外加碳源在垃圾滲瀝液廠缺氧段投加比例的研究

林威

摘 要：垃圾滲瀝液，氨氮含量高，C/N比例失調，在生物處理的過程中，必須加入碳源以保證出水水質總氮的達標排放。通過實驗選取較優碳源后，根據垃圾滲瀝液廠的處理工藝，進行碳源在二級缺氧段投加比例的研究。發現當一級缺氧段與二級缺氧段投加比例為1：1時，系統的反硝化效果最好。

關鍵詞：外加碳源;垃圾滲瀝液;投加比例;二級缺氧段

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A

垃圾滲瀝液處理廠的進水屬于晚期垃圾滲瀝液，碳氮比嚴重失調，系統內的碳源遠遠不能達到滿足反硝化脫氮的需求。為了使出水達到排放標準，即有足夠的電子供體來支持反硝化過程，需要向缺氧池投加外加碳源[1]。生物脫氮是在微生物的聯合作用下，通過氨化作用、硝化、反硝化反應，以實現污水中的有機氮、無機氮轉化為氮氣排出的過程。不同的工藝條件直接影響著反應過程的效果，李長剛[2]等指出，適度在第二段A/O單元投加反硝化所缺的碳源，可充分發揮該單元反硝化區的作用;孫永利[3]等研究發現，碳源的投加點不宜設置在缺氧池前端，這樣可以減少好氧生物對碳源的過多消耗;同時，方佩珍[4]等的研究指出，碳源亦不可投加在缺氧池的后端，應該設置在缺氧池中段，這也可以避免反硝化反應不夠完全造成的碳源浪費;林秀芳[5]的研究指出，當污泥濃度較低時，不存在缺氧微環境，因此反硝化反應條件不足，但是過高的污泥濃度容易造成死亡細菌和SMP物質的大量累積。因此，在過程中控制各種投加量、投加點位及過程參數，有利于反硝化反應的進行，能大大提高碳源利用率，節約生產藥劑的投加成本。

目前，大部分碳源投加集中在一級反硝化段投加，但是集中式投加會造成碳源的浪費。因為進水攜帶的大量氨氮尚未轉化成硝酸鹽氮，碳源加入后，僅能與回流混合液中的硝酸鹽氮發生反硝化反應后進入好氧池。在好氧池中，碳源主要被好氧微生物利用，這個過程就造成了碳源一定量的浪費，若能控制該部分被消耗的比例，會節約一部分碳源。因此，選擇在二級反硝化段增加一個碳源的投加點，并通過實驗考察該方法的可行性，確定其最佳的投加比例。

1 實驗裝置及方法

本實驗裝置參考垃圾滲瀝液處理廠工藝設計方案進行設計，實驗裝置工藝流程圖如圖1所示，總體處理量為15L/天。實驗裝置共設有控制器、進水池模塊、A1池、O1池、A2池、O2池、回流污泥模塊、外置MBR裝置等。其中，A1池容量為24L，長、寬、高分別為200mm、200mm、700mm，O1池容量為100L，長、寬、高分別為400mm、500mm、600mm，A2池容量為15L，長、寬、高分別為175mm、175mm、600mm，O2池容量為15L，長、寬、高分別為175mm、175mm、600mm。每個模塊之間配有蠕動泵，并通過直徑10mm硅膠管連接，A1池、O1池、A2池、O2池帶可變速攪拌器，同時O1池、O2池配備曝氣系統，實驗裝置圖如圖2所示。

試驗所用污泥取自垃圾滲瀝液處理廠一級反硝化池中部的混合液，該池脫氮效果穩定。混合液參數詳如表1所示。

為了使碳源的篩選過程能體現出生產實際情況，根據現實生產中碳源投加的量COD/N為10/1。因此，在碳源篩選實驗之中，也選擇COD/N為10/1作為篩選碳源的碳源投加量。

2 結果及討論

2.1 不同投加比例對COD去除效果的影響研究

為探究碳源的分段投加是否會造成二段缺氧段的碳源未能及時被微生物利用，隨出水排出，影響出水的COD值。因此，有必要考察不同點位碳源的投加量對剩余污泥上清液中COD濃度的影響，為碳源的精確投加提供依據。筆者采用碳源投加總量不變的情況下，研究二級反硝化段碳源投加比例對出水COD的影響，其實驗結果如圖3所示。

