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污水處理技術(shù)中反硝化碳源的選擇方法,非常實(shí)用!

發(fā)布日期:2023-06-12 瀏覽次數(shù):502


隨著國家對(duì)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高,其中總氮排放的要求也進(jìn)一步提高,尤其一些地區(qū)要求市政污水處理廠提標(biāo)到地表水準(zhǔn)四類標(biāo)準(zhǔn),其中要求總氮小于10PPM,為保證總氮達(dá)標(biāo)排放,通過外加碳源降低污水中總氮的量,成為了目前較為適用于實(shí)踐的手段。


一、碳源介紹

目前市面上常用的碳源:甲醇、乙酸、乙酸鈉、面粉、葡萄糖、生物質(zhì)碳源及污泥水解上清液等。在使用過程中,需要根據(jù)實(shí)際工程情況選擇合適的碳源?,F(xiàn)對(duì)各種常用的碳源進(jìn)行對(duì)比,分析各種碳源的優(yōu)缺點(diǎn):

1、甲醇

甲醇作為外碳源具有運(yùn)行費(fèi)用低和污泥產(chǎn)量小的優(yōu)勢(shì),在甲醇碳源不足時(shí),存在亞硝酸鹽積累的現(xiàn)象。以甲醇為碳源時(shí)的反硝化速率比以葡萄糖為碳源時(shí)快3倍,其較佳碳氮比(COD:氨氮)為 2.8~3.2 。

但甲醇作為外加碳源時(shí),有以下3點(diǎn)問題需關(guān)注:

① 甲醇易燃,為甲類?;罚瑑?chǔ)存和使用均有嚴(yán)格要求。特別是其儲(chǔ)存需報(bào)當(dāng)?shù)毓膊块T備案審批,手續(xù)繁瑣。
② 微生物對(duì)甲醇的響應(yīng)時(shí)間較慢,甲醇并不能被所有微生物利用,當(dāng)甲醇用于污水處理廠應(yīng)急投加碳源時(shí)效果不佳;
③ 甲醇具有一定的毒害作用,將甲醇作為長期碳源,對(duì)尾水的排放也會(huì)造成一定的影響。

2、乙酸鈉

乙酸鈉的優(yōu)點(diǎn)在于它能立即響應(yīng)反硝化過程,可作為水廠應(yīng)急處置時(shí)使用。

乙酸鈉由于是小分子有機(jī)酸鹽的原因,反硝化菌易于利用,脫氮效果是較好的。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),碳氮比在4.6時(shí),可以達(dá)到穩(wěn)定的脫氮效果,而且它的水解物為小分子有機(jī)物,能容易被微生物降解,反硝化響應(yīng)時(shí)間快,而且無毒,能作為應(yīng)急碳源。但是,它價(jià)格較貴,產(chǎn)泥率高,對(duì)污水廠的污泥處置會(huì)帶來了一定的壓力。

使用乙酸鈉要考慮以下3點(diǎn):

① 乙酸鈉多為20%、25%、30%的液體,由于當(dāng)量COD低,運(yùn)輸費(fèi)用高,不能遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。
② 產(chǎn)泥量大,污泥處理費(fèi)用增加;
③ 價(jià)格較為昂貴,污水處理廠大規(guī)模投加乙酸鈉幾乎不可能。

3、乙酸

乙酸作為碳源,與乙酸鈉類同。但作為工業(yè)化產(chǎn)品,用做碳源確實(shí)浪費(fèi)。

但其弊端有四點(diǎn):

①乙酸為乙類?;?,也是揮發(fā)性酸,是大氣污染VOC的重要組成部分,環(huán)保部門監(jiān)管多,儲(chǔ)存條件要求高。
②多數(shù)污水處理廠遠(yuǎn)離乙酸廠,運(yùn)輸費(fèi)用高,不能遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。
③乙酸代謝后的氫離子有降低出水pH的可能。
④ 乙酸價(jià)格市場(chǎng)變化大,高價(jià)時(shí)做碳源價(jià)格昂貴,將乙酸應(yīng)用于污水處理廠的大規(guī)模投加幾乎不可能。

4、糖類

糖類外加碳源中,以面粉、蔗糖、葡萄糖為主,由于葡萄糖是較為簡單的糖,所以目前研究比較多。當(dāng)碳源充足時(shí),以葡萄糖為碳源的較佳碳氮比較甲醇為碳源時(shí)高得多,為 6∶1~7∶1。碳源對(duì)硝氮的比還原速率幾乎沒有影響,但是對(duì)亞硝氮的比積累速率影響較大,在研究中發(fā)現(xiàn)只有葡萄糖作為外加碳源時(shí)對(duì)亞硝氮的比累積速率沒有影響。

