外加碳源在垃圾渗沥液厂缺氧段投加比例的研究
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作者:林威
摘 要：垃圾滲沥液，氨氮含量高，C/N比例失调，在生物处理的过程中，必须加入碳源以保证出水水质总氮的达标排放。通过实验选取较优碳源后，根据垃圾渗沥液厂的处理工艺，进行碳源在二级缺氧段投加比例的研究。发现当一级缺氧段与二级缺氧段投加比例为1：1时，系统的反硝化效果最好。
关键词：外加碳源;垃圾渗沥液;投加比例;二级缺氧段
中图分类号：X703 文献标识码：A
垃圾渗沥液处理厂的进水属于晚期垃圾渗沥液，碳氮比严重失调，系统内的碳源远远不能达到满足反硝化脱氮的需求。为了使出水达到排放标准，即有足够的电子供体来支持反硝化过程，需要向缺氧池投加外加碳源[1]。生物脱氮是在微生物的联合作用下，通过氨化作用、硝化、反硝化反应，以实现污水中的有机氮、无机氮转化为氮气排出的过程。不同的工艺条件直接影响着反应过程的效果，李长刚[2]等指出，适度在第二段A/O单元投加反硝化所缺的碳源，可充分发挥该单元反硝化区的作用;孙永利[3]等研究发现，碳源的投加点不宜设置在缺氧池前端，这样可以减少好氧生物对碳源的过多消耗;同时，方佩珍[4]等的研究指出，碳源亦不可投加在缺氧池的后端，应该设置在缺氧池中段，这也可以避免反硝化反应不够完全造成的碳源浪费;林秀芳[5]的研究指出，当污泥浓度较低时，不存在缺氧微环境，因此反硝化反应条件不足，但是过高的污泥浓度容易造成死亡细菌和SMP物质的大量累积。因此，在过程中控制各种投加量、投加点位及过程参数，有利于反硝化反应的进行，能大大提高碳源利用率，节约生产药剂的投加成本。
目前，大部分碳源投加集中在一级反硝化段投加，但是集中式投加会造成碳源的浪费。因为进水携带的大量氨氮尚未转化成硝酸盐氮，碳源加入后，仅能与回流混合液中的硝酸盐氮发生反硝化反应后进入好氧池。在好氧池中，碳源主要被好氧微生物利用，这个过程就造成了碳源一定量的浪费，若能控制该部分被消耗的比例，会节约一部分碳源。因此，选择在二级反硝化段增加一个碳源的投加点，并通过实验考察该方法的可行性，确定其最佳的投加比例。
1 实验装置及方法
本实验装置参考垃圾渗沥液处理厂工艺设计方案进行设计，实验装置工艺流程图如图1所示，总体处理量为15L/天。实验装置共设有控制器、进水池模块、A1池、O1池、A2池、O2池、回流污泥模块、外置MBR装置等。其中，A1池容量为24L，长、宽、高分别为200mm、200mm、700mm，O1池容量为100L，长、宽、高分别为400mm、500mm、600mm，A2池容量为15L，长、宽、高分别为175mm、175mm、600mm，O2池容量为15L，长、宽、高分别为175mm、175mm、600mm。每个模块之间配有蠕动泵，并通过直径10mm硅胶管连接，A1池、O1池、A2池、O2池带可变速搅拌器，同时O1池、O2池配备曝气系统，实验装置图如图2所示。
试验所用污泥取自垃圾渗沥液处理厂一级反硝化池中部的混合液，该池脱氮效果稳定。混合液参数详如表1所示。
为了使碳源的筛选过程能体现出生产实际情况，根据现实生产中碳源投加的量COD/N为10/1。因此，在碳源筛选实验之中，也选择COD/N为10/1作为筛选碳源的碳源投加量。
2 结果及讨论
2.1 不同投加比例对COD去除效果的影响研究
为探究碳源的分段投加是否会造成二段缺氧段的碳源未能及时被微生物利用，随出水排出，影响出水的COD值。因此，有必要考察不同点位碳源的投加量对剩余污泥上清液中COD浓度的影响，为碳源的精确投加提供依据。笔者采用碳源投加总量不变的情况下，研究二级反硝化段碳源投加比例对出水COD的影响，其实验结果如图3所示。
