低碳氮比生活污水低耗高效處理工藝研究

張新婷+萬軍

摘 要：針對低碳氮生活污水處理工藝存在的厭氧釋磷和反硝化脫氮對碳源的競爭；硝化菌代謝周期長，而異養(yǎng)菌和聚磷菌代謝周期短；硝化菌和異氧菌對氧的競爭，只有當(dāng)有機(jī)物降解完全時(shí)硝化菌才能成為優(yōu)勢種群的問題，本文提出一種新工藝，出水滿足國家《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。具有污水處理效果好；不需要外加碳源；能量消耗低，水處理成本低；工藝建造成本低，操作方法；保護(hù)環(huán)境，利于水環(huán)境質(zhì)量改善。

關(guān)鍵詞：低碳氮；生活污水；活性污泥；生物膜

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.036

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水體富營養(yǎng)化的現(xiàn)象也愈發(fā)嚴(yán)重，如巢湖、太湖和滇池。氮、磷元素是引起水體富營養(yǎng)化的兩個重要因子，許多國家對其排放濃度都有著嚴(yán)格限制。我國國家環(huán)境保護(hù)部要求城鎮(zhèn)污水處理廠出水排入重點(diǎn)流域及湖泊、水庫等封閉、半封閉水域時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的一級A標(biāo)準(zhǔn)[1]。

為了生活污水處理氮和磷的達(dá)標(biāo)排放，各地加速城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)或升級改造的步伐，應(yīng)用最廣泛的是厭氧/缺氧/好氧（Anaerobic-Anoxic-Oxic，A2O）工藝。該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）可在常規(guī)活性污泥法的基礎(chǔ)上改造而成，改造簡便易行；（2）抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)；（3）在碳充足的情況下，出水水質(zhì)較好。然而，長期以來，我國城鎮(zhèn)生活污水C/N比較低，有高達(dá)65%以上的污水處理廠存在碳源不足的現(xiàn)象，近43%的污水處理廠的進(jìn)水C/N小于3，污水中碳源已不能滿足微生物脫氮除磷的需要。因此，采用A2O工藝處理生活污水時(shí)，通常存在這一突出問題：反硝化脫氮和除磷微生物對碳源的競爭，由于城市污水的碳源普遍偏低，難以滿足脫氮除磷的需求，因此處理后的污水氮和磷難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，這一個工作還存在如下缺點(diǎn)：不同污泥齡（SolidsRetentionTime，SRT）微生物共存對氮和磷去除的不利影響，聚磷菌的世代時(shí)間較短，在SRT較短的條件下可正常生長，并可獲得較高的除磷效率，而硝化細(xì)菌屬于自養(yǎng)型專性好氧細(xì)菌，它的生長速度緩慢，世代時(shí)間較長，在SRT較長的條件下方可獲得較佳的脫氮效率，因此，硝化細(xì)菌和聚磷菌的SRT不同也導(dǎo)致生活污水的脫氮除磷效率低下[2-3]。

為保證氮、磷達(dá)標(biāo)排放，通常采用外加碳源等措施來提高脫氮除磷效果，增加了污水處理成本和能源的消耗。因此，開發(fā)適應(yīng)低C/N比污水高效率低能耗的脫氮除磷技術(shù)對促進(jìn)污水處理事業(yè)的發(fā)展、改善水環(huán)境質(zhì)量具有重大意義。

該工藝可緩解傳統(tǒng)脫氮除磷工藝的三個突出矛盾：（1）碳源不足：厭氧釋磷和反硝化脫氮對碳源的競爭；（2）泥齡矛盾：硝化菌代謝周期長，而異養(yǎng)菌和聚磷菌代謝周期短；（3）硝化菌和異氧菌對氧的競爭，只有當(dāng)有機(jī)物降解完全時(shí)硝化菌才能成為優(yōu)勢種群。盡管該工藝處理低C/N比生活污水時(shí)取得了很好的效果，然而該工藝需要構(gòu)筑物多（厭氧池1個、好氧硝化池1個，缺氧池1個，后置曝氣池1個，沉淀池3個），運(yùn)行耗能大，難以真正地應(yīng)用到實(shí)際污水處理之中。迄今為止能低能耗、高效率處理低C/N比生活污水仍然是一個難以解決的技術(shù)問題。

2 工藝介紹

如圖1所示，（1）生活污水進(jìn)入?yún)捬醭兀唬?）厭氧池泥水混合液進(jìn)入沉淀池；（3）沉淀池上清液自流至好氧生物膜硝化池，同時(shí)進(jìn)行曝氣提供溶解氧DissolvedOxygen，DO），沉淀污泥超越至缺氧池（4）缺氧池泥水混合液進(jìn)入沉淀池；（5）沉淀池上清液排放，沉淀污泥回流至厭氧池。

工藝要點(diǎn)為：采用活性污泥和生物膜組合的形式，將硝化細(xì)菌和除磷微生物獨(dú)立開來，充分發(fā)揮各自的特點(diǎn)；利用好氧生物膜硝化池代替活性污泥法，省去了一個沉淀池和一套污泥回流系統(tǒng)，節(jié)約了建造成本；在運(yùn)行過程中只需要2個污泥回流泵，大大降低了能耗。

3 應(yīng)用案例介紹

采用實(shí)驗(yàn)室配置的模擬生活污水使用該新工藝進(jìn)行處理：進(jìn)水COD濃度200mg/L、出水16mg/L；進(jìn)水TN濃度45mg/L、出水7mg/L；進(jìn)水NH4+-N濃度41mg/L、出水4.3mg/L；磷進(jìn)水濃度8mg/L、出水0.35mg/L，滿足國家《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 小結(jié)

（1）采用反硝化同步脫氮除磷技術(shù)，成功解決了厭氧釋磷和反硝化脫氮對碳源的競爭矛盾；采用活性污泥和生物膜組合的形式，成功解決了硝化細(xì)菌和聚磷菌SRT的矛盾；利用好氧生物膜硝化池代替活性污泥法，省去了一個沉淀池和一套污泥回流系統(tǒng)，節(jié)約了建造成本；整個工藝，在運(yùn)行過程中只需要2個污泥回流泵，大大降低了能耗，此外操作簡便。

（2）本工藝具有污水處理效果好、不需要外加碳源、3、能量消耗低，水處理成本低、工藝建造成本低，操作方法簡便的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒海明，呂錫武，李婷.反硝化除磷-誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收工藝試驗(yàn)[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，42（04）：127-132.

[2]徐浩，李捷，羅凡，隋軍.低C/N比城市污水短程硝化特性及微生物種群分布[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2017（03）：1477-1481.

[3]賈小寧.固定化微生物組合床型對低碳氮比污水的脫氮性能研究[D].蘭州大學(xué)，2014.

作者簡介：張新婷（1980-），女，吉林九臺人，本科，中級，研究方向：水污染控制與生態(tài)治理。