不同碳源在城鎮生活污水處理廠的生產性對比

文_賀萍 汪翠萍 朱琳琳

1.瀘州市興瀘污水處理有限公司 2.北京博匯特環保科技股份有限公司 3.北京博泰至淳生物科技有限公司

目前我國污水處理廠已達到近4000座，90%以上采用活性污泥法，總氮的去除主要依靠硝化反硝化工藝。由于我國城市污水實際C/N較低，大部分污水處理廠BOD5/TN＜2.59，80%的污水處理廠BOD5/TN＜3.6，僅有10%的污水處理廠＞4，因此在反硝化過程中不能滿足反硝化細菌的需要，有機碳源的不足嚴重影響力污水脫氮除磷效果。2018年4月生態環保部頒布了《關于加強固定污染源氮磷污染防治的通知》，要求污水集中處理設施于2018年6月底前安裝TN和（或TP）自動在線監控設備并與環境保護主管部門聯網。同時，部分省市對污水處理廠提出了準IV類排放標準的要求，即出水TN≤10mg/L。TN監管力度的加強以及高排放標準要求促使污水處理廠TN必須持續穩定達標，而我國污水C/N比不足以滿足TN去除要求，因此，補充外碳源已成為解決各污水廠TN達標問題的主要方法。

葡萄糖、醋酸鈉、甲醇是主要的碳源產品。甲醇COD當量高，脫氮效率高，由于其屬于易燃易爆危險品，在化工領域應用較多，而我國污水廠應用較少，多選用葡萄糖和醋酸鈉產品。葡萄糖和醋酸鈉等產品在污水廠應用過程中存在投加程序復雜、COD當量較低、成本較高、冬季易結晶影響脫氮效果等工程問題，因此市場上出現了一些COD當量高、易生物利用、投加簡便、冬季不易結晶的專利碳源產品。為了篩選較優質的外碳源產品，分部選取工業葡萄糖、實用葡萄糖和專利碳源產品BioC-1M為外碳源，以本公司某城鎮污水處理廠為研究對象，考察上述三種不同外碳源對脫氮效果、污泥產率及運行成本的影響，以期能夠為城鎮污水處理廠外碳源選擇提供技術支撐。

1 工程概況及研究方法

1.1 污水廠概況

所選污水處理廠工程總規模為40000m3/d，分一期和二期，每期采用兩組系列，每個系列包含兩組CASS工藝，每組CASS池處理量約5000m3/d，每個周期為4h。出水滿足《城市污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002一級A排放標準。

1.2 碳源材料性質

本研究采用的BioC-1M為北京博匯特環保科技股份有限公司自主研發的新型高效生物發酵復合碳源，傳統碳源選擇工業級葡萄糖和食用級葡萄糖，三種碳源的基本性質見表1。

表1 碳源性質

1.3 試驗條件和時間

試驗選取二期四組CASS系列進行對比研究，分別記作1#、2#、3#和4#池，其中1#和3#為I組，投加葡萄糖；2#和4#為II組，投加BioC-1M碳源。投加點設置在生物選擇區，投加時間為每個周期投加30min，投加量見表2。

表2 碳源投加階段說明表

1.4 指標分析方法

試驗中各項目檢測方法按照《水和廢水監測分析方法》第四版（國家環保總局2002年）中規定的分析方法進行檢測。

2 結果與討論

2.1 對TN去除效果的影響

葡萄糖與BioC-1M對TN的去除效果見圖1。由圖可知，工業葡萄糖與BioC-1M相比達到一級A出水標準階段，工業葡萄糖投加量是BioC-1M投加量的4倍多，而其出水TN平均濃度比BioC-1M組高1mg/L；出水平均TN＞15mg/L的次數為6次，是BioC-1M組的2倍。食用葡萄糖與BioC-1M相比達到地標準IV類出水標準階段，食用葡萄糖投加量是BioC-1M的1.48倍，出水平均TN≤10mg/L的次數僅為1次，而BioC-1M組為4次。

