不同碳源在城镇生活污水处理厂的生产性对比

文_贺萍 汪翠萍 朱琳琳

1.泸州市兴泸污水处理有限公司 2.北京博汇特环保科技股份有限公司 3.北京博泰至淳生物科技有限公司

目前我国污水处理厂已达到近4000座，90%以上采用活性污泥法，总氮的去除主要依靠硝化反硝化工艺。由于我国城市污水实际C/N较低，大部分污水处理厂BOD5/TN＜2.59，80%的污水处理厂BOD5/TN＜3.6，仅有10%的污水处理厂＞4，因此在反硝化过程中不能满足反硝化细菌的需要，有机碳源的不足严重影响力污水脱氮除磷效果。2018年4月生态环保部颁布了《关于加强固定污染源氮磷污染防治的通知》，要求污水集中处理设施于2018年6月底前安装TN和（或TP）自动在线监控设备并与环境保护主管部门联网。同时，部分省市对污水处理厂提出了准IV类排放标准的要求，即出水TN≤10mg/L。TN监管力度的加强以及高排放标准要求促使污水处理厂TN必须持续稳定达标，而我国污水C/N比不足以满足TN去除要求，因此，补充外碳源已成为解决各污水厂TN达标问题的主要方法。

葡萄糖、醋酸钠、甲醇是主要的碳源产品。甲醇COD当量高，脱氮效率高，由于其属于易燃易爆危险品，在化工领域应用较多，而我国污水厂应用较少，多选用葡萄糖和醋酸钠产品。葡萄糖和醋酸钠等产品在污水厂应用过程中存在投加程序复杂、COD当量较低、成本较高、冬季易结晶影响脱氮效果等工程问题，因此市场上出现了一些COD当量高、易生物利用、投加简便、冬季不易结晶的专利碳源产品。为了筛选较优质的外碳源产品，分部选取工业葡萄糖、实用葡萄糖和专利碳源产品BioC-1M为外碳源，以本公司某城镇污水处理厂为研究对象，考察上述三种不同外碳源对脱氮效果、污泥产率及运行成本的影响，以期能够为城镇污水处理厂外碳源选择提供技术支撑。

1 工程概况及研究方法

1.1 污水厂概况

所选污水处理厂工程总规模为40000m3/d，分一期和二期，每期采用两组系列，每个系列包含两组CASS工艺，每组CASS池处理量约5000m3/d，每个周期为4h。出水满足《城市污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级A排放标准。

1.2 碳源材料性质

本研究采用的BioC-1M为北京博汇特环保科技股份有限公司自主研发的新型高效生物发酵复合碳源，传统碳源选择工业级葡萄糖和食用级葡萄糖，三种碳源的基本性质见表1。

表1 碳源性质

1.3 试验条件和时间

试验选取二期四组CASS系列进行对比研究，分别记作1#、2#、3#和4#池，其中1#和3#为I组，投加葡萄糖；2#和4#为II组，投加BioC-1M碳源。投加点设置在生物选择区，投加时间为每个周期投加30min，投加量见表2。

表2 碳源投加阶段说明表

1.4 指标分析方法

试验中各项目检测方法按照《水和废水监测分析方法》第四版（国家环保总局2002年）中规定的分析方法进行检测。

2 结果与讨论

2.1 对TN去除效果的影响

葡萄糖与BioC-1M对TN的去除效果见图1。由图可知，工业葡萄糖与BioC-1M相比达到一级A出水标准阶段，工业葡萄糖投加量是BioC-1M投加量的4倍多，而其出水TN平均浓度比BioC-1M组高1mg/L；出水平均TN＞15mg/L的次数为6次，是BioC-1M组的2倍。食用葡萄糖与BioC-1M相比达到地标准IV类出水标准阶段，食用葡萄糖投加量是BioC-1M的1.48倍，出水平均TN≤10mg/L的次数仅为1次，而BioC-1M组为4次。