從圖3可以看出，以前后兩點等量添加為中間點，當碳源投加量一段少、二段多時，剩余污泥上清液中的COD含量會隨著比例的不斷降低直線升高;而當投加量慢慢改變為一段多、二段少時，剩余污泥上清液的COD含量也會隨著比例的不斷提高緩慢增加，但是上升的趨勢有所緩和。因此可以知道，當投加量往一段傾斜時，碳源并未大量流失，可以在二段進一步被微生物利用，有一定的緩沖過程。因此，碳源一段、二段等量投加時流失的COD最少。同時，一段多、二段少的投加方式，也相對于一段少、二段多的投加方式更為可行。

2.2 不同投加比例對TN去除影響研究

要考察分段投加時不同的投加比例對反硝化的影響情況，TN是關鍵指標。因此，筆者同步考察了剩余污泥上清液中的TN濃度，結果如圖4所示。

從圖4可以看出，碳氮比為9.4/1，當碳源全部添加在一級反硝化段時，剩余污泥上清液的TN濃度為127mg/L;當碳源分別添加在一級反硝化段、二級反硝化段前后端，比例分別為3.0、2.5、2.0、1.67、1、0.75時，總氮濃度均小于127mg/L，因此分段添加是可行的。同時，以前后兩點等量添加為中間點，當碳源添加量一段少、二段多時，剩余污泥上清液中的TN含量隨著添加比例的不斷降低而直線升高;當添加量慢慢改變為一段多、二段少時，剩余污泥上清液的TN含量也會隨著添加比例的不斷提高而增加，直至剩余TN濃度趨于平衡，基本穩定。由此可見，當添加量往一段傾斜時，碳源可以更加有效地被微生物利用進行反硝化反應，同時在達到比例為2/1時，提供反硝化菌利用的碳源達到最大量。隨著后續添加量的進一步傾斜，剩余污泥上清液中的TN濃度并沒有明顯的降低，基本持平;而當添加比例為二段多于一段時，碳源大量流失，由于反應時間不足，碳源不能完全地供給反硝化反應，便隨出水大量的排出，致使出水中的TN量較高，不能有效地被微生物所利用。因此，分段添加是可行的，一段多、二段少的添加方式，也相對于一段少、二段多的添加方式更優，兩段等量添加的TN去除效果最好。

2.3 不同碳氮比對投加比例變化影響

為驗證乙酸分段投加，且一級、二級反硝化段投加量為1：1時，TN的去除效果最好，同時COD的利用率最高，開展了不同碳氮比C/N為9：1、8.1：1時對投加比例變化的影響研究。實驗結果如圖5所示。

從圖5可以看出，TN濃度最低的點仍是兩段添加量為1：1時，因此可以得出，在控制總碳源投加量的前提下，在一級反硝化段、二級反硝化段分別投加乙酸且投加量為1：1時，TN的去除效果最好，碳源的利用率最高。

3 結語

碳源一段、二段等量投加時流失的COD最少;兩段等量添加的TN去除效果最好;一級反硝化段、二級反硝化段分別投加乙酸且投加量為1：1時，TN的去除效果最好，碳源的利用率最高。

綜上所述，在外加碳源總量不變的情況下，分段投加可以實現更好的反硝化效果。同時，一段、二段碳源投加比例為1/1時，反硝化效果最好。

參考文獻

[1] NYBERG U，ANDERSSON B，ASPEGREN H.Long-term experiences with external carbon sources for nitrogen removal[J].Wat Sci Tech，1996，33（12）：109-116.

[2] 李長剛，閻光緒，郭紹輝.內循環回流比和碳源投加量對兩段進水A/O工藝去除重油加工污水氮污染物的影響[J].石油科學通報，2018，3（04）：113-120.

[3] 孫永利，李鵬峰，隋克儉，等.內回流混合液DO對缺氧池脫氮的影響及控制方法[J].中國給水排水，2015（21）：81-84.

[4] 方佩珍，徐旭東，徐正啟.某污水處理廠低負荷運行問題的分析與調控措施[J].凈水技術，2018，v.37，187（01）：77-81.

[5] 李秀芳，吳建堃，孫美俠.污泥濃度對MBR凈化效果影響試驗研究[J].廣東化工，2014，41（4）：74-76.