經核算，在出水達一級A階段，每去除1kgTN所消耗的碳源量分別為工業葡萄糖3.75～21.37kg/kgTN，平均為8.41 kg/kgTN ，BioC-1M為0.90～5.13 kg/kgTN，平均為2.02 kg/kgTN；在出水達地表準IV類階段，每去除1kgTN所消耗的碳源比值分別為食用葡萄糖2.34～5.10 kg/kgTN，平均為3.60 kg/kgTN ，BioC-1M為1.58～3.40 kg/kgTN，平均為2.43 kg/kgTN。

圖1 不同碳源對出水TN的影響效果

因此，BioC-1M比工業葡萄糖以及食用葡萄糖對于反硝化脫氮具有更顯著的去除效果。這主要是由兩方面原因造成，一是BioC-1M碳源成分主要是碳5以下的短鏈小分子有機物，反硝化細菌更容易利用短鏈小分子有機物作為電子供體進行反硝化反應，脫氮效率及穩定性提高，而葡萄糖為碳6長鏈有機物，在反硝化過程中無法被反硝化菌直接利用，需通過EMP途徑才能為反硝化提供電子供體；二是BioC-1M碳源為小分子有機物復合成分，而反硝化細菌為多種菌群結構，因此更促進了不同反硝化細菌參與反硝化反應。

2.2 對TP去除效果的影響

不同碳源對TP去除的影響見圖2。I組（葡萄糖）TP出水濃度最大值和最小值分別為0.97和0.15mg/L，平均濃度為0.30mg/L；II組（BioC-1M）TP出水濃度最大值和最小值分別為0.62mg/L和0.14mg/L，平均濃度為0.26mg/L。投加BioC-1M復合碳源的II組TP出水低于，投加葡萄糖的I組出水TP，且波動幅度減小。這是由于復合碳源有利于反硝化除磷細菌以硝酸根為電子受體完成吸磷，強化了反硝化除磷。

圖2 不同碳源對TP去除效果的影響

2.3 對COD去除效果的影響

不同碳源對COD去除效果的影響見圖3。由圖3可知，I組與II組出水COD全部達標，遠低于一級A排放標準。II組（BioC-1M）出水COD最大濃度和最小濃度分別為26.35mg/L和6mg/L，均略低于I組（葡萄糖）。由此可以驗證，BioC-1M碳源的生物可降解性很好，基本可以完全生物利用。

圖3 不同碳源對COD去除效果的影響

2.4 對污泥產量的影響

不同碳源對污泥產量（按80%脫水污泥計）的影響如圖4所示。按對比研究期間運行30d進行統計，II組（BioC-1M）排泥量總和為173.23t，明顯少于I組（葡萄糖）排泥量252.02噸，減少排泥量為78.79t，即減少31.26%的污泥排放量。核算為噸水產泥量分別為：II組（BioC-1M）為5.77t/萬t水，I組（葡萄糖）為8.4 t/萬t水。

圖4 不同碳源對排泥量的影響效果

3 結論

（1）復合碳源BioC-1M對TN以及其他指標的去除效率及穩定性優于葡萄糖。BioC-1M投加量僅為工業葡萄糖的24%、食用葡萄糖48%的投加量下，各項指標達標率和穩定性更好，在地表準IV類的達標率尤其顯著。經生產性試驗可知，每去除1kgTN所消耗的碳源比值平均分別為工業葡萄糖3.7～21.4kg/kgTN，食用葡萄糖2.3～5.1 kg/kgTN，BioC-1M為1.6～3.4 kg/kgTN。

（2）復合碳源BioC-1M與葡萄糖相比，污泥產量顯著降低。BioC-1M與葡萄糖相比，試驗期間內其污泥量減少了78.79t，處理水廠25%的水量其污泥產量僅為水廠總泥量的17.7%。BioC-1M的噸水產泥率為5.77t/萬t水，而葡萄糖為8.4～9.23t/萬t水。

（3）復合碳源BioC-1M屬于液體碳源，直接計量泵投加，與固體葡萄糖相比，運行操作更簡單，節省了人員成本。