淺談碳源投加位置對AAO工藝污水脫氮除磷效果的影響

陳瑞琦

（廈門水務中環污水處理有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

根據《水污染防治行動計劃》，污水排放標準不斷提高，《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB 18918—2002的一級A標準中，出水總氮低于15mg/L，出水總磷低于0.5mg/L。通常生物脫氮要求進水BOD/TN＞4，即碳氮比＞4，反硝化脫氮的原理是必須要以有機物碳源作為電子供體，將亞硝氮或硝氮還原為氮氣，但現在我國許多城市的污水處理廠常因進水碳源不足，影響后續的脫氮效果，為了保證出水總氮能達到排放標準，需要在處理過程中補充碳源。

該文以廈門某水質凈化廠為例，淺談在污水處理廠不同工藝段投加碳源對脫氮除磷效果的影響。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗方法

該試驗在廈門某水質凈化廠進行，該廠的二級生化處理采用AAO氧化溝工藝，深度處理采用反硝化生物濾池工藝，出水水質指標執行《廈門市水污染物排放標準》（DB35 322—2018）C級排放限值及《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準，即COD≤50mg/L，TN≤15mg/L工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

微生物與污水中有機污染物質充分混合接觸，進而將其吸收并分解的場所。微生物交替處于厭氧和好氧狀態，利用聚磷菌聚磷作用，將磷轉移到污泥中除去；利用內回流系統將好氧段的混合液回流到缺氧段，通過微生物反硝化作用產生氮氣，從而脫氮。

反硝化深床濾池是集生物脫氮及過濾功能合二為一的處理單元，采用特殊規格及形狀的石英砂作為反硝化生物的掛膜介質，過濾中，硝態氮通過微生物膜的作用轉化為氮氣排出，最后達到一個具有脫氮和去除懸浮物功能的構筑物。

試驗期間，該廠進水COD在106mg/L～388mg/L，均值為211mg/L，進水TN在19.9mg/L～46.6 mg/L，均值為34.3mg/L，處理水量在23萬m～27萬m，均值為24.7萬m，碳氮比在1.20～4.47，均值為2.71，試驗在夏天進行，水溫為23℃～29℃。

該文研究的進水水質均值情況見表1。

表1 進水水質

試驗中碳源選取30%乙酸鈉溶液，通過廠內原設有的加藥管路進行投加。

該試驗根據碳源投加的位置不同設置了3個試驗，每次試驗10天，第I階段將碳源全部投加在反硝化濾池進水前端，第Ⅱ階段將碳源一半投加在AAO氧化溝缺氧段進水前端，一半投加在反硝化濾池進水前端，第Ⅲ階段是將碳源全部投加在AAO氧化溝缺氧段進水前端，見表2。

表2 碳源投加位置

試驗期間盡量不改變廠里主要工藝參數，外回流比控制在55%～60%、內回流比165%～170%，污泥濃度3000mg/L～4000mg/L，溶解氧0.5mg/L～1.5mg/L。反硝化濾池安排每天反沖洗一次，驅氮每4h～6h一次。

1.2 水質檢測方法

COD采用重鉻酸鉀法，TN采用紫外分光光度法，硝態氮采用紫外分光光度法，TP采用鉬酸銨分光光度法。

2 試驗結果與分析

2.1 對總氮和硝態氮的影響

采用不同進水碳氮比進行試驗，進水碳氮比選取3.5，3.0，2.5和2.0，觀察碳源在不同工藝段投加時反硝化過程中各項指標的去除情況。

如圖2所示，當進水碳氮比為3.5時，進水碳源較為充足，此時乙酸鈉平均藥耗為55.1mg/L，投加在3個階段的出水總氮去除率都能達到74%以上。當進水碳氮比為3.0時，降低乙酸鈉的投藥量，乙酸鈉的平均藥耗為40.6mg/L，總氮去除率為73.7%。當進水碳氮比為2.5時，乙酸鈉的平均藥耗為51.5mg/L，總氮去除率為72.4%。

圖2 碳氮比對出水總氮和硝態氮的影響

當進水碳氮比為2.0時，乙酸鈉的平均藥耗為42.9mg/L，總氮去除率為71.9%。說明當進水碳氮比在3.0以上、乙酸鈉藥耗在40mg/L時，總氮還是能夠保持較高的去除率，隨著進水碳氮比進一步一步下降，需要加大乙酸鈉的藥耗補充碳源，才能保證出水總氮的去除率在70%以上。

觀察不同的碳源投加位置對硝態氮的影響。當進水碳氮比為3.5、乙酸鈉投加在反硝化濾池進水端即第I階段時，反硝化濾池出水硝態氮的平均去除率為37%。當乙酸鈉開始在氧化溝進水端投加即第Ⅱ階段時，硝態氮的去除率相比第I階段出現下降。當第Ⅲ階段時，硝態氮的去除率進一步下降，甚至出現負數的情況，即反硝化濾池出水的硝酸鹽氮數值會高于氧化溝出水硝酸鹽氮，說明當投加在反硝化濾池進水端的乙酸鈉數量不足時，反硝化濾池內的反硝化反應不完全。另外，由于該廠反硝化濾池前端的工藝段高效沉淀池出水有跌落現象，會充氧發生硝化反應，因此出水硝酸鹽氮數值會升高。因第Ⅲ階段氧化溝出水端所測硝酸鹽氮濃度已降低至8.8mg/L，即使后續工藝段硝酸鹽氮濃度上升，出水硝態氮濃度最高為11.2mg/L，出水總氮仍然能達到排放標準。