以葡萄糖為代表的糖類物質(zhì)作為外加碳源使得脫氮效果良好,可是,糖類作為多分子化合物,容易引起細(xì)菌的大量繁殖,導(dǎo)致污泥膨脹,增加出水中COD的值,影響出水水質(zhì),同時(shí),與醇類碳源相比,糖類物質(zhì)更容易產(chǎn)生亞硝態(tài)氮積累的現(xiàn)象。

但其弊端有二點(diǎn):

①需要現(xiàn)場(chǎng)配置成溶液,勞動(dòng)強(qiáng)度大,投加精準(zhǔn)性差,大型污水處理廠無法使用。
②工業(yè)葡萄糖含雜質(zhì)多,食品葡萄糖價(jià)格貴。

5、生物質(zhì)碳源

隨著污水脫氮要求的提高,新興起專業(yè)生產(chǎn)碳源的企業(yè),他們通過生物工程原理,對(duì)一些糖類、農(nóng)產(chǎn)品廢料等進(jìn)行發(fā)酵,生產(chǎn)無毒無害的生物制品,主要組分是小分子有機(jī)酸、醇類、糖類。其較單一的化學(xué)品更容易被微生物利用,其使用成本比單一化學(xué)品便宜,具備極高的性價(jià)比。

但其弊端:

①產(chǎn)品的穩(wěn)定性待提高,使用前需對(duì)每批次產(chǎn)品當(dāng)量COD進(jìn)行檢測(cè)。

6、污泥水解上清液

生物轉(zhuǎn)化揮發(fā)酸VFA 來源于污泥水解的上清液,由于水解所產(chǎn)生的 VFA 擁有很高的反硝化速率,碳源可以直接由污水廠內(nèi)部提供,在污泥減容的同時(shí)還減少了碳源運(yùn)輸方面的問題,所以它是目前比較有優(yōu)勢(shì)的碳源。

對(duì)于污泥水解利用做外碳源的研究,目前不同的結(jié)論有很多,但總體認(rèn)為它作為反硝化脫氮系統(tǒng)的碳源是一種很有價(jià)值的方法??墒牵瑢?duì)于不同的污泥,不同的水解條件,所產(chǎn)生的VFA 的組分有較大的差別,而由于組分不同,又能引起反硝化速率的不同(這也是為何很多研究不一致的原因),所以,如何將污泥水解的產(chǎn)物VFA統(tǒng)一化研究應(yīng)用,還是一個(gè)比較大的難題。

除此以外,若直接將水解污泥作為外碳源,還要考慮到污泥水解過程中氮磷的釋放問題,這部分氮磷若以碳源的形式投加到污水中,勢(shì)必會(huì)增加污水處理廠的氮磷負(fù)荷,如何解決這個(gè)問題,是利用污泥水解液的另一大難題。

二、碳源的選擇

目前,有的市政污水處理廠碳源投加費(fèi)用居高不下,有的高達(dá)0.2-1.0元/噸,為降低污水處理的運(yùn)行費(fèi)用,必須選擇性價(jià)比高的碳源。

1、以當(dāng)量COD的單價(jià)來衡量碳源的價(jià)格

因各類碳源的組成成分不同,環(huán)保上通常以當(dāng)量COD計(jì)算,一般采用萬COD當(dāng)量的計(jì)算方式,比如甲醇的當(dāng)量COD為150萬,即1噸的甲醇相當(dāng)于1500公斤的COD當(dāng)量,再換算成萬COD當(dāng)量的單價(jià):

備注

(1)以上單價(jià)僅供參考,因工業(yè)產(chǎn)品價(jià)格變動(dòng)大,計(jì)算時(shí)以實(shí)際采購為準(zhǔn);
(2)因甲醇是?;罚膊块T嚴(yán)禁在污水處理廠儲(chǔ)存;
(3)葡萄糖因容易造成污泥膨脹,出水COD升高,較少使用;

通過上表,發(fā)現(xiàn)乙酸鈉的當(dāng)量COD單價(jià)確實(shí)昂貴,這個(gè)也是目前污水處理廠碳源投加成本高的原因;甲醇是較具性價(jià)比的碳源,但當(dāng)冬天來臨采暖用甲醇時(shí),甲醇的單價(jià)也可能上升到4500元/噸,如乙酸,有的時(shí)候出廠價(jià)高達(dá)4500元/噸。

