外加碳源对乡镇污水厂脱氮效果分析与研究

刘超航

摘要：通过对乡镇污水厂水样进行实验分析，外加甲醇作为碳源进行工艺模拟。当甲醇投加量逐渐增加时，系统对总氮的处理效果增强。从污水处理厂运行稳定和经济合理的情况下考虑，碳源投加量在7mg/L的情况下能够稳定实现出水一级B标准，碳源投加量在14mg/L的情况下能够稳定实现出水一级A标准。

关键词：乡镇污水厂;外加碳源;总氮;生活污水

1.研究背景

我國污水普遍存在低碳，相对高氮、磷的水质特点，由于有机物含量偏低，采用常规脱氮工艺无法满足缺氧反硝化阶段对碳源的需求，导致反硝化过程受阻，并抑制异氧好氧菌增殖，使得氨氮的同化作用下降，大大影响了污水处理的脱氮效果。

2015年2月，中央政治局常务委员会会议审议通过《水污染防治行动计划》，对强化城镇生活污水治理提出了更高的要求。目前我国基本实现了乡镇污水处理厂全覆盖，污水厂出水要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B标准以上，同时，城镇污水厂提标改造建设也在日益加快。

城镇污水处理厂的提标改造，主要技术难点即为脱氮除磷，在工程实践中，往往通过加药辅助化学除磷，保证总磷指标达标。但脱氮工艺，目前仍然以生物脱氮为主。实践证明，投加碳源是污水处理中解决总氮超标问题的重要手段。

本文以外加甲醇为例，研究分析外加碳源对污水厂反硝化效果的影响，以期实验结果对新建污水厂或污水厂提标改造工艺设计提供参考借鉴。

2.外加碳源简介

生物脱氮主要包括硝化反应和反硝化反应两个阶段。在实际工程中，反硝化反应往往面临碳源不足的问题，这是制约污水厂总氮指标达标的主要因素。反硝化反应是反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮或一氧化二氮的过程。一般认为在BOD5/TKN>5时，碳源充足，无需外加碳源。

常用的外加碳源有甲醇、乙酸、乙醇、乙酸钠、等，不同种类碳源优缺点如下：

由上表可知，不同的外加碳源在反应性能以及反应条件的应用上都存在差别，要想保障整体的碳源投加效果，应选择合适的碳源，确定高效且经济合理的投加量。甲醇应用范围广泛，本次研究分析甲醇的投加条件和投加量。

3.实验方法和结果

3.1进水水质分析

本次实验通过对湖北省某乡镇污水厂进行取样分析，通过对进水水质的检测，了解进水中碳源等有机物的含量，从而分析进水碳源对生物脱氮除磷的基本影响，为后续碳源的投加提供初步参考。

根据数据显示，湖北省某乡镇污水厂2018年进水水质监测报告结果为，全年进水COD平均值为240 mg/L，进水BOD为111 mg/L，进水总氮为43 mg/L，总磷为5.78 mg/L。

分析可知BOD/COD=0.4625，污水可生化性较高，为易生化废水， BOD/TN=2.58。一般认为在BOD5/TKN>5时，碳源充足，无需外加碳源。可见，该厂碳氮比较低，为后续生物脱氮达标造成一定的风险，因此，需要外加碳源作为进水碳源的补充。

3.2 实验方法

按照此次污水处理厂净化处理需求，在实验开展中，选定甲醇作为外加碳源。反应容器采用5000mL塑料量筒，高度26.5cm，底部直径18cm。来水采用上述湖北某乡镇污水处理厂的细格栅后污水，污泥采用二沉池回流污泥，反应器内污泥浓度控制在3000mg/L左右。实验工艺选择SBR工艺模型，一个实验周期为4h，分别为进水、好氧2h、缺氧和厌氧1.5h、沉淀0.5h、排水，其中进水和排水时间忽略。好氧、缺氧和厌氧阶段采用不锈钢搅拌叶式搅拌器;好氧期间采用空气曝气，溶解氧浓度控制在1.5～2.5mg/L之间。实验装置共计设置4组。

3.3 外加碳源的投加

实际生产运行中，采用甲醇稀释溶液，通过加药泵投加，本次实验通过甲醇直接投加，利用搅拌器搅拌均匀，避免溶液中的水对实验水量产生影响。4组实验装置中，甲醇起始投加浓度分别为0mg/L、3.5mg/L、7mg/L、14mg/L。

3.4 实验结果分析

如图1所示，甲醇作为外加碳源，在投加量分别为0、3.5mg/L、7mg/L和14mg/L情况下，总氮随时间的变化值。总氮随反应时间的延长，浓度逐渐降低，最终出水浓度分别为24mg/L、17mg/L、14mg/L和11mg/L。对总氮的去除率分别为44.2%、60.5%、67.4%和74.4%。

可见，当投加甲醇作为碳源达到3.5mg/L后，出水满足一级B标准要求，而且随着投加量的增加，系统对总氮的处理效果增强。当投加甲醇作为碳源达到7mg/L后，出水满足一级A标准。实验表明，碳源的投加，保证了异养型反硝化细菌对碳源的需求，提高了反硝化脱氮的效果。

4.结论

对于碳氮比较低的污水，投加甲醇作为外加碳源能显著提高生物脱氮的效果。甲醇的投加量分别为0、3.5mg/L、7mg/L和14mg/L情况，总氮的去除效率从44.2%提高到74.4%。从污水处理厂运行稳定和经济合理的情况下考虑，碳源投加量在7mg/L的情况下能够稳定实现出水一级B标准，碳源投加量在14mg/L的情况下能够稳定实现出水一级A标准。

综上所述，在污水处理厂设计与建设中，借助碳源投加能够将污水处理生化处理单元的脱氮效果提升上来，对于污水处理稳定达标，具有一定的保障性。