反硝化碳源的选择!

返回列表日期:2020-01-16阅读:560

随着国家对废水排放标准的提高,其中总氮排放的要求也进一步提高,尤其一些地区要求市政污水处理厂提标到地表水准四类标准,其中要求总氮小于10PPM,为保证总氮达标排放,通过外加碳源降低污水中总氮的量,成为了目前唯一适用于实践的手段。

一、碳源介绍


目前市面上常用的碳源:甲醇、乙酸、乙酸钠、面粉、葡萄糖、生物质碳源及污泥水解上清液等。在使用过程中,需要根据实际工程情况选择合适的碳源。现对各种常用的碳源进行对比,分析各种碳源的优缺点:
1、甲醇
甲醇作为外碳源具有运行费用低和污泥产量小的优势,在甲醇碳源不足时,存在亚硝酸盐积累的现象。以甲醇为碳源时的反硝化速率比以葡萄糖为碳源时快3倍,其最佳碳氮比(COD:氨氮)为 2.8~3.2 。
但甲醇作为外加碳源时,有以下3点问题需关注:
① 甲醇易燃,为甲类危化品,储存和使用均有严格要求。特别是其储存需报当地公安部门备案审批,手续繁琐。
② 微生物对甲醇的响应时间较慢,甲醇并不能被所有微生物利用,当甲醇用于污水处理厂应急投加碳源时效果不佳;
③ 甲醇具有一定的毒害作用,将甲醇作为长期碳源,对尾水的排放也会造成一定的影响。
2、乙酸钠
乙酸钠的优点在于它能立即响应反硝化过程,可作为水厂应急处置时使用。
乙酸钠由于是小分子有机酸盐的原因,反硝化菌易于利用,脱氮效果是最好的。通过实验发现,碳氮比在4.6时,可以达到稳定的脱氮效果,而且它的水解物为小分子有机物,能容易被微生物降解,反硝化响应时间快,而且无毒,能作为应急碳源。但是,它价格较贵,产泥率高,对污水厂的污泥处置会带来了一定的压力。
使用乙酸钠要考虑以下3点:
① 乙酸钠多为20%、25%、30%的液体,由于当量COD低,运输费用高,不能远距离运输。
② 产泥量大,污泥处理费用增加;
③ 价格较为昂贵,污水处理厂大规模投加乙酸钠几乎不可能。
3、乙酸
乙酸作为碳源,与乙酸钠类同。但作为工业化产品,用做碳源确实浪费。
但其弊端有四点:
① 乙酸为乙类危化品,也是挥发性酸,是大气污染VOC的重要组成部分,环保部门监管多,储存条件要求高。
② 多数污水处理厂远离乙酸厂,运输费用高,不能远距离运输。
③ 乙酸代谢后的氢离子有降低出水pH的可能。
④ 乙酸价格市场变化大,高价时做碳源价格昂贵,将乙酸应用于污水处理厂的大规模投加几乎不可能。
4、糖类
糖类外加碳源中,以面粉、蔗糖、葡萄糖为主,由于葡萄糖是最简单的糖,所以目前研究比较多。当碳源充足时,以葡萄糖为碳源的最佳碳氮比较甲醇为碳源时高得多,为 6∶1~7∶1。碳源对硝氮的比还原速率几乎没有影响,但是对亚硝氮的比积累速率影响较大,在研究中发现只有葡萄糖作为外加碳源时对亚硝氮的比累积速率没有影响。
以葡萄糖为代表的糖类物质作为外加碳源使得脱氮效果良好,可是,糖类作为多分子化合物,容易引起细菌的大量繁殖,导致污泥膨胀,增加出水中COD的值,影响出水水质,同时,与醇类碳源相比,糖类物质更容易产生亚硝态氮积累的现象。
但其弊端有二点:
① 需要现场配置成溶液,劳动强度大,投加精准性差,大型污水处理厂无法使用。
② 工业葡萄糖含杂质多,食品葡萄糖价格贵。
5、生物质碳源
随着污水脱氮要求的提高,新兴起专业生产碳源的企业,他们通过生物工程原理,对一些糖类、农产品废料等进行发酵,生产无毒无害的生物制品,主要组分是小分子有机酸、醇类、糖类。其较单一的化学品更容易被微生物利用,其使用成本比单一化学品便宜,具备极高的性价比。
但其弊端:
① 产品的稳定性待提高,使用前需对每批次产品当量COD进行检测。
6、污泥水解上清液
生物转化挥发酸VFA 来源于污泥水解的上清液,由于水解所产生的 VFA 拥有很高的反硝化速率,碳源可以直接由污水厂内部提供,在污泥减容的同时还减少了碳源运输方面的问题,所以它是目前比较有优势的碳源。
对于污泥水解利用做外碳源的研究,目前不同的结论有很多,但总体认为它作为反硝化脱氮系统的碳源是一种很有价值的方法。可是,对于不同的污泥,不同的水解条件,所产生的VFA 的组分有较大的差别,而由于组分不同,又能引起反硝化速率的不同(这也是为何很多研究不一致的原因),所以,如何将污泥水解的产物VFA统一化研究应用,还是一个比较大的难题。
除此以外,若直接将水解污泥作为外碳源,还要考虑到污泥水解过程中氮磷的释放问题,这部分氮磷若以碳源的形式投加到污水中,势必会增加污水处理厂的氮磷负荷,如何解决这个问题,是利用污泥水解液的另一大难题



