基于生化处理工艺碳源投加方式的研究和探索

基于生化处理工艺碳源投加方式的研究和探索

李为、陈光胜、 赵正刚、王维忠、胡波、陈传孙、王文婧、马鹏、王学文

重庆市豪洋水务建设管理有限公司， 重庆 408200

重庆市巴南排水有限公司，重庆 408200

摘要：鱼洞污水处理厂一期工程与二期工程采用不同的工艺系统，碳源投加量出现最低8kg/h，最高104kg/h的极不平衡的投加模式，平均碳源投加单耗高达24.06mg/L，直接药耗生产成本已达到0.12元/m³，对投加点位的选择较不合理，不仅造成碳源的浪费，也无法有效检测碳源的使用效率。因此，分析关键点位投加碳源方式对系统反硝化能力的影响和研究多级AO和AAO工艺脱氮效率，摸索适宜的碳源投加模式和点位的选择，有利于更好的提高脱氮效率，降低投药成本。

关键词：城镇污水处理厂 碳源投加 生化处理

前言

社会高速发展，城市化建设力度加大，随着各地经济水平的提高，国家对污水资源化的日益重视，排放标准提高及环保执法力度加大，特别是对TN、TP的排放要求严格，过高会造成水体富营养化。城镇污水处理厂脱氮工艺主要设置缺氧池、反硝化滤池等，污水中的有机氮及氨氮经过氨化作用、硝化反应、反硝化反应，最后转化为氮气排出水体以达到脱氮的目的。污水中自带的碳源一般可满足脱氮需求，但要稳定达到高排放标准要求，通常需要投加外碳源的方式，通常投加方式以恒量投加为主，采取集中在生化阶段进水端进行投加，根据处理效果人工进行调节，易出现由于水质水量波动调节不及时，TN超标成了碳源投加的浪费和不可控等情况发生。

1.生化处理工艺碳源投加方式

2.1人工投药阶段

从5月份开始，鱼洞污水处理厂相关人员开展了碳源投加实验。点位选择——保持现状投加点，点位1设于预处理末端一二期分流井处，点位2设于二期缺氧区进水端。

当前葡萄糖投加量未实现精确投加，其投加量与水质水量的变化无明显关系。葡萄糖单耗与脱水污泥量之间无明显关系。从投加量来看，57天的时间内，有20天的葡萄糖单耗低于20mg/l，葡萄糖单耗在低于20mg/l情况下，C/N在2~5情况下，出水TN也能达到一级A标，大部分去除率在60%~80%之间。说明在未精准投加碳源情况下，投加量存在浪费的情况。

2.2精准投药阶段

2.2.1A²O点位投加方案

在二期A²O池点位投加方案分三个阶段：厌氧段、缺氧段、厌氧缺氧段同时投加，每个阶段进行一周左右，收集运行情况、进出水水质等数据。每阶段的碳源单耗维持在15kg/km³ 左右。

图2-1鱼洞厂A²O工艺碳源投加点位与TN去除

A²O不同点位投加碳源的TN去除率与实际计算的碳源单耗如上图2-1所示，在碳源单耗维持在15kg/km³左右时，在厌氧段投加，TN去除率最高77.65%，平均值为71.40%；在缺氧段投加，TN去除率最高79.67%，平均值为74.36%。

当缺氧段和厌氧段同时投加时，去除率平均值为66.88%，明显较单独两段投加时的去除率提升。

2.2.2氧化沟点位投加方案

在一期点位投加试验在2#氧化沟进行，分三个阶段：厌氧段、缺氧段、厌氧缺氧段同时投加，每个阶段进行一周左右，收集运行情况、进出水水质等数据。每阶段的碳源单耗维持在30kg/km³ 左右。

图2-2 鱼洞厂氧化沟工艺碳源投加点位与TN去除

氧化沟点位投加试验在2#氧化沟进行试验，不同点位投加碳源的TN去除率与实际计算的碳源单耗如图2-2中所示，在碳源单耗维持在30kg/km³左右时，在厌氧段投加，TN去除率最高74.12%，平均值为66.74%；在缺氧段TN去除率最高73.91%，平均值为69.81%。

