碳源該怎樣選擇?
為了減輕和控制水體富營養化,國家制定了日益嚴格的污水排放標準,但是,目前大多數污水處理廠普遍存在著低碳相對高氮磷的水質特征,傳統脫氮工藝由于有機物含量較低,不能滿足缺氧反硝化階段對碳源的要求,導致反硝化和厭氧菌繁殖受阻,降低了氨氮(NH3—N)同化DE,極大地影響了污水處理廠的脫氮效果,特別是在低溫季節更是如此。為解決這一問題,一方面可通過增加反消化缺氧區面積、延長反消化時間來提高脫氮效果,但該方法仍需擴大污水處理廠,工程建設費用高,可操作性差;另一方面,可通過向缺氧區投加外碳源來補充碳源,實踐證明,投加碳源是解決城市污水處理廠處理此類問題的重要途徑。
一、碳源的種類
當前市場上常用的碳源:甲醇.乙酸.乙酸鈉.面粉.葡萄糖.生物質碳源.污泥水解上清液.啤酒廢水、垃圾滲濾液等。應用時,應根據工程實際情況選擇適當的碳源。本文比較了幾種常用碳來源,并分析了各種碳源的優缺點。
1.甲醇
甲醇作為外碳源具有運行費用低、污泥產量少等優點,當以甲醇為碳源時,可達到良好的C/N>效果,它的缺點是:①由于化學藥劑的使用,成本較高;②由于反應時間緩慢,甲醇不能被全部微生物所利用,當投加甲醇后,在污水處理廠緊急投加碳源時,需有一定的適應期,直至其充分富集,發揮全部效用;③甲醇有一定的毒性,甲醇作為碳源長期使用,對尾水排放也有一定影響。
2.乙酸鈉
醋酸鈉的優點是對反硝化過程的即時反應,可以用于自來水廠的應急處理。
乙醇脫硝反應一般被認為是比甲醇更快的脫硝反應,但由于無毒害,污泥產率和甲醇差別不大,可作為甲醇的替代物。結果表明,在無碳源條件下,硝酸鹽為電子受體時,C/N=5是最佳碳源,導致亞硝酸鹽累積。
應用醋酸鈉時要注意三點:
①以20%.25%.30%的溶液為主,因當量COD較低,運輸費用較高,不宜長距離運輸。
②泥沙產量大,污泥處理成本增加;
③由于成本較高,在污水處理廠大量投加乙酸鈉的可能性較大。
3.乙酸
醋酸鈉的優點是對反硝化反應迅速,可作為水廠運行時的應急處理。醋酸鈉因其為小分子有機酸,易利用,對氮素具有最佳的脫氮效果,但因其價格昂貴,污泥產率高,且目前污水廠的污泥處理問題也是一個很大的公共難題,因此,在污水處理廠大量投加乙酸鈉幾乎是不可能的。
4.糖類
用葡萄糖作為外碳源處理的糖類物質是很好的,但是,它作為一種多分子的化合物,容易造成細菌的大量繁殖,同時,相對于醇類碳源,糖類物質更易形成亞硝態氮累積現象,從而引起污泥膨脹、水體COD升高,因此,不提倡大量使用葡萄糖作為外投碳源。
缺點:
①現場需配液,勞動強度大,投加精度低,大型污水處理廠不能正常使用。
②工業用葡萄糖含水量高,食品葡萄糖價格高。
5.生物物質來源。
伴隨著污水脫氮要求的不斷提高,新興起的專業生產碳源的企業,他們利用生物工程原理,將部分糖.農產品廢料進行發酵,以生產無毒、無害的生物制品,主要成分為小分子有機酸。它是一種化學物質,微生物更易利用,而且使用成本比單一化學品低,具有很高的性價比。
弊端:
①產品穩定性有待改進,在使用前應對每批產品進行當量COD檢驗。

6.污泥水解上清液
生化轉化揮發酸VFA來自污泥水解上清液,因此它是目前比較有優勢的碳源,因為VFA具有較高的脫硝率,其碳源可直接從污水廠內部供應,在污泥減容的同時,也減少了碳源的運輸問題。
對污泥水解處理外碳源的研究,目前有很多不同的結論,但總的來說,將其作為反硝化脫氮體系的碳源是一種有效的方法。然而,對于不同的污泥,在不同的水解條件下,得到的VFA的組成差異較大,但因組分不同,其反硝化速率會有所不同(這是為什么許多研究存在差異的原因),因此,污泥水解產物VFA的統一研究與應用仍是一個較大的難點。
此外,如果把水解污泥直接用作外碳源,還需要考慮污泥水解過程中氮、磷的釋放問題,如果這部分氮磷投入到污水中,必然會增加污水處理廠的氮磷負荷,如何解決這一問題,是利用污泥水解液的又一大難題。

二、碳源的選擇
從理論上講,各種碳源可以保證出水總氮達標,但要考慮多種因素:
(1)碳源投入費用。
投入成本是碳源的當量COD價格+投加量的綜合算法,需要由理論計算加上實際操作的投加量確定;
(2)碳來源產量。
在污泥中加入碳源,必然會提高污泥的產量,而污泥處理成本很高,這是選擇碳源時必須考慮的重要問題。
(3)確保污水生產穩定。
碳排放源主要用于脫氮,所以在選擇碳源時,要考慮到污水處理廠的運行穩定性,例如盡量避免污泥膨脹.出水COD升高、亞硝基氮累積等。

據此,碳來源的選擇,并非單純的經濟核算,而是與穩定運行實際緊密結合。通過科學地選擇碳源,可以有效地降低污水處理廠的運行費用,使污水處理廠穩定運行。
污水處理設備