目前市面上常用的碳源:甲醇、乙酸、乙酸鈉、面粉、葡萄糖、生物質(zhì)碳源及污泥水解上清液等。在使用過程中,需要根據(jù)實(shí)際工程情況選擇合適的碳源?,F(xiàn)對各種常用的碳源進(jìn)行對比,分析各種碳源的優(yōu)缺點(diǎn):
甲醇作為外碳源具有運(yùn)行費(fèi)用低和污泥產(chǎn)量小的優(yōu)勢,在甲醇碳源不足時(shí),存在亞硝酸鹽積累的現(xiàn)象。以甲醇為碳源時(shí)的反硝化速率比以葡萄糖為碳源時(shí)快3倍,其最佳碳氮比(COD:氨氮)為 2.8~3.2 。
乙酸鈉的優(yōu)點(diǎn)在于它能立即響應(yīng)反硝化過程,可作為水廠應(yīng)急處置時(shí)使用。
乙酸鈉由于是小分子有機(jī)酸鹽的原因,反硝化菌易于利用,脫氮效果是最好的。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),碳氮比在4.6時(shí),可以達(dá)到穩(wěn)定的脫氮效果,而且它的水解物為小分子有機(jī)物,能容易被微生物降解,反硝化響應(yīng)時(shí)間快,而且無毒,能作為應(yīng)急碳源。但是,它價(jià)格較貴,產(chǎn)泥率高,對污水廠的污泥處置會帶來了一定的壓力。
糖類外加碳源中,以面粉、蔗糖、葡萄糖為主,由于葡萄糖是最簡單的糖,所以目前研究比較多。當(dāng)碳源充足時(shí),以葡萄糖為碳源的最佳碳氮比較甲醇為碳源時(shí)高得多,為 6∶1~7∶1。碳源對硝氮的比還原速率幾乎沒有影響,但是對亞硝氮的比積累速率影響較大,在研究中發(fā)現(xiàn)只有葡萄糖作為外加碳源時(shí)對亞硝氮的比累積速率沒有影響。
以葡萄糖為代表的糖類物質(zhì)作為外加碳源使得脫氮效果良好,可是,糖類作為多分子化合物,容易引起細(xì)菌的大量繁殖,導(dǎo)致污泥膨脹,增加出水中COD的值,影響出水水質(zhì),同時(shí),與醇類碳源相比,糖類物質(zhì)更容易產(chǎn)生亞硝態(tài)氮積累的現(xiàn)象。
隨著污水脫氮要求的提高,新興起專業(yè)生產(chǎn)碳源的企業(yè),他們通過生物工程原理,對一些糖類、農(nóng)產(chǎn)品廢料等進(jìn)行發(fā)酵,生產(chǎn)無毒無害的生物制品,主要組分是小分子有機(jī)酸、醇類、糖類。其較單一的化學(xué)品更容易被微生物利用,其使用成本比單一化學(xué)品便宜,具備極高的性價(jià)比。
生物轉(zhuǎn)化揮發(fā)酸VFA 來源于污泥水解的上清液,由于水解所產(chǎn)生的 VFA 擁有很高的反硝化速率,碳源可以直接由污水廠內(nèi)部提供,在污泥減容的同時(shí)還減少了碳源運(yùn)輸方面的問題,所以它是目前比較有優(yōu)勢的碳源。
對于污泥水解利用做外碳源的研究,目前不同的結(jié)論有很多,但總體認(rèn)為它作為反硝化脫氮系統(tǒng)的碳源是一種很有價(jià)值的方法??墒?,對于不同的污泥,不同的水解條件,所產(chǎn)生的VFA 的組分有較大的差別,而由于組分不同,又能引起反硝化速率的不同(這也是為何很多研究不一致的原因),所以,如何將污泥水解的產(chǎn)物VFA統(tǒng)一化研究應(yīng)用,還是一個(gè)比較大的難題。
除此以外,若直接將水解污泥作為外碳源,還要考慮到污泥水解過程中氮磷的釋放問題,這部分氮磷若以碳源的形式投加到污水中,勢必會增加污水處理廠的氮磷負(fù)荷,如何解決這個(gè)問題,是利用污泥水解液的另一大難題。
