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有小伙伴提問，“碳源不足的情況下，如何提高脫氮除磷的效果？”

帶著這個(gè)的問題，我們走訪調(diào)研了JS省某流域204座城鎮(zhèn)污水處理廠。

這不看不知道，一看嚇一跳。我們發(fā)現(xiàn)，有43%的污水處理廠的進(jìn)水BOD5/TNK<3，有超過65%以上的污水處理廠存在碳源不足的現(xiàn)象。

這也就意味著，大部分污水處理廠進(jìn)水碳源無法滿足脫氮除磷需求，均需通過外加碳源等其他手段措施來保證出水TN、TP的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

我國污水廠多采取的是傳統(tǒng)生物/化學(xué)工藝處理低碳源污水，雖然可以滿足城鎮(zhèn)污水排放標(biāo)準(zhǔn)，但是污水廠運(yùn)行成本較高，同時(shí)進(jìn)水方式復(fù)雜、操控困難，也給污水廠處理低碳源污水增加了難度，主要存在以下幾個(gè)問題：

1、污水廠的運(yùn)行成本高

由于傳統(tǒng)硝化反硝化工藝需要消耗大量有機(jī)物，為了滿足反硝化，需要投加大量碳源，提高C/N。污水廠通常選擇乙酸鈉、甲醇、葡萄糖等有機(jī)物作為外加碳源，其市場均價(jià)在2500元以上（各地方數(shù)據(jù)有所偏差）。

近年來，以有機(jī)污水碳源為主，無毒、價(jià)格低廉的外加碳源成為熱點(diǎn)，如啤酒廢水、醋廠廢水、食品加工廢水等工業(yè)廢水。但這種雙贏的好事兒是可遇不可求的。

2、進(jìn)水方式復(fù)雜

為了提高生物脫氮效率，大多數(shù)污水處理廠采用分段進(jìn)水和周期性改變進(jìn)水的方法。一方面改良分段進(jìn)水擁有充分利用碳源、脫氮效率高、運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)；另一方面也存在分段進(jìn)水工藝操作復(fù)雜，運(yùn)行調(diào)控困難的不足。此外該工藝需要多個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)運(yùn)行，占地面積大，運(yùn)行成本也相應(yīng)增加。

那如何解決城鎮(zhèn)污水處理廠脫氮除磷所需碳源不足的問題？

今天，小編總結(jié)出了如下8個(gè)低碳源污水處理優(yōu)化措施。

01 分段進(jìn)水活性污泥法

在實(shí)際工作中，我們更喜歡把這個(gè)方法叫做多點(diǎn)進(jìn)水。

早期采用多點(diǎn)進(jìn)水是為了減少生物池需氧量和供氧量的差異，起到節(jié)能降耗的作用。但目前采用該方式的目的主要有兩方面：

• 一是增加脫氮除磷段的碳源含量；

• 二是通過消耗污泥回流和硝化液回流所攜帶的剩余溶解氧，來優(yōu)化脫氮除磷的反應(yīng)環(huán)境，從而提高處理效果。

值得一提的是，我們走訪的某家污水處理廠就是采用多點(diǎn)進(jìn)水的改良型UCT工藝。

同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)，這種運(yùn)行方式也存在著明顯的缺陷。比如由于是增加了進(jìn)水點(diǎn)，既增加了構(gòu)筑物池容和管線系統(tǒng)，這無疑會(huì)帶來反應(yīng)池容積和建設(shè)投資增加，運(yùn)行管理難度增大以及系統(tǒng)復(fù)雜化等問題。

不過話又說回來，正所謂瑕不掩瑜，相對(duì)于提高脫氮除磷處理效果來講，這些缺陷完全是可以忽略。

02 增設(shè)厭氧水解酸化池

一般來說，改進(jìn)脫氮除磷工藝，比較常用的方式就是在脫氮除磷反應(yīng)器前增加厭氧水解酸化池(段)。

這是因?yàn)?span style="font-size: 16px; font-weight: 700; border: 0px; margin: 0px; padding: 0px;">在厭氧水解酸化階段，大分子有機(jī)物質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)化為簡單的化合物并分泌到細(xì)胞外，如此一來便可以削減待處理污水的有機(jī)負(fù)荷，改善污水的可生化性，從而提高后續(xù)處理的效率。

以調(diào)研中的某家污水處理廠為例，其在在氧化溝前設(shè)置前置缺氧池（前置反硝化池）和厭氧池，10％的進(jìn)水直接進(jìn)入前置缺氧池段給回流污泥提供反硝化所需碳源，而在厭氧池內(nèi)，大分子和難降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于生物降解的物質(zhì)為聚磷菌提供碳源。

除此之外，還有很多實(shí)際案例都表明，將水解酸化過程作為低濃度城市污水生物脫氮工藝的預(yù)處理工藝可以為反硝化段補(bǔ)充一定量的碳源，有效提高脫氮效率。

不過在這里，小編還是有必要提醒大家一句，考慮到水解池的建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用，以及一些地區(qū)污水的實(shí)際情況，使用此方法還需綜合處理效果和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用等因素，做到因地制宜。

