水處理藥劑復合碳源廠家利用活性污泥水解發酵補充碳源優化脫氮除磷

　　水處理藥劑復合碳源生產廠家利用活性污泥水解發酵補充碳源優化脫氮除磷。強化污水廠的脫氮除磷，執行更為嚴格的排放標準，甚至在局部敏感區域采用深度脫氮除磷技術，是未來我國改善水體環境的必然選擇。對于特定污水廠，制約其生物脫氮除磷效果的直接因素是進水中的有機物濃度及其可利用性，為了獲得可靠的生物脫氮效果，進水COD/TKN至少要達到7~8以上，而我國很多污水廠COD/TKN卻在3~5之間;對于EBPR，進水COD/TP≥40，可快速降解有機物(rbCOD)與TP比值至少要在18~20以上，或VFA/TP≥4~7，厭氧區揮發性脂肪酸VFA濃度至少要達到25 mg/L，才有可能獲得比較滿意的除磷效果。理論及實踐表明，只要厭氧區的VFA濃度足夠，EBPR工藝可以使出水TP達到0.1 mg/L，而我國很多污水廠實際進水VFA卻不足10 mg/L，尤其是南方城市，如果僅僅依賴進水中極為有限的VFA含量和厭氧池內1~2 h的短時間發酵，往往無法滿足脫氮除磷對rbCOD和VFA的要求，因此補充rbCOD、VFA往往是實現EBPR、改善出水水質的必然選擇。

　　近些年，基于初沉污泥或活性污泥的污泥水解技術逐漸成為研究熱點，與投加外部商業碳源相比，充分發掘污水廠潛在的“內碳源”補充進水rbCOD，無疑是綠色、可持續的發展方向。活性污泥水解技術逐步得到開發和應用，但生產規模的工藝案例相對較少，北歐一些國家如丹麥、瑞典近些年成功發展了側流活性污泥水解工藝，并得到成功應用，而我國在這方面的實踐相對滯后，活性污泥水解多限于實驗室研究階段，最近同濟大學進行了活性污泥在堿性條件下(pH值=10)水解補充VFA強化脫氮除磷的中試研究，但國內工程規模的污泥水解案例尚未見報道。

　　1、活性污泥水解工藝及潛力分析

　　1.1 活性污泥發酵工藝類型

　　目前活性污泥水解工藝已形成了不同的工藝構型，從工藝類型上主要分為主流水解(MSH)和側流水解(SSH)兩種形式，從水解對象選擇上分為混合液水解、回流污泥水解及剩余污泥水解三種。

　　主流水解是指從二沉池回流到生物池的活性污泥全部經過一個厭氧水解發酵過程，而側流水解工藝的水解池則獨立于主生物池之外，在污泥回流環節設置一個單獨的反應池，回流污泥中的一小部分進入SSH池，停留1~4 d后富含rbCOD的污泥再回流至主生物池，實現強化脫氮除磷的目的。SSH工藝在丹麥及瑞典得到快速發展和應用，在SSH技術基礎上，丹麥EnviDan公司進一步發展并提出了ARP/SSH工藝，在強化脫氮除磷的同時，還能提高進水有機負荷或水力負荷，目前丹麥、瑞典已經有數十座ARP/SSH工藝污水廠在運行。

　　1.2 活性污泥水解過程及影響因素

　　活性污泥作為污水廠數量最為龐大的潛在碳源，評估污泥水解工藝的碳源貢獻率，對其可利用性及水解潛力分析至關重要。雖然初沉污泥水解VFA產率要高于活性污泥，但是對于特定的污水廠，初沉污泥數量要遠遠低于活性污泥。

　　結合進水中可降解COD(以bCOD表示)的生化轉化過程，估算混合液水解與活性污泥水解的VFA貢獻能力及除磷潛力分析。

　　在活性污泥水解過程中,進水中1 kg的bCOD最終能被PAO利用并去除的磷量為0.009~0.014 kg。需要說明的是，Houweling等人給出的估算是基于BioWin活性污泥模型軟件的活性污泥表觀產率系數Yobs=0.2 kgCOD/kgbCOD，綜合參考國內外的文獻數據，筆者認為此值偏低，建議根據工藝實際情況Yobs取0.3~0.5 kgCOD/kgbCOD，依此可以根據特定污水廠的進水bCOD濃度及數量來推算活性污泥水解技術的潛在除磷量。實際上，上述估算是基于純活性生物量的水解估算，然而活性污泥除生物量本身外，還吸附了大量的污染物，這些污染物會在整個SRT內被微生物水解、儲存和利用，因此系統SRT是影響污泥水解產率的關鍵因子。

