在城市污水處理植物總氮去除工藝的選擇中，生物脫氮是目前經濟有效的方法。在越來越嚴格的總氮排放標準下，污水中的有效碳源已成為總氮去除的主要限制因素，尤其是低碳氮比(C/N)的工業(yè)廢水，其C/N比一般為2 ~ 3。對于這類廢水，投加碳源是提高總氮去除率，實現達標排放的直接有效途徑。隨著總氮排放限值的逐步降低，對碳源的需求增加，也刺激了新型碳源的研發(fā)。

目前，外源碳源主要是甲醇、乙醇、乙酸鈉、葡萄糖等液態(tài)有機物，其中乙酸鈉和甲醇碳源應用較為廣泛。前者具有易利用、響應快、脫氮效果好等優(yōu)點，但價格昂貴，污泥產量高。后者運行費用低，污泥產量小，但反應時間慢，應急加藥效果往往較差，且有毒。長期作為碳源，對尾水排放有一定影響。隨著總氮排放限值越來越嚴格，達到排放標準時，從外界輸入的碳源量大大增加，運行成本增加。近年來，新型碳源的開發(fā)越來越受到重視，包括初沉污泥和剩余污泥的水解產物、玉米秸稈的有機質浸出液、木屑固體的緩釋碳源等。

本研究采用一種新型復合碳源作為外加碳源去除工業(yè)廢水中的硝酸鹽。新碳源由玉米秸稈多步生物發(fā)酵獲得，其主要成分為各種單糖、斷鏈醇/酸。同時添加了一些微生物促進劑和益生菌因子，有利于微生物的生長。本研究以工業(yè)上常用的乙酸鈉碳源為對照，實驗研究了新型復合碳源與乙酸鈉碳源的硝酸鹽去除性能差異，并在天津某工業(yè)園區(qū)水處理廠進行了工程應用驗證，以進一步確定新型復合碳源在實際工程應用中的總氮去除效果。

1.測試零件

1.1廢水質量

表1顯示了天津某工業(yè)園區(qū)的主要水質參數以及相關水質參數的比值?？梢钥闯?，B/C值為0.299，基本可以滿足生物處理的要求。C/N值為8.80，而B/N值為2.63。為了滿足脫氮的要求，B/N值一般大于5。為了滿足TN的排放標準，需要額外的可降解碳源來滿足TN去除的要求。

1.2測試方法

實驗裝置:采用兩個攪拌速度可調的六聯攪拌反應器，同時測試兩種碳源(新型復合碳源和乙酸鈉碳源)對反硝化過程的影響。

試驗流程:從a 污水處理廠A2/O工藝缺氧池末端取一定量的泥水混合物，加入一定量的硝酸鹽，配制含有一定濃度硝態(tài)氮的試驗原液。試驗時，將原液的1L加入兩個六聯攪拌器的六個反應器中，然后一組六聯反應器加入對照組的乙酸鈉碳源，另一組六聯反應器加入試驗組的新復合碳源。加入碳源后，開始計時，以相同的反應時間間隔取樣檢測。

1.3項目測量和方法

反應前、反應后和反應過程中的水樣過濾后，取濾液測定水中的硝態(tài)氮(NO3-N)濃度，檢測方法為紫外分光光度法(HJ/T346—2007)。

不同時間間隔的NO3-N去除量按下式計算:

2.結果和討論

2.1轉速的影響

為了消除兩個六聯攪拌反應器和攪拌強度對實驗結果的影響，首先考察了攪拌速度對反硝化脫氮的影響。試驗條件:新型復合碳源濃度為200mg/L，乙酸鈉濃度為200mg/L，反應時間為3h，在泥水混合物中加入NO3-N10mg/L。改變轉速為20、40、60、80、100和120rpm，分析轉速對硝酸鹽氮去除的影響。測試結果如圖1所示。

從圖1可以看出，對于新型復合碳源轉速試驗，在20 ~ 60 rpm范圍內，NO3-N的去除量隨著轉速的增加而增加，這主要是因為轉速的增加有利于微生物與碳源和硝酸鹽的充分接觸，從而增加了NO3-N的去除量，當轉速繼續(xù)增加到120rpm時，NO3-N的去除量隨著轉速的增加而減少。一方面可能是轉速提高導致微生物聚集體解體，影響了微生物的活性；另一方面，轉速的提高導致進入反應器的空氣中的富氧率增加，導致水中的溶解氧增加，導致微生物以氧氣為電子載體，從而影響NO3-N的去除，因此，對于新的復合碳源，確定儀器轉速為60rpm。

對于醋酸鈉碳源的轉速測試，從圖中可以看出，隨著轉速的增加，NO3-N的去除量逐漸減少。雖然在20rpm下的去除速率略高于在40rpm下的去除速率，但是可以清楚地觀察到在20rpm下混合溶液沒有均勻混合。因此，醋酸鈉轉速試驗下的儀器轉速確定為40rpm。

