反硝化碳源的選擇!

返回列表日期:2020-01-16閱讀:253

隨著國家對廢水排放標準的提高,其中總氮排放的要求也進一步提高,尤其一些地區要求市政污水處理廠提標到地表水準四類標準,其中要求總氮小于10PPM,為保證總氮達標排放,通過外加碳源降低污水中總氮的量,成為了目前唯一適用于實踐的手段。

一、碳源介紹


目前市面上常用的碳源:甲醇、乙酸、乙酸鈉、面粉、葡萄糖、生物質碳源及污泥水解上清液等。在使用過程中,需要根據實際工程情況選擇合適的碳源?,F對各種常用的碳源進行對比,分析各種碳源的優缺點:
1、甲醇
甲醇作為外碳源具有運行費用低和污泥產量小的優勢,在甲醇碳源不足時,存在亞硝酸鹽積累的現象。以甲醇為碳源時的反硝化速率比以葡萄糖為碳源時快3倍,其最佳碳氮比(COD:氨氮)為 2.8~3.2 。
但甲醇作為外加碳源時,有以下3點問題需關注:
① 甲醇易燃,為甲類?;?,儲存和使用均有嚴格要求。特別是其儲存需報當地公安部門備案審批,手續繁瑣。
② 微生物對甲醇的響應時間較慢,甲醇并不能被所有微生物利用,當甲醇用于污水處理廠應急投加碳源時效果不佳;
③ 甲醇具有一定的毒害作用,將甲醇作為長期碳源,對尾水的排放也會造成一定的影響。
2、乙酸鈉
乙酸鈉的優點在于它能立即響應反硝化過程,可作為水廠應急處置時使用。
乙酸鈉由于是小分子有機酸鹽的原因,反硝化菌易于利用,脫氮效果是最好的。通過實驗發現,碳氮比在4.6時,可以達到穩定的脫氮效果,而且它的水解物為小分子有機物,能容易被微生物降解,反硝化響應時間快,而且無毒,能作為應急碳源。但是,它價格較貴,產泥率高,對污水廠的污泥處置會帶來了一定的壓力。
使用乙酸鈉要考慮以下3點:
① 乙酸鈉多為20%、25%、30%的液體,由于當量COD低,運輸費用高,不能遠距離運輸。
② 產泥量大,污泥處理費用增加;
③ 價格較為昂貴,污水處理廠大規模投加乙酸鈉幾乎不可能。
3、乙酸
乙酸作為碳源,與乙酸鈉類同。但作為工業化產品,用做碳源確實浪費。
但其弊端有四點:
① 乙酸為乙類?;?,也是揮發性酸,是大氣污染VOC的重要組成部分,環保部門監管多,儲存條件要求高。
② 多數污水處理廠遠離乙酸廠,運輸費用高,不能遠距離運輸。
③ 乙酸代謝后的氫離子有降低出水pH的可能。
④ 乙酸價格市場變化大,高價時做碳源價格昂貴,將乙酸應用于污水處理廠的大規模投加幾乎不可能。
4、糖類
糖類外加碳源中,以面粉、蔗糖、葡萄糖為主,由于葡萄糖是最簡單的糖,所以目前研究比較多。當碳源充足時,以葡萄糖為碳源的最佳碳氮比較甲醇為碳源時高得多,為 6∶1~7∶1。碳源對硝氮的比還原速率幾乎沒有影響,但是對亞硝氮的比積累速率影響較大,在研究中發現只有葡萄糖作為外加碳源時對亞硝氮的比累積速率沒有影響。
以葡萄糖為代表的糖類物質作為外加碳源使得脫氮效果良好,可是,糖類作為多分子化合物,容易引起細菌的大量繁殖,導致污泥膨脹,增加出水中COD的值,影響出水水質,同時,與醇類碳源相比,糖類物質更容易產生亞硝態氮積累的現象。
但其弊端有二點:
① 需要現場配置成溶液,勞動強度大,投加精準性差,大型污水處理廠無法使用。
② 工業葡萄糖含雜質多,食品葡萄糖價格貴。
5、生物質碳源
隨著污水脫氮要求的提高,新興起專業生產碳源的企業,他們通過生物工程原理,對一些糖類、農產品廢料等進行發酵,生產無毒無害的生物制品,主要組分是小分子有機酸、醇類、糖類。其較單一的化學品更容易被微生物利用,其使用成本比單一化學品便宜,具備極高的性價比。
但其弊端:
① 產品的穩定性待提高,使用前需對每批次產品當量COD進行檢測。
6、污泥水解上清液
生物轉化揮發酸VFA 來源于污泥水解的上清液,由于水解所產生的 VFA 擁有很高的反硝化速率,碳源可以直接由污水廠內部提供,在污泥減容的同時還減少了碳源運輸方面的問題,所以它是目前比較有優勢的碳源。
對于污泥水解利用做外碳源的研究,目前不同的結論有很多,但總體認為它作為反硝化脫氮系統的碳源是一種很有價值的方法??墒?,對于不同的污泥,不同的水解條件,所產生的VFA 的組分有較大的差別,而由于組分不同,又能引起反硝化速率的不同(這也是為何很多研究不一致的原因),所以,如何將污泥水解的產物VFA統一化研究應用,還是一個比較大的難題。
除此以外,若直接將水解污泥作為外碳源,還要考慮到污泥水解過程中氮磷的釋放問題,這部分氮磷若以碳源的形式投加到污水中,勢必會增加污水處理廠的氮磷負荷,如何解決這個問題,是利用污泥水解液的另一大難題