　　混合液水解(UMIF)工藝比單純菌體水解過程更復雜，主要包含兩個過程：首先，要考慮進水中被活性污泥吸附的有機物將在UMIF區優先水解，而這部分水解量貢獻率主要取決于進水中有機物實際被污泥吸附的數量，同時UMIF區厭氧污泥量占系統總污泥量的比例也是影響UMIF水解產率的關鍵因子;其次，活性污泥本身的水解過程，也就是說對于混合液水解，既包含進水bCOD的直接水解發酵，又包含后續活性污泥的水解發酵過程。經估算，利用進水rbCOD發酵生成VFA的產率為0.55~0.9 kgCOD(VFA實際產率受發酵過程產氫量的影響而不同)，進一步計算得出進水bCOD對TP的去除貢獻量為0.055~0.09 kgP/kgbCOD。由上述兩種發酵途徑可看出，直接利用進水bCOD進行混合液發酵會獲得更高的VFA產率，對除磷貢獻率更高。

　　2、 污泥水解示范項目

　　2.1 中國馬鞍山王家山污水廠

　　王家山污水處理廠處理規模為6.0×104 m3/d，采用帶前置厭氧池的Orbal氧化溝工藝，出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級B標準，2007年建成運行。該廠進水COD/TN值為3~5，雨季進水碳源則更低，進水中可供反硝化及釋磷的底物rbCOD及VFA持續性缺乏，嚴重影響反硝化菌及聚磷菌的數量及活性。實測污泥反硝化速率平均僅為0.68 mgNO-3-N/(gVSS·h)，這明顯低于文獻報道DNR一般為1.2~3.0 mgNO-3-N/(gVSS·h)的數值水平;釋磷速率平均也僅為0.48 mgPO3-4-P/(gVSS·h)，較低的反硝化速率及釋磷速率制約了系統的脫氮及除磷效果。

　　考慮到污水廠rbCOD嚴重不足的情況，改造方案采用了SSH技術，為降低土建投資，利用原來一期三溝式氧化溝閑置池容，將其改造為SSH池，改造后的工藝流程見圖1,SSH池鳥瞰圖見圖2，改造工程于2012年4月完成并投入運行。

　　圖1 采用SSH技術改造的工藝流程

　　圖2 王家山污水廠SSH池鳥瞰圖

　　王家山污水廠改造后運行至今，出水指標尤其是營養鹽指標得到顯著改善，在進水COD、TN平均為155.8、36.8 mg/L且無外加碳源的情況下，出水TN<15 mg/L，TP<1 mg/L，其中TN<12 mg/L的概率為75%，TP<0.5 mg/L的概率為55%。

　　2.2 美國Henderson NV污水廠的混合液發酵

　　位于美國內華達州的Henderson NV污水廠平均處理能力為8×104 m3/d，圖3是該廠新建的一組生物池型及平面布置，處理能力為23 000 m3/d。該系列在啟動期進水中VFA<5 mg/L，無法滿足EBPR要求，因此，運行人員將厭氧區第二個分格中的攪拌器關掉，每天只進行15 min左右的短時攪拌，進行混合液在線發酵，即按照“UMIF”模式運行。調整運行模式后，AN2、AN3區域厭氧釋磷濃度顯著提高，AN3區釋磷濃度達到9~10 mg/L，比正常運行模式(AN2攪拌器開啟)的釋磷濃度高出近7 mg/L，出水TP顯著降低，說明關掉攪拌器后，進水中的有機物被回流污泥迅速吸附后在該區域“靜止沉淀發酵”過程中發生了較充分的水解發酵，進水中的bCOD轉化率高，經后續處理最終出水TP達到0.03 mg/L，遠低于排放標準。

　　圖3 Henderson NV污水廠生物池工藝布置示意

　　3、結語

　　無論是主流活性污泥混合液水解，還是側流污泥水解，都能有效補充污水廠進水rbCOD、VFA的不足，并提高脫氮除磷效率，無論是現有污水廠提標改造，還是新建項目，都要考慮對污水廠“內碳源”的充分挖掘和利用，污泥水解技術可以有效降低污水廠成本并提高污水處理系統的運行穩定性及可靠性，活性污泥水解過程中的氮、磷釋放并不會對改善系統的脫氮除磷性能造成負面影響。

　　評語：

　　國內污水廠進水碳源不足，導致污水處理廠生物系統的脫氮除磷效率低下。內部碳源的利用，相比外加碳源能節省能源，且能減少后續污泥處理帶來的一系列問題。因此其具備更好的研究意義和實際利用價值。本文研究了活性污泥水解發酵補充污水處理廠生物處理系統中的碳源，對不同水解工藝類型、不同水解對象的水解提供碳源能力的潛力等進行了分析闡述。通過兩種活性污泥水解示范項目詳實闡明了活性污泥水解提供碳源對污水處理廠脫氮除磷的意義。該論文選題具備良好的理論意義和指導意義。其工作內容具備很好的應用價值，能為污水處理廠的規劃和改進帶來良好的指導意義，且帶來很好的經濟效益。

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