03 初沉池的合理設(shè)置

關(guān)于初沉池的介紹此處就不多說了，大家都比較清楚。

其作用就是進(jìn)一步去除沉砂池不能去除的更加細(xì)小的無機(jī)顆粒，可去除10％～20％的有機(jī)物，同時(shí)它還具有一定的水解酸化的作用，從而減少后續(xù)生物處理單元的負(fù)荷，對(duì)提高處理效果起到了重要的促進(jìn)作用。

但是，關(guān)于初沉池的設(shè)置就有必要和大家好好嘮嘮了，畢竟其在一定程度上導(dǎo)致了后續(xù)脫氮除磷處理階段碳源量更低的問題的出現(xiàn)。

目前初沉池的設(shè)置與否主要有三種方式，它們各有利弊，需要設(shè)計(jì)和建設(shè)單位根據(jù)進(jìn)水的實(shí)際情況以及具體的建設(shè)情況，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和建設(shè)。

1）直接取消初沉池

小編認(rèn)為，這種方式對(duì)于進(jìn)水SS濃度較低且波動(dòng)不大的污水廠無疑是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

比如，目前就有很多污水廠（如現(xiàn)階段較為流行的延時(shí)曝氣氧化溝工藝），是污水經(jīng)過沉砂池之后，直接進(jìn)入生物池。

這種做法的優(yōu)勢(shì)很明顯，既減少了初沉池的建設(shè)投資，簡化了處理流程，對(duì)于緩解建設(shè)單位的資金和占地規(guī)劃緊張狀況起到了積極作用。

2）在初沉池環(huán)節(jié)處設(shè)置超越管

從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，這種方式更適合進(jìn)水SS濃度波動(dòng)較大的污水處理廠。

當(dāng)進(jìn)水SS濃度較高時(shí)，可以開啟初沉池進(jìn)一步降低SS；而當(dāng)進(jìn)水SS濃度較低時(shí)，可以開啟超越管超越初沉池來減少有機(jī)物的損失，以此增加后續(xù)處理工藝中有機(jī)碳源的含量。

3）減少初沉池的水力停留時(shí)間

一般來說，初沉池的水力停留時(shí)間是1～2h。

但有些水友提出了不一樣的想法，即將初沉池的停留時(shí)間減少至0.5～1h，或者適當(dāng)提高沉砂池池的水力停留時(shí)間。

因?yàn)檫@樣做，可以在一定程度上緩解取消初沉池所帶來的一系列弊端。

04 利用污泥開發(fā)碳源

顧名思義，采用這種方法不僅能在一定程度上解決污泥的處置問題，還能在一定程度上解決污水廠碳源不足的問題，真正意義上地實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化和資源化。

不過，在此需要特別說明的是，由于污泥微生物的細(xì)胞壁是一種穩(wěn)定的半剛性結(jié)構(gòu)，很難通過直接厭氧水解產(chǎn)酸，因此只有對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，才能破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)、細(xì)胞壁，使其胞內(nèi)物質(zhì)能夠有效地釋放出來，獲得可溶解性有機(jī)物，進(jìn)而水解產(chǎn)生VFAs。

近幾年發(fā)展起來的污泥預(yù)處理方法有：物理法（高壓噴射法、珠磨法、超聲波法、加熱法），化學(xué)法（臭氧氧化法、氯氣氧化法、濕式氧化法）、生物法及一些組合方法。

05 傳統(tǒng)水處理工藝改進(jìn)

1）AAO工藝改進(jìn)

• 在沉降區(qū)旁邊依次設(shè)置厭氧除磷區(qū)和低氧曝氣區(qū)，形成一體化設(shè)置。這樣有利于提高工作效率，縮短污水處理時(shí)間。

• 充分利用空氣壓力的原理建立了一個(gè)空氣推流區(qū)前端的低氧曝氣區(qū)域，提供自然力量并減少能源消耗和沖擊載荷。

• 獨(dú)特的溶解氧控制系統(tǒng)，可以加強(qiáng)對(duì)COD、總氮TN和總磷TP的去除。它是低碳源城市污水處理的主要工藝。

2）SBR工藝改進(jìn)

SBR工藝是對(duì)活性污泥法的一種改進(jìn)其具有操作簡單、流程少、成本低、固液分離效果好、脫氮除磷效果好以及耐沖擊負(fù)荷性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，適用于水量小的企業(yè)廢水處理。

值得一提的是，在改進(jìn)SBR工藝的基礎(chǔ)上還可以加入一段預(yù)缺氧區(qū)，將外回流帶來的亞硝酸在預(yù)缺氧區(qū)域進(jìn)行反硝化，為后續(xù)的厭氧釋磷提供更好的厭氧環(huán)境。

當(dāng)預(yù)缺氧區(qū)進(jìn)水中的原水有機(jī)物發(fā)生一定程度的水解反應(yīng)后，更容易被聚磷菌所高效利用。同時(shí)增加預(yù)缺氧區(qū)為原水在碳源的分配上提供更多的選擇權(quán)。

