中國(guó)污水處理廠多采用生物脫氮除磷工藝，碳源一直是傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝的控制因素，碳源是微生物生長(zhǎng)必須的營(yíng)養(yǎng)元素，主要消耗于釋磷、反硝化和異養(yǎng)菌代謝。中國(guó)有相當(dāng)一部分污水處理廠的進(jìn)水都存在碳源含量低，造成出水脫氮除磷效果較差。因此有效解決城市污水處理廠碳源不足問題，是提高污水脫氮除磷效率從而實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的有效途徑。
文章擬從內(nèi)碳源和外加碳源兩個(gè)方面，對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠碳源的開發(fā)利用進(jìn)行分析。
1內(nèi)碳源
內(nèi)碳源是指存在于污水處理系統(tǒng)本身的碳源。包括原污水中的可生物降解溶解性有機(jī)碳，從原污水中分離出來的顆粒態(tài)慢速降解有機(jī)物(初沉污泥)和活性污泥微生物死亡或破裂后自溶釋放出來的可被利用的基質(zhì)。在中國(guó)節(jié)能減排的環(huán)保政策指引下，內(nèi)碳源的有效開發(fā)利用便顯得尤為迫切。不但可以減少?gòu)U物排放量，還可以有效提高生物脫氮除磷效果，可謂一舉兩得。
1.1多點(diǎn)進(jìn)水
也稱為分段進(jìn)水活性污泥法，污水經(jīng)過簡(jiǎn)單的物理處理后，直接進(jìn)入生物池。早期采用多點(diǎn)進(jìn)水方式的目的是減少生物池需氧量和供氧量的差異，起到節(jié)能降耗的作用。目前采用該方式的目的一方面是增加脫氮除磷段的碳源含量，同時(shí)也是消耗污泥回流和硝化液回流所攜帶的剩余的溶解氧，優(yōu)化脫氮除磷的反應(yīng)環(huán)境，從而提高處理效果。這種運(yùn)行方式目前逐漸受到了一些新建和改擴(kuò)建的污水廠的青睞，如鄭州市新建的某污水處理廠就是采用多點(diǎn)進(jìn)水的改良型UCT工藝，排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn)。
這種運(yùn)行方式由于是增加了進(jìn)水點(diǎn)，從而增加構(gòu)筑物池容和管線系統(tǒng)，無疑會(huì)帶來系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，反應(yīng)池容積和建設(shè)投資的增加，運(yùn)行管理難度增大等問題，相對(duì)于提高處理效果來講，這些弊端也是可以忽視的。
1.2初沉池的合理設(shè)置
常規(guī)來講，初沉池是設(shè)置在沉砂池之后的另一個(gè)非常重要的物理法處理單元，其作用是進(jìn)一步去除沉砂池不能去除的更加細(xì)小的無機(jī)顆粒，可去除10%~20%的有機(jī)物，還具有一定的水解酸化的作用，從而減少后續(xù)生物處理單元的負(fù)荷，對(duì)提高處理效果起到了重要的促進(jìn)作用。然而初沉池的設(shè)置同時(shí)也帶來了后續(xù)脫氮除磷處理階段碳源量更低的問題，尤其是對(duì)于某些進(jìn)水低C/N的污水廠來講，其碳源不足的矛盾將更加突出。這無疑使得關(guān)于初沉池的設(shè)置與否陷入了兩難的尷尬境地。業(yè)內(nèi)關(guān)于是否取消初沉池的討論也是不絕于耳。據(jù)筆者的調(diào)查了解，目前初沉池的設(shè)置與否歸納為以下三種主要方式：
(1)直接取消初沉池。目前相當(dāng)一部分污水廠(如現(xiàn)階段較為流行的延時(shí)曝氣氧化溝工藝)，是污水經(jīng)過沉砂池之后，直接進(jìn)入生物池。這種做法的優(yōu)勢(shì)是減少了初沉池的建設(shè)投資，簡(jiǎn)化了處理流程，對(duì)于緩解建設(shè)單位的資金和占地規(guī)劃緊張狀況起到積極作用。筆者認(rèn)為這種方式對(duì)于進(jìn)水SS濃度較低且波動(dòng)不大的污水廠無疑是個(gè)不錯(cuò)的選擇。
(2)可在初沉池環(huán)節(jié)處設(shè)置超越管，根據(jù)實(shí)際進(jìn)水情況決定是否取消初沉池，以解決脫氮除磷系統(tǒng)中有機(jī)碳源不足的狀況。筆者認(rèn)為，這種方式更適合進(jìn)水SS濃度波動(dòng)較大的污水廠。即當(dāng)進(jìn)水SS濃度較高時(shí)，開啟初沉池進(jìn)一步降低SS;當(dāng)進(jìn)水SS濃度較低時(shí)，開啟超越管超越初沉池來減少有機(jī)物的損失。以期增加后續(xù)處理工藝中有機(jī)碳源的含量。
(3)減少初沉池的水力停留時(shí)間。常規(guī)來講，初沉池的水力停留時(shí)間為1~2h，有些業(yè)內(nèi)人士提出將初沉池的停留時(shí)間減少至0.5~1h，或者適當(dāng)提高沉砂池池的水力停留時(shí)間，這樣可以在一定程度上緩解取消初沉池所帶來的一系列弊端。
這三種方式各有利弊，需要設(shè)計(jì)和建設(shè)單位根據(jù)進(jìn)水的實(shí)際情況以及具體的建設(shè)情況，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和建設(shè)。
1.3增設(shè)厭氧水解酸化池
改進(jìn)脫氮除磷工藝，目前常用的主要方式是在脫氮除磷反應(yīng)器前增加厭氧水解酸化池(段)。在厭氧水解酸化階段，大分子有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的化合物并分泌到細(xì)胞外，主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸(VolatileFattyAcids，VFAs)，醇類，乳酸等，削減待處理污水的有機(jī)負(fù)荷，改善了污水的可生化性，提高后續(xù)處理的效率。梁存珍等[2]采用水解酸化-反硝化-硝化的組合工藝對(duì)土霉素廢水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的連續(xù)處理。
廢水經(jīng)過厭氧水解，反硝化速率從0.31kg/m3˙d增加到0.45kg/m3˙d，提高了45.2%。這類研究成果為實(shí)際工程的推廣和應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持，如鄭州市某污水處理廠在氧化溝前設(shè)置前置缺氧池(前置反硝化池)和厭氧池，10%的進(jìn)水直接進(jìn)入前置缺氧池段給回流污泥提供反硝化所需碳源，在厭氧池內(nèi)，大分子和難降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于生物降解的物質(zhì)為聚磷菌提供碳源。改良型氧化溝和改良型A2/O等均是在此基礎(chǔ)上演化而來，有一些新建和改擴(kuò)建的污水處理廠也積極采納了這種方式，并取得了較好的處理效果。
結(jié)果表明，將水解酸化過程作為低濃度城市污水生物脫氮工藝的預(yù)處理工藝可以為反硝化段補(bǔ)充一定量的碳源，有效提高脫氮效率?？紤]到水解池的建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用，以及一些地區(qū)廢水的實(shí)際情況，還需要綜合處理效果和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用等因素因地制宜地確定運(yùn)行工藝及工藝條件。