低C/N比污水脱氮技术研究

徐超 王晨 周长波

摘 要：生物脱氮技术是通过硝化和反硝化菌来实现氮的去除，而充足的碳源是反硝化菌高效脱氮的关键，研究表明，只有当C/N>4时才可给反确化细菌提供适量的碳源，使得生物脱氮正常进行，达到TN达标排放。针对低C/N比污水传统生物脱氮碳源不足、脱氮效率不高等问题，文章阐述了几种有效处理低C /N比污水的组合工艺、连续流一体化间歇曝气膜生物反应器（IMBR）等新工艺及分段进水、外加碳源等强化措施，并对这些技术和工艺的应用情况进行了简要分析。

关键词：低C/N比 污水 脱氮技术 碳源不足

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（a）-0093-02

1 引言

根据对我国现有的785座城镇污水处理厂进行的调査统计，有高达65%以上的污水处理厂存在碳源不足的现象，43%的污水处理厂的进水m（BOD5）/m（TKN）<3，进水中的C/N比值较低现象更加普遍，污水中碳源已不能满足微生物脱氮除磷所需[1]。研究表明，只有当C/N>4时才可给反确化细菌提供适量的碳源，使得生物脱氮正常进行，达到TN达标排放[2]。对于低C/N类的废水，碳源本身就不足，废水中原有的碳源不能满足反销化细菌对脱氮的要求，致使TN去除率不高成为正常现象[3]。低C/N比污水使用传统活性污泥工艺处理时由于碳源不足而脱氮效率较低，若排放水体则存在富营养化潜在危险，若增加深度处理则存在运行成本高、占地面积大、脱氮也不彻底等问题。而新的生物脱氮工艺又不成熟，工程应用上存在很多问题，因此低C/N比污水的高效脱氮成为当今水处理技术上的一个难题[4]。

2 处理低C/N比污水的组合工艺

A/O+Anammox 工艺可实现低C/N比城市污水的高效脱氮；在进水总氮（TN）平均质量浓度为62.01 mg/L，溶解性COD/TN （C/N）为2.42的条件下，出水TN 平均质量浓度为11.48 mg/L，NH4+-N平均质量浓度为1.83 mg/L，可以达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准；A/O反應器中TN去除占该工艺TN去除量的51.13%，主要通过缺氧反硝化、好氧同步硝化反硝化和剩余污泥排放实现；AO反应器出水ρ（NO2-N）/ρ（NH4+-N）可控制在1.0左右，满足后续厌氧氨氧化对进水的要求。Anammox 反应器TN 去除量占该工艺TN去除量的48.87%；半亚硝化和厌氧氨氧化作用是A/O+Anammox 工艺处理低C/N污水实现高效脱氮的关键原因[5]。陈永志等[6]考虑到A2 /O工艺的主要功能是除磷及反硝化，而曝气生物滤池则以硝化为目的。因此，通过缩短A2/O的泥龄，将硝化过程从A2/O中分离出去，让曝气生物滤池完成硝化，实现硝化菌和聚磷菌的分离，并解决了硝化菌和聚磷菌泥龄之间的矛盾，实现了A2/O-曝气生物滤池工艺对低C/N比生活污水中有机物、氮和磷的同步去除。宋宏宾等[7]设计了水产养殖用水的三级生物膜短程硝化-反硝化处理工艺，并对该工艺在去除模拟水产养殖废水主要污染物的作用进行了初步研究。研究结果表明，在进水pH值7.5～8.5，温度为28～32 ℃，溶解氧为0.5～1 mg/L，游离氨浓度为5～10 mg/L的条件下，模拟废水的COD、NH4+ -N和TN的平均去除率分别达到94.4%、91.6%和70.1%；并且低C/N比对出水氨氮NH4+ -N的去除率影响不大，NO2--N的平均浓度控制在5.2 mg/L以下，低于鱼类的耐受浓度。表明该短程硝化-反硝化工艺设计，可用于低C/N比水产养殖废水主要污染物的生物处理，尤其是可消除NO2- -N对水产养殖的潜在威胁，基本达到养鱼回用标准。

