葡萄糖为碳源时对脱氮除磷效果的研究
摘要：碳源是影响生化过程脱氮除磷能力与效率的主要因素。以葡萄糖为外加碳源条件下活性污泥处理系统总氮的去除效率从52%提高到73%，总磷的去除效果从80%提高到92%。从污水处理厂运行稳定性和经济性考虑，碳源投加量在40mg/L的情况下能够稳定实现对总氮和总磷的出水要求。
关键词：污水处理厂；碳源投加；脱氮除磷；葡萄糖
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0120-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.070
Study on effect of nitrogen and phosphorus removal with glucose as carbon source
Yang Chong
（Thunip corp.， ltd.，Beijing 100089，China）
Abstract ： Carbon source is the main factor affecting the ability and efficiency of nitrogen and phosphorus removal in biochemical process. The removal efficiency of total nitrogen in activated sludge treatment system was increased from 52% to 73% with glucose as an external carbon source， and the removal efficiency of total phosphorus was increased from 80% to 92%. Considering that the operation of the WWTP is stable and economical， the amount of carbon source added can stably meet the effluent requirements for total nitrogen and total P at 40 mg/L.
Key words： Sewage treatment plant； Carbon source addition； Nitrogen and phosphorus removal； Glucose
市政污水處理中，存在碳源不足的情况，影响生化池的脱氮除磷的效果，对总体出水水质的稳定达标不利，进而影响处理后水排入的环境水体。本文以污水处理厂碳源不足为背景，将葡萄糖作为碳源进行了对应的除污净化效果研究，对于提升整个污水处理厂的净化能力而言，具有借鉴意义。
1 污水处理厂碳源投加对脱氮除磷的重要性分析
碳源不足导致生化处理单元的脱氮除磷效果不能达到理想状态，从而影响出水水质的稳定。生物脱氮，是反硝化细菌利用亚硝化细菌和硝化细菌联合作用生成的硝酸盐混合液，在缺氧条件下分解碳源产生的能量，将硝酸盐转换成氮气；生物除磷，是聚磷菌在厌氧条件下分解进水中的碳源等营养物质合成自身的能量同时释放体内的磷，再在好氧条件下利用合成的能量超量吸收磷，通过排除剩余污泥，达到除磷的效果。生物脱氮除磷过程中都需要使用碳源等营养物质实现能量的生成，而进水碳源的不足，将影响脱氮除磷最佳效果的实现。所以在整个污水处理厂净化处理中，碳源的选择和投加对于整个污水处理厂净化处理效果提升是很有必要的，只有保障了碳源选择正确和有效投加，才能将整体的污水处理净化效果提升。
2 碳源投加选择
2.1 外加碳源
常用的外加碳源有甲醇、乙酸、酒业废水、乙酸盐、淀粉、葡萄糖和食品加工废水等。表1所示常见的外加碳源的对比效果：
由表1中的对比结果可以看出，不同的外加碳源在反应性能以及反应条件的应用上都存在差别，要想保障整体的碳源投加效果，应选择合适的碳源，确定高效且经济合理的投加量。
2.2 内加碳源
内加碳源指的是在污水处理净化中直接借助污水处理中的自身性元素进行污水处理净化，常见的污水处理内加碳源净化选择有污水水解和污泥水解两种。两种不同的内加碳源在实验对比中，其对应的实验处理效果是不同的。污水水解中，对应的水解时间控制在2～4h内；而污泥水解时间也较长，通常情况下，水解时间控制在12～48h时，整个实验中的污泥净化效果会得到明显的提升，但内加碳源需要的构筑物占地面积较大。
