生物脱氮外加碳源和辅助化学除磷

生物脱氮外加碳源和辅助化学除磷

一、碳源的作用、分类及投加点

当原污水中没有足够的碳源时，投加碳源有利于营养物质的去除。在氮去除过程中，投加碳源通过直接为反硝化反应提供电子促进反硝化反应，从而有效提高脱效果。投加碳源对除磷效果的促进不像对脱氮效果提高那样直接，如投加的碳源中包含挥发性脂肪酸并且投加到厌氧区，那么外加碳源将作为聚磷菌的碳源，从而提高总磷的去除效果。

碳源主要分为两大类。一是低分子有机物类和糖类物质等，如甲醇、乙醇、乙酸、甜菜糖浆、工业浓液及其混合物等。二是对初沉污泥或剩余活性污泥发酵的溶解性挥发性脂肪酸。发酵的典型产物是乙酸和丙酸的混合物，该混合物是磷、氮去除的碳源。

碳源可投加至缺氧区、厌氧区。当缺氧区碳源不足时，可将外加碳源的投加点设在缺氧区搅拌器附近，或在缺氧区入口处分配碳源，通过设多个缺氧区，将碳源投加至第一个缺氧区，保证外加碳源在缺氧区内最大化分布，并减少其在下游好氧区入口处的任何短路。

二、外加碳源技术参数

现有的外加碳源大体上分为两类:一是以葡萄糖、甲醇、乙醇、乙酸等液态有机物及其混合物为主的传统碳源;二是以一些低廉的固体有机物为主，包括含纤维素类物质的天然植物及一些可生物降解聚合物等在内的新型碳源。目前大多数污水脱氮工艺的研究中都是采用低分子有机物类和糖类物质作为液体碳源。低分子有机物易于生物降解，极易被反硝化细菌利用且微生物细胞产率较低，因此在污水脱氮工艺中常常作为外加碳源的首选。

常用外加碳源的特性表

 

常用外加碳源的生物动力学参数表

 

如果污水中含有溶解氧，为使反硝化反应进行完全，所需碳源有机物(以BOD表示)总量可用下式计算:

 

式中C——反硝化过程有机物需要量(以BOD表示)(mg/L);

[NO3-N]——硝酸盐浓度(mg/L);

[NO2-N]——亚硝酸盐浓度(mg/L);

DO——污水溶解氧浓度(mg/L)

为使反硝化过程进行完全所需投加的甲醇量:

 

式中C_m——反硝化过程有机物需要量(以BOD表示)(mg/L);

[NO3-N]——硝酸盐浓度(mg/L);

[NO2-N]——亚硝酸盐浓度(mg/L);

DO——污水溶解氧浓度(mg/L)

1mg 甲醇理论 COD值为1.5mg，所以可生物降解的 COD表示的碳源有机物需要量CODR 可以表示为:

 

三、辅助化学除磷的目的

投加化学试剂进行辅助化学除磷是实现完全除磷的一种有效方法。污水中的磷可以通过生物和化学两种方法去除。生物除磷过程依赖于聚磷菌的生长，一些情况下污泥负荷低，因此进水中COD:P比值和生物污泥的生长会抑制聚磷菌的产量，从而影响生物除磷效率。

生物除磷是一种相对经济的除磷方法，但由于现阶段的生物除磷工艺还无法保证出水总磷稳定达标，所以常需要采用或辅助以化学除磷措施。

与生物除磷法相比，化学除磷不会由于污泥处理过程中停留时间较长而发生磷酸盐的二次释放，因此也不会产生内部磷酸盐负荷。

与完全通过化学沉淀除磷的方法相比，进行生物法和化学法的复合除磷工艺能够减少化学试剂的用量，缓解化学除磷方法的一些弊端。通常以生物除磷法为主，化学除磷法为辅，组成复合工艺进行除磷。当检测的磷酸盐浓度超过了标准值时再投加化学试剂。

四、化学除磷药剂分类

化学除磷设计中，药剂的种类、剂量和投加点宜根据试验资料确定。化学除磷的药剂可采用铝盐、铁盐，也可采用石灰。铝盐有硫酸铝、铝酸钠和聚合铝等，其中硫酸铝较常用。铁盐有三氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁和硫酸亚铁等，其中三氯化铁最常用。用铝盐或铁盐作混凝剂时，宜投加PAM作为助凝剂。

五、除磷药剂投加点及其对工艺影响

化学除磷过程，依据投加点可划分为几种不同的化学沉淀工艺。主要有预沉淀、协同沉淀、后沉淀、直接沉淀几种。

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预沉淀是在初次沉淀池之前投药，投药点可设在沉砂池初次沉淀池进水处，投药点应选在所形成的絮凝体不会被打破之处，其形成的沉淀物将在初次沉淀池中被去除;

协同沉淀应用最为广泛，投药点设在曝气池中、曝气池出水处或二次沉淀池进水处;

后沉淀，投药点设在处于二次沉淀池之后的混合池中，沉淀、絮凝及其絮凝体的分离将在生物处理段之后的一个单独单元来完成;

直接沉淀是直接进行混凝、沉淀反应，无生物处理反应，这种处理方法主要用于强化一级处理工艺。

如采用协同沉淀方式，投加化学试剂有两种可选投加点:

(1)正磷酸盐浓度最高的厌氧段末端;

(2)进入到二次沉淀池的溢流液中(好氧区)。

选择二次沉淀池前投加，比在厌氧段末端投加具有一定的优势，比如改善污泥沉淀性能，可以根据在线监测出水中磷酸盐浓度直接控制投加量。无论在任何投加点，金属盐与活性污泥的充分混合都是十分必要的。

从生化角度看，在生物除磷工艺中投加化学试剂对工艺运行有重要影响，因而需要进行必要的控制。当投加量过高时，正磷酸盐将生成化学沉淀，从而不利于聚磷菌吸磷，聚磷菌量减少，生物除磷量减少，需加大化学试剂投加量，如此形成有害循环；投药过量不仅会增加药剂费，而且会产生大量的氢氧化物絮凝体，从而增加产泥量，并会妨碍污泥脱水。

六、化学药剂投加量和污泥产生量

化学药剂投加量可以按给定的、所要求的出水总磷浓度进行设计，下表列出了与出水总磷浓度相关的处理方法、金属离子的投加量以及对pH值的要求。

 

注:MR(摩尔比)表示每摩尔进水总磷所需加入的金属离子的摩尔数。

同步沉淀除磷的产泥量取决于沉淀剂的品种、沉淀剂的单位用量(molMe(金属)/molP)。除此之外，还要考虑附带产生的其他沉淀物。在实际应用中可按每千克用铁产生2.5千克污泥或每千克用铝产生4.0千克污泥来计算产泥量。