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反硝化中如何选择碳源

      一、反硝化中如何选择碳源

      反硝化,也称脱氮作用,是指细菌将硝酸盐(NO3−)中的氮(N)通过一系列中间产物(NO2−、NON2O)还原为氮气(N2)的生物化学过程。参与这一过程的细菌统称为反硝化菌。大部分反硝化细菌是异养菌,例如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等,它们以有机物为氮源和能源,进行无氧呼吸。

在污水生化处理过程中,能为反硝化细菌利用的碳源主要有污水中的碳源以及外加碳源,如果能够利用污水中的有机碳作为碳源是比较经济的。这要求污水中的BOD5/TN值大于3-5,如果不满足要求则需外加碳源。

目前实际中常用的碳源主要有:甲醇、乙酸、乙酸钠、面粉、葡萄糖、复合碳源及污泥水解上清液等。

     1.甲醇

    优点:因为甲醇被分解后主要生成二氧化碳和水,不残留任何难降解的物质,而且反硝化速率高,所以最初许多污水厂都选择甲醇作为外加碳源。以甲醇为碳源时的反硝化速率比以葡萄糖为碳源时快3倍,其最佳碳氮比(COD:氨氮)为 2.83.2

    缺点:安全性欠缺,甲醇易燃,为甲类危化品,储存和使用均有严格要求;甲醇并不能被所有微生物利用,当甲醇用于污水处理厂应急投加碳源时效果不能快速显现;将甲醇作为长期碳源,对微生物有一定的毒害性,最终对总排达标会造成一定的影响。 

2、乙酸钠

    优点:乙酸钠由于是小分子有机酸盐的原因,反硝化菌易于利用,脱氮效果是最好的;加入乙酸钠能立即响应反硝化过程,可作为水厂应急处置时使用;无毒,能作为应急碳源。

    缺点:乙酸钠多为20%25%30%含量的液体产品,当量COD偏低,运输费用高,受运输半径的限制;使用乙酸钠,产泥量大,污泥处理费用增加;按照COD当量计算,价格较高,不适合大水量的市政污水厂长期使用。

3、乙酸

   优点:乙酸作为碳源,与乙酸钠优点类似。
   缺点:乙酸为危化品,也是挥发性酸,环保部门监管多,储存条件要求高;运输费用高,不能远距离运输;乙酸代谢后的氢离子有降低出水pH的可能;乙酸价格市场变化大,高价时做碳源价格昂贵,将乙酸应用于污水处理厂的大规模长期使用成本无法负担。

    4、糖类

糖类外加碳源中,以面粉、蔗糖、葡萄糖为主,由于葡萄糖是最简单的糖,所以目前使用比较多。当碳源充足时,以葡萄糖为碳源的最佳碳氮比较甲醇为碳源时高得多,为6171

优点:脱氮效果良好,COD当量可达80-100万。

    缺点:需要现场配置成溶液或稀释使用,劳动强度大,投加精准性差;工业糖类杂质多,食品级葡萄糖价格贵;容易引起细菌的大量繁殖,导致污泥膨胀,影响出水水质;与醇类碳源相比,糖类物质更容易产生亚硝态氮积累的现象。

5、复合碳源

优点:通过对糖类、农产品废料等进行发酵并,生产无毒无害的生物制品,主要组分是小分子有机酸、醇类、糖类。比单一的化学品更容易被微生物利用,其使用成本比单一化学品便宜,具备极高的性价比。

缺点:某些产品的稳定性待提高,使用前需对每批次产品当量COD进行检测。
    6、污泥水解上清液

优点:污泥水解可以产生的 VFA 拥有很高的反硝化速率,所以如果工艺条件允许,污泥水解就可以提供外加碳源,在污泥减容的同时还减少了碳源方面的费用,所以它是目前概念上比较有优势的碳源。

不足:不同的污泥,不同的水解条件,所产生的VFA的组分有较大的差别,而由于组分不同,又引起反硝化速率的不同,所以,如何将污泥水解的产物VFA统一化研究应用,还是一个比较大的难题;若直接将水解污泥作为外碳源,还要考虑到污泥水解过程中氮磷的释放问题,这部分氮磷若以碳源的形式投加到污水中,势必会增加污水处理厂的氮磷负荷,如何解决这个问题,也是利用污泥水解液的另一大难题。

二、碳源选择的几个原则

   不同的污水处理厂都会有不同的碳源选择方式,但都会首要考虑外加碳源的吨水费用,如果吨水费用0.2-1.0/吨,那可以参考以下的原则,考虑选择性价比更高的碳源。

   1、当量COD的单价

   因各类碳源的组成成分不同,通常以当量COD计算,一般采用万COD当量的计算方式,比如甲醇的当量COD150万,即1吨的甲醇相当于1500公斤的COD当量,再换算成万COD当量的单价:

通过上表,发现乙酸钠的当量COD单价确实昂贵,这个也是目前污水处理厂碳源投加成本高的原因;甲醇是最具性价比的碳源,但其的危险性不容忽视。

2、降低总氮浓度的使用量(碳氮比投加量)

各类碳源投加量都有一个相应的范围,以下为经验数据,可以通过实际情况确定碳源的投加量:

1)甲醇:甲醇为碳源时理想的COD/N4.310.6。从实验结果发现,甲醇为碳源时,理想的投加量碳氮比大于5时,反硝化才能进行完全,硝态氮去除率可达95%,产泥率在0.35左右。

2)乙酸钠:碳氮比在4.6时,可以达到稳定的脱氮效果,而且它的水解物为小分子有机物,能容易被微生物降解,反硝化响应时间快,而且无毒,能作为应急碳源。但是,它价格较贵,产泥率高,对污水厂的污泥处置会带来了一定的压力。

3)工业葡萄糖:工业葡萄糖的理想碳氮比在6.47.5,比甲醇大得多,而且它是多分子有机物,不易被微生物所利用,容易导致出水中COD的上升,同时与甲醇、酒精相比,葡萄糖更易出现亚硝态氮的累积,因此,不建议大量使用葡萄糖作为碳源。

4)复合碳源:根据不同的产品,碳氮比在48,具体可以通过小试或中试来确定。配方合理的产品,品质稳定,使用便捷不需要稀释和溶解,集糖类和醇类的优点,而少了它们的缺点。(COD当量100万以上,COD/N4,不用稀释的复合碳源http://www.youbotech.com/pshow.asp?id=93,可点击阅读原文了解)

      3、产泥量以及其他因素

   除了前两个最重要的选择原则,还需要考虑到以下几个因素:

1)碳源投加的设备投入

投加成本应该要包括碳源的储备、输送等硬件投入,以及使用中的人力,安全性等多方面费用支出;

2)产泥率

投加碳源,必定会增加污泥的产量,而污泥处理成本很高,所以可以考察或者通过试用来核算产泥量的变化。

3)对于污水稳定运行的影响

供货的及时性;引起污泥膨胀的风险、出水达标率的影响、亚硝基氮累积等方面。

总结

根据我国的污水处理情况,大多数的市政污水处理厂都需要外加碳源来控制出水总氮,因此选择合适的、经济的、对出水和系统影响最小的碳源是急需解决的共同问题,希望通过以上的内容可以为此问题提供一定的帮助。