低碳源污水處理優(yōu)化運(yùn)行的研究與工程應(yīng)用

對(duì)全國(guó)不同地區(qū)的市政污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，以碳氮比為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，低碳源進(jìn)水情況普遍存在。低碳源市政污水處理的優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)措施可以從原水碳源深度挖掘和外部碳源優(yōu)化利用兩個(gè)方面進(jìn)行。

溶解氧精確控制、好氧池末端設(shè)置脫氣區(qū)等措施在節(jié)省碳源方面具有有益效果。在傳統(tǒng)生化處理工藝的厭氧段前增加預(yù)缺氧進(jìn)行改良，采用預(yù)缺氧-厭氧兩段分配進(jìn)水，或采用厭氧-缺氧沿程分段進(jìn)水，可平衡生化脫氮除磷對(duì)碳源的利用，提高原水碳源利用效率。

應(yīng)用反硝化速率進(jìn)行外部碳源效率評(píng)價(jià)是經(jīng)濟(jì)有效的碳源篩選技術(shù)手段，配合碳源精確投加系統(tǒng)，可最大化實(shí)現(xiàn)外部碳源投加的降本增效。

隨著國(guó)內(nèi)大部分受納水體的環(huán)境容量變小，以及愈加嚴(yán)格的環(huán)境政策，越來(lái)越多的市政污水處理廠出水水質(zhì)要求達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，并有進(jìn)一步提高標(biāo)準(zhǔn)的趨勢(shì)。

按照《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50014-2006)建議的生物脫氮的污水碳氮比BOD5/TKN>4，目前我國(guó)不同地區(qū)均存在原水碳源不足、碳氮比低的情況，氮磷達(dá)標(biāo)排放存在難度大和達(dá)標(biāo)成本高的問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)大部分市政污水處理廠采用AAO、氧化溝、SBR等3大類工藝及其變形工藝，主要為生物脫氮除磷方式。反硝化脫氮和生物除磷涉及的微生物大部分是異養(yǎng)細(xì)菌，對(duì)碳源有競(jìng)爭(zhēng)，當(dāng)進(jìn)水碳源不足時(shí)，該矛盾尤其突出。為保證出水達(dá)標(biāo)，通常采用外加碳源的方式提高脫氮除磷效率，增加化學(xué)除磷措施保障出水TP達(dá)標(biāo)，兩類藥劑的投加增加了污水處理成本。

因此開(kāi)發(fā)適應(yīng)低碳源進(jìn)水的高效低耗脫氮除磷技術(shù)具有重要意義。低碳源污水處理可以通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)和控制方式，提升原水碳源的利用效率，從而強(qiáng)化生物脫氮除磷效果并節(jié)約運(yùn)行成本。

當(dāng)系統(tǒng)原水碳源不足以完成脫氮要求時(shí)，需要投加外部碳源。針對(duì)外加碳源的優(yōu)化控制方式包含碳源種類的篩選、投加點(diǎn)位的選擇和投加量精細(xì)化等。

本文對(duì)國(guó)內(nèi)不同地區(qū)的污水處理廠進(jìn)水碳源情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和調(diào)研;針對(duì)原水碳源不足的水廠采用不同的技術(shù)手段進(jìn)行了試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用，從工藝優(yōu)化與碳源高效利用等方面分析提出了低碳源市政污水高效達(dá)標(biāo)的技術(shù)措施。

1 市政污水低碳源情況分析

為研究不同地區(qū)市政污水的碳源情況，分別選定京津冀地區(qū)和云南地區(qū)的典型污水處理廠進(jìn)水進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。京津冀地區(qū)的11座市政污水處理廠原水BOD5/TN不足4的有8座，占72.7%，見(jiàn)圖1a。

南方市政污水的碳氮比較北方更低，對(duì)云南地區(qū)的13座污水處理廠的進(jìn)水進(jìn)行分析，見(jiàn)圖1b，只有一座污水處理廠的進(jìn)水BOD5/TN超過(guò)4，低碳氮比污水占比達(dá)到90%以上。郭泓利等選取國(guó)內(nèi)分布在19個(gè)省市自治區(qū)的127 座污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，80%的污水處理廠BOD5/TN<3.6，僅10%的污水處理廠大于4。