2、碳源投加量的確定

各類碳源投加量都有一個(gè)相應(yīng)的范圍,以下為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以通過實(shí)際情況確定碳源的投加量,但要在實(shí)際運(yùn)行中要兼顧到亞硝態(tài)氮的累積和產(chǎn)泥率:

(1)甲醇:在甲醇投加量不足的情況下,會(huì)出現(xiàn)亞硝態(tài)氮的累積,理想的COD/N為4.3~4.7。有文獻(xiàn)提到,甲醇為碳源時(shí)理想的COD/N為4.3~10.6。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),甲醇為碳源時(shí),理想的投加量碳氮比大于5時(shí),反硝化才能進(jìn)行完全,硝態(tài)氮去除率可達(dá)95%,產(chǎn)泥率在0.35左右。

(2)乙酸鈉:根據(jù)文獻(xiàn),在污水中加入乙酸鈉作為碳源,碳氮比在4.6時(shí),可以達(dá)到穩(wěn)定的脫氮效果,而且它的水解物為小分子有機(jī)物,能容易被微生物降解,反硝化響應(yīng)時(shí)間快,而且無毒,能作為應(yīng)急碳源。但是,它價(jià)格較貴,產(chǎn)泥率高,對(duì)污水廠的污泥處置會(huì)帶來了一定的壓力。

(3)工業(yè)葡萄糖:閻寧經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),工業(yè)葡萄糖的理想碳氮比在6.4~7.5,比甲醇大得多,而且它是多分子有機(jī)物,不易被微生物所利用,容易導(dǎo)致出水中COD的上升,同時(shí)與甲醇、酒精相比,葡萄糖更易出現(xiàn)亞硝態(tài)氮的累積,因此,不建議大量使用葡萄糖作為碳源。

3、碳源的選擇

在理論上,各類碳源都能保證出水總氮達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),但要考慮多個(gè)因素:

(1)碳源投加的成本

投加成本是碳源的當(dāng)量COD價(jià)格+投加量的綜合算法,需要理論計(jì)算加實(shí)際運(yùn)行的投加量確定;

(2)碳源產(chǎn)泥率

投加碳源,必定會(huì)增加污泥的產(chǎn)量,而污泥處理成本很高,這個(gè)是選擇碳源必須考慮到的重要一項(xiàng)。

(3)保證污水運(yùn)行的穩(wěn)定性

投加碳源目的是為了脫氮,因此在選擇碳源的時(shí)候,要兼顧污水處理廠的運(yùn)行穩(wěn)定,如盡可能的避免污泥膨脹、出水COD升高、亞硝基氮累積等。

根據(jù)以上,碳源的選擇,不是單純的經(jīng)濟(jì)帳,而是與穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)際相緊密結(jié)合的??茖W(xué)的選擇碳源,才能有效的降低污水處理廠的運(yùn)行成本和污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行。


三、結(jié)論

當(dāng)前,國內(nèi)絕大多數(shù)的市政污水處理廠面臨著必須投加碳源和碳源成本高的現(xiàn)實(shí),如何做到減少碳源投加和降低碳源成本,是污水處理行業(yè)面臨著的共同問題,通過近幾年碳源的使用實(shí)際使用情況,提出如下的建議:

(1)重塑厭氧池和缺氧池流態(tài),促進(jìn)池容近100%的利用,避免短流,提高混合效率和碳源利用率,盡量減少碳源投加或者不投加。
(2)新設(shè)計(jì)的污水處理廠可選用多級(jí)AO工藝,充分考慮堿度在污水處理中的重要作用,減少污泥內(nèi)回流,達(dá)到更好的脫氮效果。
(3)碳源選擇與投加,需要綜合考慮各種因素,除碳氮比這個(gè)參數(shù)外,重點(diǎn)要考慮水的流態(tài)、堿度和水溫這3方面的影響。
(4)根據(jù)目前的發(fā)展趨勢(shì),碳源的綜合成本將成為污水處理廠之選,新興的生物質(zhì)碳源是綜合碳源,利于生物降解,將逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位,可以通過小規(guī)模的試用,避免走彎路。
(5)目前碳源的選擇種類很多,也有外資品牌來搶占碳源的市場(chǎng),在保證不產(chǎn)生二次污染的情況下,選擇性價(jià)比之高的碳源作為之選碳源,乙酸鈉可以作為應(yīng)急碳源儲(chǔ)備做應(yīng)急使用。
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