在缺氧段与厌氧段同时投加碳源，TN去除率最高74.83%，平均值为72.95%。

2.2.3碳源投加量探索试验

在一期工艺的1#与2#氧化沟进行试验，设置三个不同的碳源投加量，分别为32mg/L、15mg/L、7.5mg/L，保持其他运行条件稳定，测试进出水TN浓度，计算去除率，记录碳源实际投加量与水量，计算实际碳源单耗。

图2-3 鱼洞厂氧化沟工艺碳源投加单耗与TN去除

在氧化沟的缺氧段和厌氧段同时投加，点位不变，改变碳源的投加量，分三个阶段投加，碳源单耗分别设置为32mg/L、15mg/L、7.5mg/L左右。

实验结果如图2-3所示。在碳源单耗为32mg/L左右时，总氮的去除率均值为71.74%。在碳源单耗为15mg/L左右时，总氮的去除率均值为74.44%。在碳源单耗为7.5mg/L左右时，总氮的去除率均值为74.27%。可见在本试验条件下，TN 去除速率与碳源投加单耗并不成线性关系，在投加单耗由15mg/L降至7.5mg/L时，总氮去除率并没有明显的下降，表明单耗在大于7.5mg/L时，碳源投加存在浪费，但投加量单耗在15mg/L左右时，TN去除率波动最小。

3.探索和分析

3.1稳定系统TN去除率分析

综合试验结果分析，就投加点位而言，A²0工艺在缺氧段投加碳源,TN去除率波动相对更加平稳，氧化沟工艺在缺氧段和厌氧段同时投加碳源，TN去除率波动相对更加平稳。就投加量而言，虽然投加量单耗在7.5mg/L，TN去除率并没有明显提升，而且也能保证TN达一级A标排放，但在投加量单耗在15mg/L左右时，TN去除率波动最小。

3.2碳源投加成本分析

鱼洞厂的碳源补充投加成本主要为外加碳源购置成本，有计划的投加碳源，减少碳源消耗可以大大降低成本。根据试验结果，碳源投加单耗可设置在15kg/km³左右，碳源投加单耗由26.38kg/km³降低到15kg/km³，碳源的成本可节省43.14%。

3.3适用于鱼洞污水处理厂的碳源加模式分析

结合鱼洞污水处理厂实际情况，为保障出水TN稳定达一级A标排放，建议投加点位分别设在A²0工艺和氧化沟工艺厌氧段和缺氧段多点投加，碳源投加量单耗控制在15mg/L左右，根据水量分配调控投加量。另在试验中发现，随点位切换存在总氮去除率突降的问题，因此在碳源投加时应注意碳源的连续投加。

3.4进水COD与碳源投加点位和用量关系分析

选取试验中碳源投加量单耗在15mg/L左右期间的C/N分析，考虑到BOD₅指标出结果存在延迟性，在实际生产中用COD指标进水值作为碳源的投加量的指导指标分析：TN去除率的波动频率基本与碳源投加单耗的波动频率基本是一致的，说明在碳源充足的情况下，TN的去除率越高。在C/N（COD）较低的情况下补充碳源，保障出水TN去除率稳定在70%以上，结合试验数据分析，C/N（COD）控制在6.5—7.5。目前，鱼洞污水处理厂进水只安装了COD在线监测仪，建议后期增加TN在线监测仪，以通过实时监控C/N（COD），及时调整外加碳源量。

结论

为了避免碳源的大量浪费，应综合考虑投碳源投加点，投加时机和投加量，具体的，在生化处理区设置一个或多个碳源投加点，当应用于A²O工艺法时，碳源投加点设置在缺氧处理区带来的脱氮效果最好，当应用于氧化沟工艺法时，缺氧处理区和厌氧处理区同时进行碳源投加带来的脱氮效果最好。

根据进水量、进水TN值、进水COD值计算出所述间隔时间内需要投加碳源的重量值进行碳源投放，这种方法碳源单耗大多处于7.5～15 mg/L，该方法投加的碳源量与为了使排放污水达标所需的碳源量较为接近，从而避免了碳源的大量浪费。

参考文献
［1］王海燕，姚金玲，武雪芳，等．国内外城市污水处理厂污泥标准对比研究与建议[J]．给水排水，2010，36（10）：27-32。
［2］周丹，周雹，污水脱氮工艺中的外部碳源投加量简易计算方法，给水排水，VOL.37NO11。