从图3可以看出，以前后两点等量添加为中间点，当碳源投加量一段少、二段多时，剩余污泥上清液中的COD含量会随着比例的不断降低直线升高;而当投加量慢慢改变为一段多、二段少时，剩余污泥上清液的COD含量也会随着比例的不断提高缓慢增加，但是上升的趋势有所缓和。因此可以知道，当投加量往一段倾斜时，碳源并未大量流失，可以在二段进一步被微生物利用，有一定的缓冲过程。因此，碳源一段、二段等量投加时流失的COD最少。同时，一段多、二段少的投加方式，也相对于一段少、二段多的投加方式更为可行。
2.2 不同投加比例对TN去除影响研究
要考察分段投加时不同的投加比例对反硝化的影响情况，TN是关键指标。因此，笔者同步考察了剩余污泥上清液中的TN浓度，结果如图4所示。
从图4可以看出，碳氮比为9.4/1，当碳源全部添加在一级反硝化段时，剩余污泥上清液的TN浓度为127mg/L;当碳源分别添加在一级反硝化段、二级反硝化段前后端，比例分别为3.0、2.5、2.0、1.67、1、0.75时，总氮浓度均小于127mg/L，因此分段添加是可行的。同时，以前后两点等量添加为中间点，当碳源添加量一段少、二段多时，剩余污泥上清液中的TN含量随着添加比例的不断降低而直线升高;当添加量慢慢改变为一段多、二段少时，剩余污泥上清液的TN含量也会随着添加比例的不断提高而增加，直至剩余TN浓度趋于平衡，基本稳定。由此可见，当添加量往一段倾斜时，碳源可以更加有效地被微生物利用进行反硝化反应，同时在达到比例为2/1时，提供反硝化菌利用的碳源达到最大量。随着后续添加量的进一步倾斜，剩余污泥上清液中的TN浓度并没有明显的降低，基本持平;而当添加比例为二段多于一段时，碳源大量流失，由于反应时间不足，碳源不能完全地供给反硝化反应，便随出水大量的排出，致使出水中的TN量较高，不能有效地被微生物所利用。因此，分段添加是可行的，一段多、二段少的添加方式，也相对于一段少、二段多的添加方式更优，两段等量添加的TN去除效果最好。
2.3 不同碳氮比对投加比例变化影响
为验证乙酸分段投加，且一级、二级反硝化段投加量为1：1时，TN的去除效果最好，同时COD的利用率最高，开展了不同碳氮比C/N为9：1、8.1：1时对投加比例变化的影响研究。实验结果如图5所示。
从图5可以看出，TN浓度最低的点仍是两段添加量为1：1时，因此可以得出，在控制总碳源投加量的前提下，在一级反硝化段、二级反硝化段分别投加乙酸且投加量为1：1时，TN的去除效果最好，碳源的利用率最高。
3 结语
碳源一段、二段等量投加时流失的COD最少;两段等量添加的TN去除效果最好;一级反硝化段、二级反硝化段分别投加乙酸且投加量为1：1时，TN的去除效果最好，碳源的利用率最高。
综上所述，在外加碳源总量不变的情况下，分段投加可以实现更好的反硝化效果。同时，一段、二段碳源投加比例为1/1时，反硝化效果最好。
参考文献
[1] NYBERG U，ANDERSSON B，ASPEGREN H.Long-term experiences with external carbon sources for nitrogen removal[J].Wat Sci Tech，1996，33（12）：109-116.
[2] 李长刚，阎光绪，郭绍辉.内循环回流比和碳源投加量对两段进水A/O工艺去除重油加工污水氮污染物的影响[J].石油科学通报，2018，3（04）：113-120.
[3] 孙永利，李鹏峰，隋克俭，等.内回流混合液DO对缺氧池脱氮的影响及控制方法[J].中国给水排水，2015（21）：81-84.
[4] 方佩珍，徐旭东，徐正启.某污水处理厂低负荷运行问题的分析与调控措施[J].净水技术，2018，v.37，187（01）：77-81.
[5] 李秀芳，吴建堃，孙美侠.污泥浓度对MBR净化效果影响试验研究[J].广东化工，2014，41（4）：74-76.
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