二、碳源的選擇


目前,有的市政污水處理廠碳源投加費用居高,有的高達0.2-1.0元/噸,為降低污水處理的運行費用,必須選擇性價比高的碳源。
1、以當量COD的單價來衡量碳源的價格
因各類碳源的組成成分不同,環保上通常以當量COD計算,一般采用萬COD當量的計算方式,比如甲醇的當量COD為150萬,即1噸的甲醇相當于1500公斤的COD當量,再換算成萬COD當量的單價:
名稱 純度 價格元/噸 COD當量萬COD當量 COD當量價格元/公斤
甲醇 99.9% 3000 150 20.00
乙酸 99.8% 4500 106.67 42.27
乙酸鈉 30% 2000 78 85.47
葡萄糖 99% 3300 106.7 30.92
生物質碳源 100% 3200 70 45.71

備注:
(1)以上單價僅供參考,因工業產品價格變動大,計算時以實際采購為準;
(2)因甲醇是?;?,公安部門嚴禁在污水處理廠儲存;
(3)葡萄糖因容易造成污泥膨脹,出水COD升高,較少使用;
通過上表,發現乙酸鈉的當量COD單價確實昂貴,這個也是目前污水處理廠碳源投加成本高的原因;甲醇是最具性價比的碳源,但當冬天來臨采暖用甲醇時,甲醇的單價也可能上升到4500元/噸,如乙酸,有的時候出廠價高達4500元/噸。
2、碳源投加量的確定
各類碳源投加量都有一個相應的范圍,以下為經驗數據,可以通過實際情況確定碳源的投加量,但要在實際運行中要兼顧到亞硝態氮的累積和產泥率:
(1)甲醇:在甲醇投加量不足的情況下,會出現亞硝態氮的累積,理想的COD/N為4.3~4.7。有文獻提到,甲醇為碳源時理想的COD/N為4.3~10.6。從實驗結果發現,甲醇為碳源時,理想的投加量碳氮比大于5時,反硝化才能進行完全,硝態氮去除率可達95%,產泥率在0.35左右。
(2)乙酸鈉:根據文獻,在污水中加入乙酸鈉作為碳源,碳氮比在4.6時,可以達到穩定的脫氮效果,而且它的水解物為小分子有機物,能容易被微生物降解,反硝化響應時間快,而且無毒,能作為應急碳源。但是,它價格較貴,產泥率高,對污水廠的污泥處置會帶來了一定的壓力。
(3)工業葡萄糖:閻寧經過實驗發現,工業葡萄糖的理想碳氮比在6.4~7.5,比甲醇大得多,而且它是多分子有機物,不易被微生物所利用,容易導致出水中COD的上升,同時與甲醇、酒精相比,葡萄糖更易出現亞硝態氮的累積,因此,不建議大量使用葡萄糖作為碳源。
3、碳源的選擇
在理論上,各類碳源都能保證出水總氮達到排放標準,但要考慮多個因素:
(1)碳源投加的成本
投加成本是碳源的當量COD價格+投加量的綜合算法,需要理論計算加實際運行的投加量確定;
(2)碳源產泥率
投加碳源,必定會增加污泥的產量,而污泥處理成本很高,這個是選擇碳源必須考慮到的重要一項。
(3)保證污水運行的穩定性
投加碳源目的是為了脫氮,因此在選擇碳源的時候,要兼顧污水處理廠的運行穩定,如盡可能的避免污泥膨脹、出水COD升高、亞硝基氮累積等。
根據以上,碳源的選擇,不是單純的經濟帳,而是與穩定運行實際相緊密結合的??茖W的選擇碳源,才能有效的降低污水處理廠的運行成本和污水處理廠的穩定運行。

三、結論


當前,國內絕大多數的市政污水處理廠面臨著必須投加碳源和碳源成本高的現實,如何做到減少碳源投加和降低碳源成本,是污水處理行業面臨著的共同問題,通過近幾年碳源的使用實際使用情況,提出如下的建議:
(1)重塑厭氧池和缺氧池流態,促進池容近100%的利用,避免短流,提高混合效率和碳源利用率,盡量減少碳源投加或者不投加。
(2)新設計的污水處理廠可選用多級AO工藝,充分考慮堿度在污水處理中的重要作用,減少污泥內回流,達到更好的脫氮效果。
(3)碳源選擇與投加,需要綜合考慮各種因素,除碳氮比這個參數外,重點要考慮水的流態、堿度和水溫這3方面的影響。
(4)根據目前的發展趨勢,碳源的綜合成本將成為污水處理廠首選,新興的生物質碳源是綜合碳源,利于生物降解,將逐漸占據主導地位,可以通過小規模的試用,避免走彎路。
(5)目前碳源的選擇種類很多,也有外資品牌來搶占碳源的市場,在保證不產生二次污染的情況下,選擇性價比最高的碳源作為首選碳源,乙酸鈉可以作為應急碳源儲備做應急使用。(作者:鄭闊召,來自污托邦技術總群)
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