2.3 碳源选择
碳源的选择对于整个污水处理厂净化效果提升具有重要影响。本文以葡萄糖为外加碳源进行污水处理净化效果研究。
3 实验方法与结果
3.1 检测方法选择
按照此次实验净化处理需求，将对应的实验检测方法归纳如表2：
3.2 进水水质分析
通过对进水水质的检测，了解进水中碳源等有机物的含量，从而分析进水碳源对生物脱氮除磷的基本影响，为后续碳源的投加提供初步参考。
图1是浙江某污水处理厂的2017年进水水质。通过分析，全年进水COD平均值为240 mg/L，进水BOD为111 mg/L，进水总氮为43 mg/L，总磷为5.78 mg/L。来水中BOD/COD=0.46/0.45，通过可生化性分析，该进水属于易生化废水。碳氮比分析中，BOD/TN=2.58；而在日常分析中，碳氮比低至2.0～2.1；相关研究表明，碳氮比在4～5时，才能有较好的脱氮除磷效果。通过以上分析，本厂的进水虽然易生化，但是碳氮比较低，特别是在进水碳源较低的情况下，低碳源对于出水稳定达标造成一定的风险，因此需要外加碳源作为进水碳源的补充。
本文实验研究中的进水水质检测如下表3所示：
3.3 实验方法
按照此次污水处理厂净化处理需求，在实验开展中，选定工业葡萄糖作为外加碳源（固体含量≥95.0%）。反应容器采用5000mL塑料量筒，高度26.5cm，底部直径18cm。来水采用上述浙江某污水处理厂的细格栅后污水，污泥采用二沉池回流污泥，反应器内污泥浓度控制在3000mg/L左右。一个实验周期为4h，分别为进水、好氧2h、缺氧和厌氧1.5h、沉淀0.5h、排水，其中进水和排水时间忽略。好氧、缺氧和厌氧阶段采用不锈钢搅拌叶式搅拌器；好氧期间采用空气曝气，溶解氧浓度控制在1.5～2.5mg/L之间。实验装置共计设置4组。
3.4 葡萄糖投加
实际生产运行中，采用葡萄糖溶解为液体后，采用加药泵投加。本实验中，葡萄糖干燥后，采用固态投加方式投加，避免投加溶解态葡萄糖对实验容器水量产生影响。4组实验装置中，葡萄糖起始投加浓度分别为0mg/L、20mg/L、40mg/L、80mg/L。
3.5 外加碳源实验结果分析
如图2表示，葡萄糖作为外加碳源，在投加量分别为0、20mg/L、40mg/L和80mg/L情况下，总氮随时间的变化值。总氮随反应时间的延长，浓度逐渐降低，最终出水浓度分别为21mg/L、18mg/L、15mg/L和12mg/L。在投加碳源后，系统对脱氮的效果有所提升，对总氮的去除率分别为52%、59%、66%和73%。投加碳源达到20mg/L后出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B标准，而且随着投加量的增加，系统对总氮的处理效果增强。实验表明：碳源的投加，保证了硝化细菌，特别是异养型反硝化细菌对碳源的需求，提高的脱氮的效果。
如图3表示，葡萄糖作为外加碳源，在投加量分别为0、20mg/L、40mg/L和80mg/L情况下，总磷随时间的变化值。总磷随反应时间的延长，浓度逐渐降低，最终出水浓度分别为1.2mg/L、1.0mg/L、0.6mg/L和0.5mg/L。在投加碳源后，系统对除磷的效果有所提升，对总磷的去除率分别为80%、83%、90%和92%。投加碳源达到20mg/L后，出水均满足一级B标准，而且随着投加量的增加，系统对总磷的处理效果增强。
4 结语
对于碳源较低的污水，葡萄糖作为外加补充碳源能够提高生物脱氮除磷的效果。葡萄糖的投加量分别为0、20mg/L、40mg/L和80mg/L情况，总氮的去除效率从52%提高到73%，总磷的去除效果从80%提高到92%。从污水处理厂运行稳定和经济合理的情况下考虑，碳源投加量在40mg/L的情况下能够稳定实现出水一级B的标准。綜上所述，在开展污水处理中，借助碳源投加能够将污水处理生化处理单元的脱氮除磷效果提升上来，对于污水处理稳定达标，具有一定的保障性。
参考文献
[1]凌琪，曾麒峰，伍昌年等.缺/厌氧段不同碳源投加比对倒置A～2/O工艺脱氮除磷性能的影响[J].应用基础与工程科学学报，2016，33（5）：887-900.
[2]黄庆涛.污泥微氧水解酸化产物为碳源强化SBR工艺脱氮除磷效果研究[J].太原理工大学学报，2017，25（11）：125-127.
[3]王鹏.SBR工艺同步脱氮除磷的实验研究[D].太原：太原理工大学，2008.
[4]李桂荣，李倩，曹莎莎，苏俊萍，范若晨.不同碳源加强A～2/O工艺脱氮除磷效果的研究[J].环境工程，2016，34（09）：22-25.
