低碳源污水的脱氮除磷策略.docx

低碳源污水的脱氮除磷策略 中国许多城市，尤其是南方城市，依靠低cod来满足脱氮和去除磷的碳源需求，导致许多废水厂的氮和磷排放不合格。近年来, 国内外兴起的分质排水, 轻污染的灰水和重污染的黑水分开收集处理, 黑水C/N低 (m (CODsol) /m (TN) =2~5, CODsol为溶解性COD) , 生物脱氮除磷同样面临难度大。为此, 研究开发经济高效的强化低碳源污水的脱氮除磷能力的工艺, 对于较好实现污水排放的氮磷达标具有重要意义。 1 经硝化反硝化的生物脱氮工艺 污水中TN的主要成分为氨氮, 可采用提高污水pH进行氨气吹脱的化学法脱氮。生物脱氮技术由于其成本较低, 是广泛应用的污水脱氮技术。生物脱氮原理为氨氮先经硝化菌的硝化作用转化为亚硝酸盐或硝酸盐, 亚硝酸盐或硝酸盐再经反硝化菌作用还原为氮气, 氮气从污水中逸出, 达到脱氮目的。 生物脱氮的第2阶段发挥作用的反硝化菌为异养菌, 其将亚硝酸盐氮或硝酸盐氮还原为氮气的过程需要有机碳作为电子供体。理论上, 缺氧条件下, m (COD) /m (NO-x-N) 为2.86就能使硝酸盐完全还原为氮气。但实际过程由于部分碳源会被其他异养微生物吸收利用或被反硝化菌用于自身生长代谢, 且一些缓慢降解有机物不足以在缺氧条件的HRT内被迅速代谢利用, 因此为达到完全反硝化除氮, m (COD) / m (NO-x-N) 要远大于2.86。对于经硝化反硝化的生物脱氮工艺, 实际m (COD) /m (NO-x-N) 需求应为5~10, 至少应为3.5~4。实际废水处理中脱氮所需的最优C/N与碳源种类有关, 实际废水所需C/N比合成废水高。 为达到低C/N污水的高效脱氮, 可以从以下3个方面考虑。 1.1 微胶囊的化学臭氧降解 外加碳源物质应易生物降解, 包括溶解性有机碳和不溶性有机碳。 溶解性有机碳如甲醇、乙醇、乙酸和葡萄糖等, 其易吸收, TN去除率提高显著, 但是药剂加入量不易准确控制, 现多采用实时在线控制系统。缺氧区的控制参数多为氧化还原电位 (ORP) , 好氧区的控制参数多为pH。采用自动控制系统控制外加碳源加入量可比依据缺氧区进水的m (COD) /m (NO-x-N) 确定的稳定加入药剂的模式节省药剂量约20%。直接外加碳源无疑会增加运行成本, 从资源化角度看, 最好是加入COD较高的废水, 如初沉污泥或剩余污泥的消化液等。经过臭氧氧化的剩余污泥降解液回流到A/O系统后能够使TN去除效率提高近30%。 污泥臭氧氧化降解的最优投加量 (m (O3) /m (SS) ) 为0.2 g/g, 并且消化上清液要进行碱度调节, 这是因为在臭氧化的过程中会产生酸性物质。m (COD) / m (NO-x-N) ≤2的废水经A/O反应器后, 氨氮被氧化成硝酸盐, 然后进入同步初沉污泥降解和反硝化的反应器 (Sifeden) 中, 出水TN的质量浓度≤10mg/L, TN去除率高达85%以上。 外加不溶性有机碳包括天然物质如麦秆、树皮、 棉花、芦苇、食品废料等和易生物降解的高聚物, 如聚羟基丁酸、聚己酸内酯 (PCL) 、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸等[10,11,12,13,14,15,16]。外加不溶性有机碳操作简单, 可避免加量过量或不足, 不会被其他异养微生物快速降解, 因而可以持续作为反硝化的还原力, 并能同时作为生物膜的载体, 最大化同步硝化反硝化作用。将食品废料加入中试营养盐去除系统中, TN、TP去除率分别从53%、55%提高到97%、93%。 用PCL作为固态碳源和生物膜载体的移动床生物膜反应器 (MBBR) 处理m (COD) /m (NO-x-N) 为0.7的废水, HRT为18.5 h时TN去除率为74.6%, 其中96.3%的氮是通过PCL上的生物膜的同步硝化反硝化作用去除, PCL耗量 (m (PCL) /m (N) ) 为1.27 g/g。 惰性聚氨酯泡沫因其具有更高的孔隙率, 用其作为载体的MBBR的TOC和氨氮去除率效果比PCL的更佳, 但PCL的TN去除率效果更好, 因此高孔隙率的可生物降解的高聚物载体具有更广阔的前景。 1.2 脉冲式sbr法 传统的进水方式存在大部分碳源被好氧氧化成CO2, 并未被有效用于反硝化脱氮, 通过优化进水策略, 如分段进水、周期性改变进水方向等, 充分将原水中的有机基质用于生物反硝化, 可以提高TN去除率。 分段进水分为空间顺序上的分段进水即缺氧好氧分段进水工艺和时间顺序上的分段进水即脉冲式序批式活性污泥法 (SBR) 工艺。AO分段进水工艺的原污水分批进入各段缺氧区, 系统中每一段好氧区产生的硝化液直接进入下一段缺氧区利用原污水中的碳源进行反硝化。脉冲式SBR法通过时间上的分段进水运行方式, 使得每段进水中的可生物降解C