韋啟信等基于住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部城鎮(zhèn)污水處理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)也表明，我國(guó)70%左右的城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水BOD5/TN低于4，且南方城市較北方城市碳氮比更低。因此碳源不足的問(wèn)題在全國(guó)范圍內(nèi)普遍存在。

2 原水碳源高效利用優(yōu)化措施

2.1傳統(tǒng)工藝的改良

改良型的AAO、氧化溝和SBR工藝，是在傳統(tǒng)工藝的前段增加一段預(yù)缺氧區(qū)(SBR工藝是在時(shí)間順序上增加一段缺氧反應(yīng)時(shí)間)，主要目的是將外回流帶來(lái)的NO-3-N在此區(qū)域進(jìn)行反硝化，為后段的厭氧釋磷創(chuàng)造更好的厭氧環(huán)境;同時(shí)預(yù)缺氧段進(jìn)水中的原水有機(jī)物進(jìn)行一定程度的水解后，更容易被聚磷菌利用。同時(shí)，增加預(yù)缺氧區(qū)，原水在碳源分配上將具有更多的選擇性，有利于污水處理廠在運(yùn)行時(shí)摸索出最佳的碳源分配方式，將原水碳源利用最優(yōu)化。

深圳某20萬(wàn)m3/d的改良AAO工藝項(xiàng)目中對(duì)預(yù)缺氧/厭氧的進(jìn)水比進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果見(jiàn)圖2，在其他工藝條件不變的情況下，預(yù)缺氧/厭氧配水比從2降低到1的過(guò)程中，溶解性COD在厭氧和缺氧段的濃度下降趨勢(shì)增大、出水的NO-3-N濃度基本維持穩(wěn)定、而出水TP濃度逐漸降低。

表明在該配水比范圍內(nèi)，隨著厭氧進(jìn)水量的增大，厭氧釋磷效果增強(qiáng)，并可維持反硝化效率，原水碳源利用率逐漸升高。當(dāng)繼續(xù)降低預(yù)缺氧/厭氧進(jìn)水比到0.5，厭氧釋磷達(dá)到最大，出水TP進(jìn)一步降低，但出水NO-3-N升高，當(dāng)該比例降低到0.2時(shí)，出水TP和NO-3-N均升高，并且預(yù)缺氧段和厭氧段的NO-3-N濃度明顯升高，破壞了厭氧環(huán)境，影響除磷效果。

綜上所述，改良的AAO工藝通過(guò)調(diào)整進(jìn)水比例，在不增加外部碳源的條件下，可較大程度地增加工藝過(guò)程的氮磷污染物去除效率。該措施已經(jīng)在多個(gè)項(xiàng)目中進(jìn)行應(yīng)用和推廣，獲得了良好的效果反饋。

2.2分段進(jìn)水的技術(shù)措施

分段進(jìn)水是在傳統(tǒng)生化處理工藝上的進(jìn)一步改進(jìn)，主要目的是通過(guò)進(jìn)水在沿程方向上的分布，精細(xì)化利用原水碳源。目前分段進(jìn)水大多用于多級(jí)AO工藝和改良的AAO工藝中，多級(jí)AO分段進(jìn)水中前一段原水的硝化產(chǎn)物直接進(jìn)入下一段缺氧區(qū)進(jìn)行反硝化，因此可以較大程度地減少硝化液回流，提高TN理論去除效率并節(jié)約能源，但該工藝難以形成穩(wěn)定的厭氧條件，在提高TN去除的前提下，犧牲了TP的去除效果。

在改良的AAO工藝中實(shí)施分段進(jìn)水，可一定程度上平衡TN和TP去除對(duì)碳源需求的矛盾。

山東濟(jì)南某AAO工藝市政污水處理廠分三期建設(shè)，規(guī)模分別為1萬(wàn)m3/d、2萬(wàn)m3/d和3萬(wàn)m3/d，進(jìn)水BOD5/TN長(zhǎng)期小于3，為了改善脫氮效果，該廠二期進(jìn)行了分段進(jìn)水的改造。實(shí)施方式是將進(jìn)水分配到厭氧段和缺氧段，缺氧段沿程在池前端和中部進(jìn)一步分為兩部分進(jìn)水，使缺氧進(jìn)水更加均勻地分布在整個(gè)池內(nèi)，增加混合程度，提高反應(yīng)效率。

編輯：王媛媛