收稿日期：2018-04-26
作者简介：杨冲（1987-），男，硕士研究生，中级工程师，研究方向为水污染治理。
关键词：污水处理厂；碳源投加；脱氮除磷；葡萄糖
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0120-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.070
Study on effect of nitrogen and phosphorus removal with glucose as carbon source
Yang Chong
（Thunip corp.， ltd.，Beijing 100089，China）
Abstract ： Carbon source is the main factor affecting the ability and efficiency of nitrogen and phosphorus removal in biochemical process. The removal efficiency of total nitrogen in activated sludge treatment system was increased from 52% to 73% with glucose as an external carbon source， and the removal efficiency of total phosphorus was increased from 80% to 92%. Considering that the operation of the WWTP is stable and economical， the amount of carbon source added can stably meet the effluent requirements for total nitrogen and total P at 40 mg/L.
Key words： Sewage treatment plant； Carbon source addition； Nitrogen and phosphorus removal； Glucose
市政污水處理中，存在碳源不足的情况，影响生化池的脱氮除磷的效果，对总体出水水质的稳定达标不利，进而影响处理后水排入的环境水体。本文以污水处理厂碳源不足为背景，将葡萄糖作为碳源进行了对应的除污净化效果研究，对于提升整个污水处理厂的净化能力而言，具有借鉴意义。
1 污水处理厂碳源投加对脱氮除磷的重要性分析
碳源不足导致生化处理单元的脱氮除磷效果不能达到理想状态，从而影响出水水质的稳定。生物脱氮，是反硝化细菌利用亚硝化细菌和硝化细菌联合作用生成的硝酸盐混合液，在缺氧条件下分解碳源产生的能量，将硝酸盐转换成氮气；生物除磷，是聚磷菌在厌氧条件下分解进水中的碳源等营养物质合成自身的能量同时释放体内的磷，再在好氧条件下利用合成的能量超量吸收磷，通过排除剩余污泥，达到除磷的效果。生物脱氮除磷过程中都需要使用碳源等营养物质实现能量的生成，而进水碳源的不足，将影响脱氮除磷最佳效果的实现。所以在整个污水处理厂净化处理中，碳源的选择和投加对于整个污水处理厂净化处理效果提升是很有必要的，只有保障了碳源选择正确和有效投加，才能将整体的污水处理净化效果提升。
2 碳源投加选择
2.1 外加碳源
常用的外加碳源有甲醇、乙酸、酒业废水、乙酸盐、淀粉、葡萄糖和食品加工废水等。表1所示常见的外加碳源的对比效果：
由表1中的对比结果可以看出，不同的外加碳源在反应性能以及反应条件的应用上都存在差别，要想保障整体的碳源投加效果，应选择合适的碳源，确定高效且经济合理的投加量。
2.2 内加碳源
内加碳源指的是在污水处理净化中直接借助污水处理中的自身性元素进行污水处理净化，常见的污水处理内加碳源净化选择有污水水解和污泥水解两种。两种不同的内加碳源在实验对比中，其对应的实验处理效果是不同的。污水水解中，对应的水解时间控制在2～4h内；而污泥水解时间也较长，通常情况下，水解时间控制在12～48h时，整个实验中的污泥净化效果会得到明显的提升，但内加碳源需要的构筑物占地面积较大。
2.3 碳源选择
碳源的选择对于整个污水处理厂净化效果提升具有重要影响。本文以葡萄糖为外加碳源进行污水处理净化效果研究。
3 实验方法与结果
3.1 检测方法选择