二、碳源的選擇
目前,有的市政污水處理廠碳源投加費(fèi)用居高,有的高達(dá)0.2-1.0元/噸,為降低污水處理的運(yùn)行費(fèi)用,必須選擇性價(jià)比高的碳源。
因各類碳源的組成成分不同,環(huán)保上通常以當(dāng)量COD計(jì)算,一般采用萬COD當(dāng)量的計(jì)算方式,比如甲醇的當(dāng)量COD為150萬,即1噸的甲醇相當(dāng)于1500公斤的COD當(dāng)量,再換算成萬COD當(dāng)量的單價(jià):
備注:
通過上表,發(fā)現(xiàn)乙酸鈉的當(dāng)量COD單價(jià)確實(shí)昂貴,這個(gè)也是目前污水處理廠碳源投加成本高的原因;甲醇是最具性價(jià)比的碳源,但當(dāng)冬天來臨采暖用甲醇時(shí),甲醇的單價(jià)也可能上升到4500元/噸,如乙酸,有的時(shí)候出廠價(jià)高達(dá)4500元/噸。
各類碳源投加量都有一個(gè)相應(yīng)的范圍,以下為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以通過實(shí)際情況確定碳源的投加量,但要在實(shí)際運(yùn)行中要兼顧到亞硝態(tài)氮的累積和產(chǎn)泥率:
(1)甲醇:在甲醇投加量不足的情況下,會出現(xiàn)亞硝態(tài)氮的累積,理想的COD/N為4.3~4.7。有文獻(xiàn)提到,甲醇為碳源時(shí)理想的COD/N為4.3~10.6。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),甲醇為碳源時(shí),理想的投加量碳氮比大于5時(shí),反硝化才能進(jìn)行完全,硝態(tài)氮去除率可達(dá)95%,產(chǎn)泥率在0.35左右。
(2)乙酸鈉:根據(jù)文獻(xiàn),在污水中加入乙酸鈉作為碳源,碳氮比在4.6時(shí),可以達(dá)到穩(wěn)定的脫氮效果,而且它的水解物為小分子有機(jī)物,能容易被微生物降解,反硝化響應(yīng)時(shí)間快,而且無毒,能作為應(yīng)急碳源。但是,它價(jià)格較貴,產(chǎn)泥率高,對污水廠的污泥處置會帶來了一定的壓力。
(3)工業(yè)葡萄糖:閻寧經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),工業(yè)葡萄糖的理想碳氮比在6.4~7.5,比甲醇大得多,而且它是多分子有機(jī)物,不易被微生物所利用,容易導(dǎo)致出水中COD的上升,同時(shí)與甲醇、酒精相比,葡萄糖更易出現(xiàn)亞硝態(tài)氮的累積,因此,不建議大量使用葡萄糖作為碳源。
投加成本是碳源的當(dāng)量COD價(jià)格+投加量的綜合算法,需要理論計(jì)算加實(shí)際運(yùn)行的投加量確定;
投加碳源,必定會增加污泥的產(chǎn)量,而污泥處理成本很高,這個(gè)是選擇碳源必須考慮到的重要一項(xiàng)。
投加碳源目的是為了脫氮,因此在選擇碳源的時(shí)候,要兼顧污水處理廠的運(yùn)行穩(wěn)定,如盡可能的避免污泥膨脹、出水COD升高、亞硝基氮累積等。
三、結(jié)論
當(dāng)前,國內(nèi)絕大多數(shù)的市政污水處理廠面臨著必須投加碳源和碳源成本高的現(xiàn)實(shí),如何做到減少碳源投加和降低碳源成本,是污水處理行業(yè)面臨著的共同問題,通過近幾年碳源的使用實(shí)際使用情況,提出如下的建議: