低碳源市政污水處理優化運行探討

胡瑜

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，武漢 430023）

1 引言

市政污水具體是指城市在應用水資源的過程中產生的各種廢水和污水，主要包括生活用水、工業用水等。我國屬于水資源分配不均衡、總體水量不足的缺水大國，但用水量較大，我國平均每年用水量多達6.354 5×1012m3，因此，對市政污水進行處理，提高水資源的利用率十分重要。在市政污水處理過程中，污水脫氮脫磷是重要環節，同時還要實現低碳處理，提高碳源的利用率。但在污水處理過程中往往存在工藝技術陳舊、落后、基礎設施不完善以及廢水處理效果不佳等問題。

2 市政低碳源污水問題概述

2.1 技術工藝陳舊

傳統的污水處理技術工藝早已經無法滿足市政低碳源污水的處理要求，也無法將污水中存在的氮和磷進行徹底去除。污水凈化也只能去除表面的大顆粒物質和有害物質，對于污水中過多的有害元素沒有實現徹底凈化。還有的城市本身地理位置不佳，污水處理工廠建設在距離市中心較遠的地區，地域的限制加之污水處理技術難以達標，不能發揮污水凈化的全部作用，其污水處理技術工藝亟待更新。

2.2 基礎設施不完善

在市政污水處理的基礎設施中，不僅整個污水處理廠的各項工作和指標要達到嚴格標準，還需要配套的污水管網在污水處理中充分發揮作用。污水管網作為污水處理的核心設備，對污水有收集、引流與凈化的作用，因此，污水管網設備的建設、更新和定期維護十分重要。但是，由于污水管網屬于配套設施，很多管理人員對其并不重視，導致污水管網內部結構出現缺陷，分支和主干道難以高效匹配，或未將雨水和污水進行有效分離，導致很多污水收集之后無法直接送入主管道，或者各分支相互干擾，將雨水和污水混合一起，導致難以進行污水的收集。

2.3 廢水處理效果不佳

目前，我國污水的處理主要通過城市的專業污水處理廠完成。污水處理廠通過專業的設備和工藝將污水中的有害成分和污染物質進行提取，當污水凈化達到一定的標準后再排放到城市供水管網或河流中。但是，由于一些管理人員對市政污水處理重視不夠，并且污水處理設備陳舊、落后，經常出現各種設備磨損和故障，所以，無法落實污水的特殊處理，不能有效去除污水中的有害物質和雜質。

2.4 維修成本高

目前，國產污水處理設備已有很多，除了少部分特殊工藝設備需要進口外，大部分工藝可采用國產設備實現，但是在長時間的運行中，設備必然會出現磨損和問題。雖然前期可以在規定時間內對設備進行免費維修和處理，可以降低維修保養費用，但一旦過了保修期，所有的設備維修都需要自費，一旦設備出現嚴重的損害，維修費十分昂貴。而污水處理廠的資金主要來自政府撥款，政府提供的經費有限，因此，無法提供全部的維修費用，很多資金問題都需要工廠解決。

3 低碳源污水處理優化措施

3.1 工藝改進

傳統的污水處理工藝主要包括使用化學反應或者物理方法來提取污水中的膠狀物質，采用生物法（利用微生物的降解作用）來處理廢水中的有機污染物。如今，科學技術的發展使傳統的污水處理工藝實現了質的優化，包括AAO、氧化溝、SBR 工藝、CASS 以及AO 工藝等。本文以SBR 工藝和AAO工藝為例進行工藝優化介紹。

3.1.1 SBR 工藝改進

SBR 工藝是對活性污泥法的一種改進，它的作用原理與傳統的活性污泥法相同，但是具體操作過程和運行方式不同。它在單一的反應器時間內采取各種操作，因此，是嚴格根據時間順序進行處理，并集調節池、曝氣池以及沉淀池為一體，功能多。其具有操作簡單、流程少、成本低、固液分離效果好、脫氮除磷效果好以及耐沖擊負荷性強的優勢，適用于水量小的企業廢水處理。在改進SBR 工藝的基礎上還可以加入一段預缺氧區，將外回流帶來的亞硝酸在預缺氧區域進行反硝化，為后續的厭氧釋磷提供更好的厭氧環境。當預缺氧區進水中的原水有機物發生一定程度的水解反應后，更容易被聚磷菌所高效利用。同時增加預缺氧區為原水在碳源的分配上提供更多的選擇權。這樣能夠優化原水分配過程中碳源的選擇，還能將市政污水的碳源集中處理，從而提升整個污水的優化效率，提高水資源的循環使用率[1]。

3.1.2 AOO 工藝改進

1）在沉降區旁邊依次設置厭氧除磷區和低氧曝氣區，形成一體化設置，有利于提高工作效率，縮短污水處理時間。

2）充分利用空氣壓力的原理建立了一個空氣推流區前端的低氧曝氣區域，提供自然力量并減少能源消耗和沖擊載荷。

3）獨特的溶解氧控制系統，可以加強對COD、總氮TN 和總磷TP 的去除。同時，該工藝的應用范圍也非常廣泛，主要用于城市污水和各種工業廢水的高效處理。它是低碳源城市污水處理的主要工藝。

3.2 分段進水

在低碳源市政污水的處理過程中，為了進一步提升市政污水的處理效率，保障污水處理到位，還可以進行分段進水。分段進水工藝是在傳統工藝的基礎上升級改進的。通過對污水進行分段控制，能夠達到很好的凈化效果，對污水中含有的碳源進行分解，從而達到二次利用的目的。在多段多級的AO工藝當中，它能夠讓生物反應池形成多組缺氧池和好氧池交替使用，有著運行成本低、占地面積小以及管理強度低的優勢。分段進水按照嚴格的比例，對每一段碳源進行分割，將反應池內混合液懸浮固體濃度提升到最高，進而提升脫氮除磷的效率。

3.3 運行參數優化

低碳源城市污水處理需要專業的設備和具體的系統，需要建立完善科學的系統來收集、分析和處理污水相關數據。因此，為了改善系統結構，必須對運行參數進行優化。該系統的數字輸出卡是整個污水處理系統的核心。該系統可實現生物脫氮除磷，提高污水處理效率。在具體的化學反應過程中，由于不同區域的氧化還原材料不同，各方面電位的參數也不同。需要考慮缺氧區和厭氧區兩個區域的氧化還原反應。結合硝化反應所需條件，根據實際化學反應判斷點需求，創造較好的反應環境，并根據回流比調整末端溶氧量。

3.4 合理篩選外部碳源

在篩選外碳源的過程時，要保證外碳源的質量。外部碳源根據其來源主要分為兩類：

1）傳統的碳源包括甲醇、糖等有機物。

2）有機污水碳源，如工業廢水、生活廢水和垃圾滲濾液。不同類型的有機物在生物系統中有著各自的循環代謝方式，利用效率也不同，因此，碳源的來源和利用效率都是篩選中重點考察的因素[2]。

一般來說，很多市政污水處理廠主要選擇甲醇、葡萄糖類等傳統的有機物，而不同污水處理廠的處理方式和效率也不同。通過分析得知，活性污泥對于不同的碳源會表現出不同的反硝化效率，并且降解時間、降解程度都有所不同，在反硝化過程中加入乙酸鈉效果會更好；同時，大量研究表明，乙酸反硝化反應速率要高于葡萄糖以及乙醇，因此，在篩選外部碳源時，需要根據具體的污水處理項目采取多種方法進行試驗，根據最終的處理效果和經濟效益選擇最合適的外部碳源。污水處理廠活性污泥對于不同碳源的反硝化速率，具體見表1。

表1 活性污泥對于不同碳源的反硝化速率m3/d

3.5 改進碳源投加方式

目前，市面上可供選擇的碳源主要包括甲醇、醋酸鈉和醋酸。碳源投加量的精準控制是節約成本的重要環節。電氣柜就地控制以及遠程控制等可以實現碳源的精準投加。污水處理廠對于碳源投加的用量主要是通過特定的公式來計算，但是也存在少數污水處理廠根據直接經驗直接投加碳源，碳源控制精度不夠，造成碳源的大量浪費，增加成本，并且也無法保證被處理的廢水各方面指標達標[3]。因此，本文主要闡釋五種不同碳源的添加量計算方法：

1）將葡萄糖作為添加碳源。

2）將甲醇作為添加C 源，1 ml 甲醇可以換算成1.187 7 g COD，1 g 甲醇可以換算成1.5 gCOD，剩下的3 種是分別將蔗糖、醋酸鈉以及糖蜜作為添加碳源，并根據每一個添加碳源的密度和分子量進行詳細、精準的換算，避免因計算失誤而造成碳源浪費，各種碳源投加的計算參數見表2。

表2 3 種主碳源投加的計算參數

4 結論

通過大量闡述和分析，得到如下結論：

1）要增加資金支持，更新和維修基礎設備，改進傳統、陳舊的處理工藝，采用AAO 工藝、SBR 工藝等對污水實現高效率處理。

2）在污水處理過程中，為了更好地凈化污水，可以采取分段進水的方式進行分段凈化。

3）對各種設備和系統進行定期檢查和維修，尤其是在構建和完善污水處理系統時要優化運行參數。

4）合理、精準地篩選外部碳源。詳細對比各個碳源的優缺點，評估碳源的經濟效益和凈化成果，篩選最合適的外部碳源。對于碳源投加不能只憑借個人經驗，而是要依據碳源的類型精準投加，避免造成碳源的大量浪費。