按照此次实验净化处理需求，将对应的实验检测方法归纳如表2：
3.2 进水水质分析
通过对进水水质的检测，了解进水中碳源等有机物的含量，从而分析进水碳源对生物脱氮除磷的基本影响，为后续碳源的投加提供初步参考。
图1是浙江某污水处理厂的2017年进水水质。通过分析，全年进水COD平均值为240 mg/L，进水BOD为111 mg/L，进水总氮为43 mg/L，总磷为5.78 mg/L。来水中BOD/COD=0.46/0.45，通过可生化性分析，该进水属于易生化废水。碳氮比分析中，BOD/TN=2.58；而在日常分析中，碳氮比低至2.0～2.1；相关研究表明，碳氮比在4～5时，才能有较好的脱氮除磷效果。通过以上分析，本厂的进水虽然易生化，但是碳氮比较低，特别是在进水碳源较低的情况下，低碳源对于出水稳定达标造成一定的风险，因此需要外加碳源作为进水碳源的补充。
本文实验研究中的进水水质检测如下表3所示：
3.3 实验方法
按照此次污水处理厂净化处理需求，在实验开展中，选定工业葡萄糖作为外加碳源（固体含量≥95.0%）。反应容器采用5000mL塑料量筒，高度26.5cm，底部直径18cm。来水采用上述浙江某污水处理厂的细格栅后污水，污泥采用二沉池回流污泥，反应器内污泥浓度控制在3000mg/L左右。一个实验周期为4h，分别为进水、好氧2h、缺氧和厌氧1.5h、沉淀0.5h、排水，其中进水和排水时间忽略。好氧、缺氧和厌氧阶段采用不锈钢搅拌叶式搅拌器；好氧期间采用空气曝气，溶解氧浓度控制在1.5～2.5mg/L之间。实验装置共计设置4组。
3.4 葡萄糖投加
实际生产运行中，采用葡萄糖溶解为液体后，采用加药泵投加。本实验中，葡萄糖干燥后，采用固态投加方式投加，避免投加溶解态葡萄糖对实验容器水量产生影响。4组实验装置中，葡萄糖起始投加浓度分别为0mg/L、20mg/L、40mg/L、80mg/L。
3.5 外加碳源实验结果分析
如图2表示，葡萄糖作为外加碳源，在投加量分别为0、20mg/L、40mg/L和80mg/L情况下，总氮随时间的变化值。总氮随反应时间的延长，浓度逐渐降低，最终出水浓度分别为21mg/L、18mg/L、15mg/L和12mg/L。在投加碳源后，系统对脱氮的效果有所提升，对总氮的去除率分别为52%、59%、66%和73%。投加碳源达到20mg/L后出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B标准，而且随着投加量的增加，系统对总氮的处理效果增强。实验表明：碳源的投加，保证了硝化细菌，特别是异养型反硝化细菌对碳源的需求，提高的脱氮的效果。
如图3表示，葡萄糖作为外加碳源，在投加量分别为0、20mg/L、40mg/L和80mg/L情况下，总磷随时间的变化值。总磷随反应时间的延长，浓度逐渐降低，最终出水浓度分别为1.2mg/L、1.0mg/L、0.6mg/L和0.5mg/L。在投加碳源后，系统对除磷的效果有所提升，对总磷的去除率分别为80%、83%、90%和92%。投加碳源达到20mg/L后，出水均满足一级B标准，而且随着投加量的增加，系统对总磷的处理效果增强。
4 结语
对于碳源较低的污水，葡萄糖作为外加补充碳源能够提高生物脱氮除磷的效果。葡萄糖的投加量分别为0、20mg/L、40mg/L和80mg/L情况，总氮的去除效率从52%提高到73%，总磷的去除效果从80%提高到92%。从污水处理厂运行稳定和经济合理的情况下考虑，碳源投加量在40mg/L的情况下能够稳定实现出水一级B的标准。綜上所述，在开展污水处理中，借助碳源投加能够将污水处理生化处理单元的脱氮除磷效果提升上来，对于污水处理稳定达标，具有一定的保障性。
参考文献
[1]凌琪，曾麒峰，伍昌年等.缺/厌氧段不同碳源投加比对倒置A～2/O工艺脱氮除磷性能的影响[J].应用基础与工程科学学报，2016，33（5）：887-900.
[2]黄庆涛.污泥微氧水解酸化产物为碳源强化SBR工艺脱氮除磷效果研究[J].太原理工大学学报，2017，25（11）：125-127.
[3]王鹏.SBR工艺同步脱氮除磷的实验研究[D].太原：太原理工大学，2008.
[4]李桂荣，李倩，曹莎莎，苏俊萍，范若晨.不同碳源加强A～2/O工艺脱氮除磷效果的研究[J].环境工程，2016，34（09）：22-25.
收稿日期：2018-04-26
作者简介：杨冲（1987-），男，硕士研究生，中级工程师，研究方向为水污染治理。