二、碳源的选择


目前,有的市政污水处理厂碳源投加费用居高,有的高达0.2-1.0元/吨,为降低污水处理的运行费用,必须选择性价比高的碳源。
1、以当量COD的单价来衡量碳源的价格
因各类碳源的组成成分不同,环保上通常以当量COD计算,一般采用万COD当量的计算方式,比如甲醇的当量COD为150万,即1吨的甲醇相当于1500公斤的COD当量,再换算成万COD当量的单价:
名称 纯度 价格元/吨 COD当量万COD当量 COD当量价格元/公斤
甲醇 99.9% 3000 150 20.00
乙酸 99.8% 4500 106.67 42.27
乙酸钠 30% 2000 78 85.47
葡萄糖 99% 3300 106.7 30.92
生物质碳源 100% 3200 70 45.71

备注:
(1)以上单价仅供参考,因工业产品价格变动大,计算时以实际采购为准;
(2)因甲醇是危化品,公安部门严禁在污水处理厂储存;
(3)葡萄糖因容易造成污泥膨胀,出水COD升高,较少使用;
通过上表,发现乙酸钠的当量COD单价确实昂贵,这个也是目前污水处理厂碳源投加成本高的原因;甲醇是最具性价比的碳源,但当冬天来临采暖用甲醇时,甲醇的单价也可能上升到4500元/吨,如乙酸,有的时候出厂价高达4500元/吨。
2、碳源投加量的确定
各类碳源投加量都有一个相应的范围,以下为经验数据,可以通过实际情况确定碳源的投加量,但要在实际运行中要兼顾到亚硝态氮的累积和产泥率:
(1)甲醇:在甲醇投加量不足的情况下,会出现亚硝态氮的累积,理想的COD/N为4.3~4.7。有文献提到,甲醇为碳源时理想的COD/N为4.3~10.6。从实验结果发现,甲醇为碳源时,理想的投加量碳氮比大于5时,反硝化才能进行完全,硝态氮去除率可达95%,产泥率在0.35左右。
(2)乙酸钠:根据文献,在污水中加入乙酸钠作为碳源,碳氮比在4.6时,可以达到稳定的脱氮效果,而且它的水解物为小分子有机物,能容易被微生物降解,反硝化响应时间快,而且无毒,能作为应急碳源。但是,它价格较贵,产泥率高,对污水厂的污泥处置会带来了一定的压力。
(3)工业葡萄糖:阎宁经过实验发现,工业葡萄糖的理想碳氮比在6.4~7.5,比甲醇大得多,而且它是多分子有机物,不易被微生物所利用,容易导致出水中COD的上升,同时与甲醇、酒精相比,葡萄糖更易出现亚硝态氮的累积,因此,不建议大量使用葡萄糖作为碳源。
3、碳源的选择
在理论上,各类碳源都能保证出水总氮达到排放标准,但要考虑多个因素:
(1)碳源投加的成本
投加成本是碳源的当量COD价格+投加量的综合算法,需要理论计算加实际运行的投加量确定;
(2)碳源产泥率
投加碳源,必定会增加污泥的产量,而污泥处理成本很高,这个是选择碳源必须考虑到的重要一项。
(3)保证污水运行的稳定性
投加碳源目的是为了脱氮,因此在选择碳源的时候,要兼顾污水处理厂的运行稳定,如尽可能的避免污泥膨胀、出水COD升高、亚硝基氮累积等。
根据以上,碳源的选择,不是单纯的经济帐,而是与稳定运行实际相紧密结合的。科学的选择碳源,才能有效的降低污水处理厂的运行成本和污水处理厂的稳定运行。

三、结论


当前,国内绝大多数的市政污水处理厂面临着必须投加碳源和碳源成本高的现实,如何做到减少碳源投加和降低碳源成本,是污水处理行业面临着的共同问题,通过近几年碳源的使用实际使用情况,提出如下的建议:
(1)重塑厌氧池和缺氧池流态,促进池容近100%的利用,避免短流,提高混合效率和碳源利用率,尽量减少碳源投加或者不投加。
(2)新设计的污水处理厂可选用多级AO工艺,充分考虑碱度在污水处理中的重要作用,减少污泥内回流,达到更好的脱氮效果。
(3)碳源选择与投加,需要综合考虑各种因素,除碳氮比这个参数外,重点要考虑水的流态、碱度和水温这3方面的影响。
(4)根据目前的发展趋势,碳源的综合成本将成为污水处理厂首选,新兴的生物质碳源是综合碳源,利于生物降解,将逐渐占据主导地位,可以通过小规模的试用,避免走弯路。
(5)目前碳源的选择种类很多,也有外资品牌来抢占碳源的市场,在保证不产生二次污染的情况下,选择性价比最高的碳源作为首选碳源,乙酸钠可以作为应急碳源储备做应急使用。(作者:郑阔召,来自污托邦技术总群)