導讀

針對低碳氮比條件下城市污水處理廠碳源不足、生物脫氮成本費用較高的問題，以山東某城市污水處理廠為例，用某企業生產過程中產生的乙酸、乙酸鈉及乙酸乙酯等短分子鏈類復合有機液替代葡萄糖作為碳源，并對其脫氮效果進行試驗論證；分析缺氧池末端NO3--N與TN的相關關系，以大量數據為基礎，建立缺氧池出口處NO3--N與TN控制比值。采取以上控制方法后，污水處理廠節省脫氮成本48%，污泥日均產量降低46%，取得了良好的經濟效益。

引用本文：劉超，劉運東，王志剛，等. 低碳氮比條件下生物脫氮成本控制方法分析應用［J］. 給水排水，2022，48（12）：37-41.

1 工程概況 

山東省某市政污水處理廠設計處理規模為3萬m3/d，采用AAO工藝，出水TN指標執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準。該廠進水工業廢水占比40%，有機物含量低、可生化性差，絕大多數情況下，C/N為2.8左右，該廠2019年進出水水質見表1，具體運行參數如下：厭氧池、缺氧池和好氧池末端溶解氧（DO）分別控制在<0.2mg/L 、0.15~0.3mg/L和2~4mg/L，水力停留時間（HRT）分別為2.34h、4.56h、19.03h，硝化液回流和污泥回流均控制在100%，污泥齡為10~14d，pH在7~8，水溫12~31℃。

表2 不同類型碳源對反硝化效果的影響

甲醇最為適用，但甲醇屬于危險化學品管制藥劑，且具有一定毒性，馴化周期長，使用管理不便，而乙酸或乙酸類有機產品價格較高，使得脫氮成本難以降低，而在其他許多行業生產過程中會有大量含乙酸或乙酸等短分子鏈類有機物質的廢液經氧化處置后排放，造成有機資源的浪費，若該類有機廢水能作為碳源使用，既可實現資源化，也能因其同當量價格遠低于國標類產品從而降低污水處理廠脫氮成本。該污水處理廠以當地某制藥企業生產過程中產生的含乙酸、乙酸鈉及乙酸乙酯等混合類有機液體副產物作為碳源進行試驗分析，其中乙酸、乙酸鈉及乙酸乙酯含量分別為10.18%、16.36%、3.3%，主要指標COD=3.0×105 mg/L，BOD5=2.4×105 mg/L，pH=4.8，首先在試驗室對該復合碳源的反硝化速率、起始投加濃度及脫氮效果進行研究，試驗過程如下：

取缺氧池池進口及內回流污泥缺氧池污泥混合液各1L分別放入4個燒杯中，檢測初始SCOD、MLVSS、DO分別為26mg/L、2 370mg/L、0.11mg/L，pH為6.9，3組燒杯中分別投加200、300、400mg/L的復合碳源，一組不投加作為對照組，使用六聯攪拌機攪拌，由于復合型碳源顯酸性，為防止反硝化反應的抑制，采用NaOH溶液調節初始pH控制在6.5~7.0，分別在0、10、20、30、60、120、240min時間檢測TN、NO3--N、NO2--N，繪制不同濃度碳源投加下的反硝化過程，見圖1。

從圖1可以發現，該混合類有機液作為復合碳源后，生物脫氮效果良好，反硝化速率快，碳源濃度足夠的情況下，反應30min內NO3--N的去除率

圖1 不同濃度碳源時反硝化中氮的變化

在95%以上，隨著反應的進行，乙酸乙酯類反硝化速率低的物質起了主要作用，因而有了反硝化速率的減低和TN降解的變化。另外，圖1中反應時間在30min時存在一個 NO3--N拐點，結合NO2--N和TN變化情況，認為脫氮的途徑并不僅有“NO3-→NO2-→NO→N2O→N2”一種，據研究表明城市污水處理廠存在復雜的微生物群落結構和氮素轉化途徑，而厭氧氨氧化菌普遍存在各個單元，但菌群豐度較低，在30min節點，環境中有機物濃度極 低，此時厭氧氨氧化作用顯著，造成30min后的N素趨勢圖，因為在環境中存在少量有機物時，厭氧氨氧化菌無競爭優勢，所以這也間接說明了該復合碳源的反硝化速率快。

根據試驗結果，污水處理廠從4月12日開始使用該復合碳源投加，選擇起始投加濃度為300mg/L，一次性全部替換葡萄糖，投加點選擇在缺氧池進口段，根據實際水質情況及時調整，對脫氮效果進行持續觀察，發現污泥對該復合碳源適應性強，出水TN指標從當天開始連續一個月穩定達標，同時統計每天污泥濃度變化及脫泥量，見圖2。