突破低碳氮比瓶颈，实现高效总氮去除

一般来说，生物处理技术在所有的碳源均用于反硝化反应的理想情况下，转化1g硝态氮所需的碳源量约为2.86g，即进水中的BOD5/TN要大于2.86时，才有可能进行完全的脱氮。

而在实际应用中，进水BOD5/TN大于4时才能保证较高的脱氮率。

因为厌氧释磷、好氧硝化等均会消耗碳源，而反硝化过程仅在碳源充足的前提下才属于零级反应。也就是碳源充足时，反应速率只与微生物量有关，与硝态氮浓度无关；相反，碳源不足时，反应速率会受限于碳源的量，碳源越少，反硝化速率越低。

这也是许多污水处理厂的总氮去除率相对其他指标较低的原因之一。因此，进一步提高脱氮效率是提标改造中的另一个难点与重中之重。

值得一提的是，为在提高总氮去除率的同时控制成本，污水处理厂在提标改造时，应综合自身情况采取适宜策略。

 

1.管理性优化措施

 

对于“准Ⅳ类”标准达标率较高、工艺运行成熟、管理水平高且设施有余量的污水处理厂，从成本上考虑，应优先采取管理性优化措施。

 

措施一，调整工艺运行参数

 

为强化反硝化脱氮、提高原水中碳源的利用效率，在保证出水氨氮达标的情况下，应适当增加硝化液回流比，延长缺氧段水力停留时间，保证反硝化阶段对碳源的充分利用和反硝化的充分反应。

水温较低时，可适当增加污泥浓度，降低污泥负荷，有助于抵消低温带来的不利影响。

但一般污水处理厂投产运行后，随着时间的推移和运行管理的不断完善，工艺运行参数也会趋于稳定，运行参数上的调控对总体的优化幅度有限。

措施二，投加易降解的外部碳源

另一种方便有效的措施是投加易降解的外部碳源如甲醇、乙酸、乙酸钠、葡萄糖等，以提供反硝化反应所需的碳源，保证其反应进行的速率，提高总氮脱除率。碳源投加要考虑水厂的自身情况和以下3方面：

碳源种类。甲醇存在运输和储存的危险性以及高浓度会对微生物的活性产生抑制，葡萄糖则难以降解且易引起亚硝态氮的积累，而乙酸会带来碱度过度消耗的问题。相比较而言，乙酸钠是更为合适的外加碳源。

碳源投加点。碳源投加点设置在缺氧区前端，可以有效节约成本，并保证充足的停留时间，避免CODCr的超标。

投加量的控制。应建设一套完整的碳源计量投加设备，并以2.86为标准碳氮比对脱氮所需的碳源进行计算和精确投加，再结合尾水CODCr的变化进行调整，最终建立一套碳源精准投加方案。

 

2.工程性优化措施

若管理性措施仍然无法解决出水的总氮问题或投药成本过高时，则以开发内部碳源和优化碳源分配为主要思路，通过工程性措施进行改造，如改变进水点/回流点、优化池体功能区、增加水力停留时间、改善曝气设施等。

工程应用表明，我国污水处理厂二级处理工艺主要以AAO、氧化沟以及SBR三种基本的活性污泥法为主，其中以运用较为广泛且成熟的AAO工艺为主。

迄今为止，已经发展出了众多的改良型AAO工艺，并逐步应用到提标改造中。这些改良型 AAO工艺的总体思路是以强化反硝化反应、解决碳源分配矛盾为主，旨在开发内部碳源，间接减少投药成本。

措施一：前置预缺氧段。

在普通AAO工艺前增设预缺氧池和回流点，延长缺氧段水力停留时间，使得一部分硝化液优先接触进水中的优质碳源，可以产生良好的内源脱氮效果，并缓解厌氧段硝态氮浓度过高而影响释磷的问题，还可以保证低温下的脱氮效果。

措施二：倒置AAO与多点进水。

多点进水和倒置缺氧与厌氧区，使原水中的一部分优质碳源直接与回流的硝化液进行接触，能有效提升原水中碳源用于脱氮的效率，从而将碳源优先用于反硝化；同时，另一部分原水则进入厌氧区保证释磷环境，一定程度上缓解微生物之间对碳源的竞争。

若辅以外部碳源或与MBR工艺联合，可进一步提高处理效果。

 

措施三：后置AO段。

后置AO段旨在进一步削减二级处理尾水中浓度较高的硝态氮。

一般可通过控制好氧段末端曝气强度，追加后置缺氧区，同时辅以投加外部碳源，有效进行二次脱氮，同时末端的好氧区不仅可结合生物膜法和MBR工艺进行配合处理，也有利于增加尾水中溶解氧浓度，防止二沉池出现二次释磷。

措施四：多级AO工艺。

多级AO工艺一般水力停留时间较长，对碳源的利用率较高，硝化液回流量少。另外通过减少生物池的曝气量，使溶解氧控制在较低水平，还能大大降低多级AO的能耗和运行成本。

值得一提的是，上述同样的思路也可应用于氧化沟和间歇曝气式活性污泥法，即将原有工艺改造为带回流污泥反硝化的生物除磷脱氮工艺及其变形工艺。

 

3.新建工艺

若以上措施仍然不能解决脱氮问题并且用地存在余裕的情况下，可选取合适工艺进行新建，并与原有工艺有机结合，进一步强化脱氮。

应用于提标改造的工艺种类繁多，但主要是以提高污泥浓度、培养优势菌种、提高微生物活性周期为思路的生物膜法与活性污泥法的组合工艺和MBR工艺，以及以处理尾水硝态氮，结合投加外部碳源为思路的深度反硝化生物滤池工艺。

文章来源：公众号《水处理研究院》