进一步的探讨。
 楼主| 学社教育 发表于 2019-11-14 08:14 | 显示全部楼层
综上所述,目前已发现的可利用碳源的数量繁多,但是在城市污水处理厂实际运行中,究竟选取何种碳源才能做到经济性、实用性和高效性的协调统一,这成为目前的研究焦点。总体上讲外加碳源能够取得良好的脱氮除磷效果,但长期投加无疑会增加处理运行成本和管理难度,也是限制其应用的主要因素。而内碳源的开发利用只能对提高脱氮除磷效率起到一定的积极作用,而不是特别有效。但可以在满足脱氮除磷的同时达到对废物的资源化利用,降低城镇污水处理厂的运行成本,这符合中国节能减排的环保理念。纵观国内外开发碳源的进程,充分利用内碳源和外碳源以降低外碳源使用时增加的污水处理成本是今后的发展方向和研究重点。7 B, n6 D( s- K0 @2tech.cn
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因此,在城市污水处理厂的实际运行中,优选碳源时应注意以下几点:(1)深入了解不同碳源的特性,结合具体的进水水质特点,选择最佳碳源,具体问题具体分析,切忌照搬;(2)可开发利用的碳源种类很多,但考虑到污水处理厂的运行成本,并注意选择可操控性强的碳源,做到经济性和高效性的统一;(3)根据不同碳源的不同性质,还可考虑同时利用多种碳源,做到内、外碳源有机结合,以达到最佳脱氮除磷效果;(4)进一步优化城市污水处理厂的处理工艺和运行参数,提高运行管理水平,最大限度提高整个流程的处理效率。
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