经核算，在出水达一级A阶段，每去除1kgTN所消耗的碳源量分别为工业葡萄糖3.75～21.37kg/kgTN，平均为8.41 kg/kgTN ，BioC-1M为0.90～5.13 kg/kgTN，平均为2.02 kg/kgTN；在出水达地表准IV类阶段，每去除1kgTN所消耗的碳源比值分别为食用葡萄糖2.34～5.10 kg/kgTN，平均为3.60 kg/kgTN ，BioC-1M为1.58～3.40 kg/kgTN，平均为2.43 kg/kgTN。

图1 不同碳源对出水TN的影响效果

因此，BioC-1M比工业葡萄糖以及食用葡萄糖对于反硝化脱氮具有更显著的去除效果。这主要是由两方面原因造成，一是BioC-1M碳源成分主要是碳5以下的短链小分子有机物，反硝化细菌更容易利用短链小分子有机物作为电子供体进行反硝化反应，脱氮效率及稳定性提高，而葡萄糖为碳6长链有机物，在反硝化过程中无法被反硝化菌直接利用，需通过EMP途径才能为反硝化提供电子供体；二是BioC-1M碳源为小分子有机物复合成分，而反硝化细菌为多种菌群结构，因此更促进了不同反硝化细菌参与反硝化反应。

2.2 对TP去除效果的影响

不同碳源对TP去除的影响见图2。I组（葡萄糖）TP出水浓度最大值和最小值分别为0.97和0.15mg/L，平均浓度为0.30mg/L；II组（BioC-1M）TP出水浓度最大值和最小值分别为0.62mg/L和0.14mg/L，平均浓度为0.26mg/L。投加BioC-1M复合碳源的II组TP出水低于，投加葡萄糖的I组出水TP，且波动幅度减小。这是由于复合碳源有利于反硝化除磷细菌以硝酸根为电子受体完成吸磷，强化了反硝化除磷。

图2 不同碳源对TP去除效果的影响

2.3 对COD去除效果的影响

不同碳源对COD去除效果的影响见图3。由图3可知，I组与II组出水COD全部达标，远低于一级A排放标准。II组（BioC-1M）出水COD最大浓度和最小浓度分别为26.35mg/L和6mg/L，均略低于I组（葡萄糖）。由此可以验证，BioC-1M碳源的生物可降解性很好，基本可以完全生物利用。

图3 不同碳源对COD去除效果的影响

2.4 对污泥产量的影响

不同碳源对污泥产量（按80%脱水污泥计）的影响如图4所示。按对比研究期间运行30d进行统计，II组（BioC-1M）排泥量总和为173.23t，明显少于I组（葡萄糖）排泥量252.02吨，减少排泥量为78.79t，即减少31.26%的污泥排放量。核算为吨水产泥量分别为：II组（BioC-1M）为5.77t/万t水，I组（葡萄糖）为8.4 t/万t水。

图4 不同碳源对排泥量的影响效果

3 结论

（1）复合碳源BioC-1M对TN以及其他指标的去除效率及稳定性优于葡萄糖。BioC-1M投加量仅为工业葡萄糖的24%、食用葡萄糖48%的投加量下，各项指标达标率和稳定性更好，在地表准IV类的达标率尤其显著。经生产性试验可知，每去除1kgTN所消耗的碳源比值平均分别为工业葡萄糖3.7～21.4kg/kgTN，食用葡萄糖2.3～5.1 kg/kgTN，BioC-1M为1.6～3.4 kg/kgTN。

（2）复合碳源BioC-1M与葡萄糖相比，污泥产量显著降低。BioC-1M与葡萄糖相比，试验期间内其污泥量减少了78.79t，处理水厂25%的水量其污泥产量仅为水厂总泥量的17.7%。BioC-1M的吨水产泥率为5.77t/万t水，而葡萄糖为8.4～9.23t/万t水。

（3）复合碳源BioC-1M属于液体碳源，直接计量泵投加，与固体葡萄糖相比，运行操作更简单，节省了人员成本。