2.2反應時間的影響

試驗條件:新型復合碳源200mg/L，醋酸鈉200mg/L；采樣時間間隔分別為30、60、120、180和240min，考察了反應時間對NO3-N去除的影響。測試結果如圖2所示。

從圖2可以看出，對于乙酸鈉碳源和新型復合碳源，隨著反應時間的延長，在3小時之前，NO3-N的去除量隨著反硝化時間的增加而逐漸增加，當反應時間在3 ~ 4小時之間時，NO3-N的去除量變化不大。因此，反應時間確定為3h。

2.3碳源濃度的影響

實驗條件:固定反應時間為3h，考察了碳源濃度對硝酸鹽去除的影響。首先，基于200mg/L新型復合碳源，考察了220mg/L、240mg/L、260mg/L新型復合碳源對NO3-N的去除量之間的關系。然后，基于200mg/L乙酸鈉碳源，新復合碳源的以下濃度為120、140和110。測試結果如圖3所示。

從圖3可以看出，對于新型復合碳源和乙酸鈉碳源，NO3-N的去除量隨著碳源濃度的增加而線性增加。在200mg/L的新型復合碳源下，NO3-N的去除量為4.79mg/L，而去除等量NO3-N所需的乙酸鈉濃度為270mg/l。同樣，當乙酸鈉濃度為200mg/L時，NO3-N的去除量為3.34mg/L，而在獲得相同NO3-N去除量的前提下，所需的新復合碳源濃度僅為140mg/L，其他新復合碳源濃度與乙酸鈉濃度在相同NO3-N去除量下的對應關系可由圖3得到。見表2。從表中可以看出，與乙酸鈉碳源相比，在去除相同量NO3-N的情況下，新型復合碳源可以節(jié)約30%。

2.4硝酸鹽濃度的影響

試驗條件:固定反應時間為3小時，兩種碳源濃度為200mg/L時，考察原液中不同硝酸鹽濃度對硝酸鹽去除的影響。測試結果如表3所示。

從表3可以看出，當新的復合碳源濃度為200mg/L時，改變原液中的硝酸鹽濃度并不改變硝酸鹽去除量。在8.64～15.60mg/L范圍內，硝酸鹽去除量為6.24±0.14mg/L，而當原液中硝酸鹽濃度為5.75mg/L時，硝酸鹽去除量為4.82mg/L。發(fā)現硝酸鹽濃度在9.05 ~ 15.40 mg/L范圍內，硝酸鹽去除量為4.14±0.26，從表3可以看出，在相同碳源濃度下，與乙酸鈉碳源相比，新型復合碳源的硝酸鹽去除量可以提高50%。

2.5工程應用

在天津某綜合工業(yè)園污水處理廠，比較了新型復合碳源和乙酸鈉碳源分別作為外碳源時總氮的去除效果。該廠生化處理工藝為A2O工藝，在缺氧池中添加碳源，選擇運行條件基本相同的兩個系列(處理能力為10000m3/d)進行工程應用效果對比。實驗分為兩個階段。A階段新復合碳源用量為乙酸鈉用量的70%，即節(jié)約用量30%，實驗持續(xù)33天。在B階段，新的復合碳源的用量進一步減少醋酸鈉用量的50%，實驗持續(xù)20天。比較結果如圖4所示。

從圖4中可以看出，在階段A中，當使用新的復合碳源作為外碳源時，二沉池出水中的總氮濃度大多低于乙酸鈉碳源，這表明新的復合碳源的投加量仍有下調的空間。實驗B階段，經統計分析，以新型復合碳源為碳源時，二沉池出水總氮比乙酸鈉碳源少5天，僅占23.8%。因此可以推斷，在去除相同量硝酸鹽的情況下，新復合碳源的節(jié)約量最好控制在50%以內。

3.結論

本研究通過靜態(tài)試驗比較了新型復合碳源和傳統乙酸鈉碳源對硝酸鹽氮的去除效果，并對工程應用效果進行了比較。結果表明:

①在靜態(tài)試驗中，獲得相同的硝酸鹽去除量時，新型復合碳源比乙酸鈉碳源可節(jié)約30%。在相同碳源濃度下，新型復合碳源比乙酸鈉碳源能多去除50%的硝酸鹽。

②在實際工程應用中取得的效果優(yōu)于靜態(tài)試驗。如果用新型復合碳源替代傳統的乙酸鈉碳源，預計額外的碳源將節(jié)省40%左右。(來源:天津大學環(huán)境科學與工程學院、天津TEDA新水源科技發(fā)展有限公司、天津TEDA水業(yè)有限公司)

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標簽:  新型復合碳源去除園區(qū)廢水中的硝酸鹽