當進水碳氮比分別為3.0、2.5、2.0時，均為第Ⅰ階段硝態氮的平均去除率最高，到了第Ⅱ、Ⅲ階段，硝態氮去除率逐步下降。

如圖3所示，三個階段的碳源投加，反硝化濾池出水硝態氮和出水總氮均在15mg/L以下，出水總氮可滿足《廈門市水污染物排放標準》（DB35 322—2018）C級標準，且對總氮的去除率都能達到50%以上。第Ⅰ階段乙酸鈉平均藥耗為58.3mg/L，第Ⅱ階段的平均藥耗為47.9mg/L，第Ⅲ階段的平均藥耗為33.5mg/L，隨著試驗進展，逐步減少乙酸鈉的投加量，乙酸鈉藥耗從最高的79.5mg/L降至最低26.0mg/L，期間出水總氮數值較為穩定，均能夠滿足廈門市地標C級標準?？梢钥闯?，當乙酸鈉投加在氧化溝進水端，出水總氮能夠達到排放標準，且藥耗較低，較為經濟。

圖3 碳源在不同工藝段投加對出水總氮和硝態氮的影響

2.2 對總磷的影響

如圖4所示，觀察在不同工藝段投加碳源對總磷的影響，其中第I階段的進水碳磷比為20.0，乙酸鈉平均藥耗為52.9mg/L，第Ⅱ階段的進水碳磷比為21.7，乙酸鈉平均藥耗為47.9mg/L，第Ⅲ階段的進水碳磷比為23.1，乙酸鈉平均藥耗為33.5mg/L，隨著進水碳磷比的增加，乙酸鈉藥耗逐步下降，出水總磷幾乎都在0.1mg/L以下。第Ⅰ階段總磷的平均去除率在98%以上，第Ⅱ階段當乙酸鈉同時投加在氧化溝進水前端和反硝化濾池進水前端時，總磷去除率出現波動，但去除率還是在92%以上，第Ⅲ階段當乙酸鈉全部投加在氧化溝進水前端時，雖然乙酸鈉藥耗減少了，但是總磷去除率達到 98% 以上，保持較高的水平，說明乙酸鈉無論投加在氧化溝進水端還是投加在反硝化濾池進水端，對總磷都有較好的去除效果。

圖4 碳源在不同工藝段投加對出水總磷的影響

2.3 對COD的影響

在不同工藝段投加碳源如圖5所示，第Ⅰ階段出水COD均值為14.7mg/L ，乙酸鈉藥耗為58.4mg/L，COD去除率為92%；第Ⅱ階段出水COD均值為17mg/L，乙酸鈉藥耗為47.9mg/L，COD去除率為92.3%；第Ⅲ階段出水COD均值為20mg/L，乙酸鈉藥耗為33.5mg/L，COD去除率為89.3%，與其他兩個階段相比，第Ⅲ階段的出水COD均值有所上升，COD去除率下降，說明該階段的碳源沒有全部利用完，造成出水COD數值增長，但是出水COD仍可滿足《廈門市水污染物排放標準》（DB35 322—2018）C級標準，且COD的去除率都能達到82%以上。綜上，當乙酸鈉投加在氧化溝進水端時，所用藥耗最低，能達到相應的處理效率。

圖5 碳源在不同工藝段投加對出水COD的影響

2.4 環境與經濟效益分析

對上述試驗進行比較可知，當乙酸鈉投加在反硝化濾池進水前端時平均藥耗為58.4mg/L，當乙酸鈉投加在氧化溝進水前端時的平均藥耗為33.5mg/L，在處理效率相近的情況下，乙酸鈉投加在氧化溝進水端時藥耗更低，一年能減少乙酸鈉加藥量約200噸，乙酸鈉的采購價格經常波動，按照平均采購價格1500元/噸來計算，一年節省費用約30萬元。

3 結論

在反硝化濾池進水端和氧化溝缺氧段補充碳源乙酸鈉之后，出水總氮、總磷均可實現一定的去除效果，出水指標能夠滿足《廈門市水污染物排放標準》（DB35 322—2018）C級標準。隨著乙酸鈉藥耗的增加，總氮去除率逐步提高。

當進水碳氮比在3.0以上、乙酸鈉藥耗在40mg/L時，總氮還是能夠保持較高的去除率，當進水碳氮比低于3.0，需要加大乙酸鈉的藥耗補充碳源，才能保證出水總氮的去除率在70%以上。

當乙酸鈉投加在反硝化濾池進水端時，可以有效去除硝態氮和總氮，但是當乙酸鈉開始逐步投加在氧化溝缺氧段時，反硝化濾池出水硝態氮去除率下降，反硝化濾池的反硝化作用逐漸降低，再加上出水跌落充氧現象，會出現反硝化濾池出水硝態氮比氧化溝出水硝態氮高的情況。

當乙酸鈉投加在氧化溝缺氧段時，雖然乙酸鈉的藥耗比投加在反硝化濾池進水端的低，但出水總氮仍然能夠滿足《廈門市水污染物排放標準》（DB 35322—2018）C級 排 放限值及《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準，因此在氧化溝缺氧段投加乙酸鈉藥劑，既能保持處理率，又能減少乙酸鈉藥耗。

綜上所述，乙酸鈉投加在氧化溝進水前端、藥耗在40mg/L左右能有效減少乙酸鈉的使用量，節省藥耗，并且保證污染物的去除率。若該廠未來排放標準繼續提高，可考慮恢復在反硝化濾池進水端投加碳源。