碳源对污水处理效果研究

概述

目前，工业污水处理方法有物理法、化学法及生物法。其中以生物法最为经济和高效。生物处理法是利用微生物的新陈代谢作用，氧化降解污水中有机物，对污染物质进行转化与稳定，使其无机化、无害化的处理过程，从而使得污水得到净化。活性污泥法作为生物处理法其中之一，其工艺最为成熟，应用最为广泛。

活性污泥中细菌主要以菌胶团的形式存在，是降解污水中污染物的主体。形成菌胶团的细菌有很多种，根据其功能的不同，主要有硝化菌、反硝化菌、聚磷菌及聚糖菌等。正常情况下，菌胶团具有良好的沉降性能。一旦菌胶团受到破坏而出现异常时，会引发各种不良现象的出现，如污泥解体、污染物降解率下降和污泥沉降性变差等。在日常活性污泥法处理系统运行过程中，有以下关键控制因素直接影响系统稳定运行，如溶解氧、有机负荷、营养物质、pH 值、水温、有毒物质等。当其中某一因素出现异常时，污泥中菌胶团菌种类、数量及活性也会发生改变。

一、运行情况

污水处理场高含盐污水处理系统采用 PACT 处理工艺对上游来水进行生物处理，合格后进行外排。该工艺包括一级生物处理加 PAC 协同处理，然后用臭氧进行顽固（难处理）的 COD 氧化，最后是二级生物处理加 PAC 协同处理，产水再经溶气气浮和过滤以去除残留的悬浮固体，最终达到净化目的。PACT 工艺是一种传统活性污泥工艺和活性炭吸附工艺相结合的一种工艺。在实际运行过程中，进水 COD 长期偏低，生化系统污泥负荷极低。污泥负荷直接影响水处理中微生物的可利用的营养基质浓度。若污泥负荷过低，会使活性污泥处于过氧化状态，导致污泥沉降性能变差，出水悬浮物含量升高，以及有机物降解效率下降等现象的出现。污水中碳源主要用于系统中聚磷菌释磷、反硝化菌反硝化以及其他异养菌的生长代谢。在日常运行过程中，需向系统投加一定碳源用于满足微生物正常代谢生长需求。原设计采用乙酸钠作为补充碳源。因来水 COD 低，需投加大量乙酸钠用于满足系统正常运行。

二、碳源变更

二级 PACT 池碳源由乙酸钠更改为甲醇后，系统运行效果逐渐好转。在污泥负荷较低情况下，活性污泥微生物由于碳源受限，许多异养菌活性受到抑制不能够进行正常生长代谢，从而导致系统内只有自养菌和极少数的能够适应这种极端环境的微生物存活下来并保持着一定的优势。随着污泥负荷提高，各类异养菌微生物逐渐从不利的环境调整过来，恢复其正常生长代谢和细胞增长。活性污泥中微生物种类和数量也随之变得更多，系统对污染物的去除效果得以提高。具体表现为以下几个方面：

2.1 有机物去除率

有机物的去除主要发生在好氧区，其降解菌种属于异养菌。有机物先被吸附到细菌的表面，其中、低分子的有机物直接被摄入到菌体内，而高分子有机物则由胞外酶将其小分子化后摄入体内。摄入的一部分有机物在有氧的环境下通过利用溶解氧分解为二氧化碳和水，产生的能量用作细菌正常代谢和细胞合成。当进水的有机物浓度升高可以满足正常微生物代谢需要时，微生物老化现象降低甚至消失，细菌不断增殖，COD 消耗量增加，进而出水 COD 随之下降。碳源更换前，出水 COD 平均为 45mg/L_⨀ 碳源更换后，细菌降解效率增强，出水 COD 逐渐下降，降至 30mg/L 左右。

二级PACT沉淀池出水COD变化图

2.2 总氮去除率

当污泥负荷低时，污泥表面的好氧区的异养菌首先将有限的有机物代谢分解，能扩散进入污泥内部的缺氧区有机物很少，反硝化菌所需的碳源无法得到满足，进而反硝化被抑制，总氮去除效果变差。而当污泥负荷提高后，有机物的含量能够保证不同阶段不同微生物对碳源的需要，反硝化顺利进行，脱氮效率提升，进而总氮去除率也随之增大。由下图可知，碳源更换前，出水总氮平均为 1.7mg/L₉ 随着碳源更换后，污泥负荷提升后，脱氮效率持续上升，出水总氮最低降至 0.5mg/L_⨀

2.3 总磷去除率

聚磷菌是一类具有除磷功能的微生物，可以在细胞内以多聚磷酸盐颗粒的形式储存磷，再通过排放含有聚磷菌的剩余污泥实现从水体中去除磷。当来水碳源较低时，聚糖菌、反硝化菌及聚磷菌同时对碳源进行竞争，聚磷菌竞争力最差，从而缺氧区释放磷受到抑制，进而影响好氧区过量吸附磷，导致除磷效果不佳，出水总磷偏高。当碳源改为甲醇后，污泥负荷得到提升，进水中有着充足碳源，保证聚磷菌在缺氧区能顺利进行磷的释放，进而整个除磷过程不受抑制，再通过一定量排泥，使得出水总磷持续下降。出水总磷降至 0.10mg/L_⨀ 。

2.4 污泥生物镜检

污泥负荷的改变将直接影响微生物的生存环境，最终会导致微生物种类和数量也发生变化。从生物镜检结果得出，在乙酸钠作为碳源时，由于有机负荷长期偏低，使得活性污泥结构变的松散且原生动物很少，只有少量表壳虫、磷壳虫、板壳虫、鬃毛虫等；当碳源变更为甲醇后，污泥负荷得到提高，活性污泥絮体变得大而密实，并且能观察到一些原生动物原生动物和后生动物，如钟虫、轮虫、表壳虫等。

三、结论

生物脱氮要求进水 BOD5/TN＞4，但是高含盐进水 BOD5/TN 远低于这个值，出水 TN 也就无法达到要求，而这个时候，外加碳源就非常重要。因不同碳源分子结构各不相同，外加碳源去除污水中氮磷的效果也有一定差异，但在反硝化过程中，能够快速被生物降解、不会产生二次污染的碳源是反硝化过程中电子供体的最佳选择。

通过对高含盐系统投加乙酸钠、甲醇运行工况分析研究，投加甲醇，不仅有利于进反硝化细菌的生长繁殖，而且污水中的氮磷去除率有了较大提高。

参考文献

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［2］侯红娟，王洪洋，周琪．进水COD浓度及CN值对脱氮效果的影响［J］．中国给水排水，2005（12）：19－23

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