這樣能夠優(yōu)化原水分配過程中碳源的選擇，還能將市政污水的碳源集中處理，從而提升整個(gè)污水的優(yōu)化效率，提高水資源的循環(huán)使用率。

06 合理篩選外部碳源

在篩選外碳源的過程時(shí)，要保證外碳源的質(zhì)量。外部碳源根據(jù)其來源主要分為兩類，一是傳統(tǒng)的碳源包括甲醇、糖等有機(jī)物；二是有機(jī)污水碳源，如啤酒廢水等工業(yè)廢水、垃圾滲濾液。

不同類型的有機(jī)物在生物系統(tǒng)中有著各自的循環(huán)代謝方式，利用效率也自然不同。因此，碳源的來源和利用效率都是篩選中重點(diǎn)考察的因素。

通過實(shí)踐分析得知，活性污泥對(duì)于不同的碳源會(huì)表現(xiàn)出不同的反硝化效率，并且降解時(shí)間、降解程度都有所不同，在反硝化過程中加入乙酸鈉效果會(huì)更好；

同時(shí)，大量研究表明，乙酸反硝化反應(yīng)速率要高于葡萄糖以及乙醇，因此，在篩選外部碳源時(shí)，需要根據(jù)具體的污水處理項(xiàng)目采取多種方法進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)最終的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益選擇最合適的外部碳源。

07 調(diào)整碳源投加方式

外加碳源主要保證缺氧段有充足的有機(jī)物供反硝化細(xì)菌利用，從而提高脫氮效率。

基于此，我們?cè)谡{(diào)研中發(fā)現(xiàn)有運(yùn)行人員將甲醇投加點(diǎn)從A2/O池厭氧段進(jìn)水口調(diào)整至缺氧段，并對(duì)甲醇用量進(jìn)行合理調(diào)節(jié)（當(dāng)進(jìn)水濃度以及 C /N值低、出水 TN 值出現(xiàn)上升趨勢(shì)時(shí)，加大投加量，反之則減少投加量），同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的工藝調(diào)控以滿足生產(chǎn)運(yùn)行需求，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

碳源投加點(diǎn)調(diào)整前，甲醇首先在厭氧段消耗一部分，再進(jìn)入缺氧段進(jìn)行反硝化；而調(diào)整后，甲醇全部用于反硝化，避免了厭氧段對(duì)甲醇的消耗，從而使甲醇用量大幅下降。

從結(jié)果數(shù)據(jù)來看，該污水處理廠甲醇日均用量減少了約45.9%，大大降低了運(yùn)行成本。同時(shí)，甲醇用量減少后，各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)均能達(dá)標(biāo)。

08 其他技術(shù)的應(yīng)用

1）短程硝化反硝化

在傳統(tǒng)理論中主要依靠的是亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌兩種微生物轉(zhuǎn)化氨氮。

若需要對(duì)兩種方式進(jìn)行生態(tài)選擇，需要在污泥中使亞硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)變成為優(yōu)勢(shì)菌群，并淘汰或減少硝化細(xì)菌數(shù)量，在亞硝化階段充分發(fā)揮硝化作用，然后直接對(duì)其進(jìn)行反硝化處理，該種方式能夠顯著縮短脫氮的反應(yīng)進(jìn)程。

該工藝在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效節(jié)省能源，與傳統(tǒng)工藝相比，減少大約40%左右的碳源。

2）CANON工藝

CANON工藝也被稱為生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮工藝，其原理為：

生物膜內(nèi)亞硝酸細(xì)菌在好氧下把氨氧化成亞硝酸鹽；厭氧氨氧化菌在厭氧條件下把氨和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮?dú)猓焕脕喯跛峒?xì)菌和厭氧氨氧化菌的協(xié)同作用，最終把氨氧化成氮?dú)狻?/span>

CANON工藝反應(yīng)無需有機(jī)碳源，能夠在完全無機(jī)的環(huán)境中進(jìn)行，這樣可以有效節(jié)省100%的外碳源，以及66%的供氣量。

3）厭氧氨氧化技術(shù)

厭氧氨氧化主要指的是細(xì)菌在溶氧濃度較低的前提下，通過細(xì)胞內(nèi)的新陳代謝，促進(jìn)亞硝酸鹽與氨之間發(fā)生生物氧化的還原反應(yīng)，從而使氮?dú)饷摮?/span>

該種方式在實(shí)際應(yīng)用過程中具有節(jié)省碳源、節(jié)約能耗以及細(xì)菌合成量少等特點(diǎn)，因而受到污水處理廠的關(guān)注。

厭氧氨氧化細(xì)菌主要是利用氨與亞硝酸根的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生能源，并且空氣中的二氧化碳作為碳素的細(xì)菌，不需要額外添加有機(jī)碳源，具有較為明顯的應(yīng)用價(jià)值。

但其缺陷在于培養(yǎng)以及馴化厭氧氨氧化菌的過程較為困難，對(duì)環(huán)境要求非常嚴(yán)格。