3 处理低C/N比污水的强化措施

3.1 分段进水

分段进水工艺由于具有污泥浓度高、水力停留时间短、碳源利用率高、氮磷去除稳定高效、节省内回流等特点被国内外广泛研究、应用。因此，分段进水技术可为低浓度、低C/N废水处理提供一条达一级A 标准的新途径[8]。刘山虎等[9]采用分段进水SBR工艺处理低C/N值含盐废水，研究发现适当的分段进水方式和进水比例，可节省后续反硝化时间和反硝化外碳源需求量，实现高效脱氮、降低运行成本的同时防止N2O的大量释放。马娟等[10]研究了CAST工艺处理低C/N实际生活污水的脱氮性能，研究发现采用分段进水交替A/O运行模式可大幅改善系统脱氮性能，且TN去除率随着交替次数的增多而提高，交替4次平均去除率达87.23%。曹贵华等[11]采用改良A/O分段进水工艺处理我国南方低浓度、低碳氮比城市生活污水。经过150d的连续运行，得到系统最佳流量分配比为20%：35%：35%：10%；在此工况下COD、氨氮、总氮、总磷出水水质分别为33.05 mg/L、0.58 mg/L、9.26 mg/L、0.46 mg/L，出水优于国家GB-18918-2002一级A排放标准。原水COD绝大部分作为厌氧释磷和反硝化脱氮所需碳源，系统对碳源有效利用率达74%；DO和ORP的协同控制可以作为系统厌氧放磷段的控制参数；同时亦可作为缺氧段反硝化完成和好氧段硝化完成的指示性参数。

3.2 外加碳源

合肥塘西河再生水厂采用倒置A2/O（缺氧/厌氧/好氧—预缺氧）—MBR工艺处理低C/N城市生活污水。崔新伟等[12]研究了投加碳源前后各生化反应池中有机物及氮元素的变化规律，结果表明未投加外碳源时TN的去除率为52.3%，脱氮效果不理想。当乙酸钠作外碳源，投加量为50mgCOD/L时，TN的去除率明显提高，达到74.5%。

4 新工艺

陆谢娟[4]针对低C/N比污水现状，克服目前膜生物反应器应用于污水回用存在的脱氮不彻底问题，开发了连续流一体化间歇曝气膜生物反应器（Intermittent-aeration Membrane Biological Reactor，IMBR）。IMBR集曝气、沉淀、膜滤于一体，通过三相分离器将反应区与膜室结合形成一体化构造来强化脱氮，实现污泥自回流，节省污泥回流费用，同时由于反应器上部进水中有机物的不断补充，满足反硝化所需碳源，降低了投加碳源的运行成本，提高了脱氮效果。

5 结语

在低C/N条件下，传统生物脱氮工艺不能达到高效脱氮目的时，可以考虑通过新工艺或者工艺组合达到高效脱氮的目标；也可以考虑采用分段进水或者外加碳源等强化措施达到高效脱氮的目的。总之，应结合实际污水性质及现存的污水处理设施，选择和确定合适的处理工艺和强化措施。

参考文献

[1] 孙永利，许光明，游佳，等.城镇污水处理厂外加商业碳源的选择[J].中国给水排水，2010，26（19）：84-86.

[2] 孙振世，柯强，陈英旭.SBR生物脱氮机理及其影响因素[J].中国沼气，2001，19（2）：16-19.

[3] 王盈盈.倒置A2/O-MBR工艺强化低C/N比污水脱氮除磷效果研究[D].北京交通大学硕士学位论文，2013.

[4] 陸谢娟.低C/N比污水间歇曝气MBR脱氮研究[D].华中科技大学博士学位论文，2010.

[5] 马斌，张树军，王俊敏，等.A/O+Anammox工艺处理低C/N城市污水的脱氮性能[J].中南大学学报（自然科学版），2011，42（8）：2526-2530.

[6] 陈永志，彭永臻，王建华，等.A2/O-曝气生物滤池工艺处理低C/N比生活污水脱氮除磷[J].环境科学学报，2010，30（10）：1957-1963.

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[8] 曹贵华.改良A2/O分段进水工艺处理低C/N市政废水的性能与优化控制[D].北京工业大学博士学位论文，2013.

[9] 刘山虎，潘绵立，赵伟，等.分段进水SBR处理低C/N值含盐废水的脱氮效果[J].中国给水排水，2013，29（5）：5-9.

[10] 马娟，彭永臻，王淑莹，等.CAST工艺处理低C/N生活污水的强化脱氮性能[J].环境工程学报，2009，3（2）：234-238.

[11] 曹贵华，王淑莹，彭永臻，等.流量分配比对改良A/O分段进水脱氮除磷特性的影响[J].化工学报，2012，63（4）：1249-1257.

[12] 崔新伟，谢丽，毕晔，等.Shim H J.倒置A2/O—MBR工艺处理低C/N生活污水脱氮性能研究[J].给水排水，2012，38（9）：132-136.