保定市鲁岗污水处理厂不同碳源反硝化反应速率测定分析_马向民.pdf

：保定市鲁岗污水处理厂不同碳源反硝化反应速率测定分析马向民 李志杰 郁伟杰 刘 伟 王瑞哲保定市排水服务中心 河北保定 摘 要：通过对保定市鲁岗污水处理厂不同碳源反硝化反应速率测定分析比较，确定了碳氮比和不同碳源去除硝氮成本，研究了不同碳源安全投加量问题，以确保 增加量不对后端工艺处理造成负担，也为后期自动化投药系统提供数据支持。关键词：污水处理厂；反硝化速率；碳源；碳氮比 保定市鲁岗污水处理厂位于白洋淀上游，对出水水质要求较高，原 工艺经多次升级改造，增加深度处理工艺（磁混凝高效沉淀池反硝化深床滤池高级氧化），使出水水质达到类地表水标准，并尽量做到大三类水标准（）。本实验研究主要以该厂回流污泥为研究对象，选用 种碳源：醋酸钠，甲醇，冰醋酸，葡萄糖，复合碳源，对不同碳源的反硝化速率进行测定，分析探讨究竟添加何种碳源及如何添加可达到成本比较低效果又比较满意，为今后工艺运行调控和改建自动化投药系统提出合理化建议和改进方案，可供同类工艺设计师参考。目前该厂采用醋酸钠为外加碳源，用量为 。第一缺氧池污水停留，第二缺氧池污水停留，反硝化深化滤池污水停留。试验装置与方法 试验原理反硝化反应是由反硝化菌在缺氧条件下，利用硝酸盐中的氧作为电子受体，有机物作为碳源和电子供体，将 及 还原为气态氮（）或、。反硝化速率为单位质量的挥发性活性污泥在单位时间内的脱硝量，如式所示：反硝化速率，单位为 （）；混合液中硝态氮（）浓度的变化量，单位为 ；为反应时间，单位为；一混合液中的挥发性活性污泥浓度（），单位为 。试验装置测定反硝化速率的试验装置为 玻璃反应器，电磁搅拌器，吹氮装置。测定方法本次试验的取样为曝气池后二沉池中的回流污泥，取 回流污泥，静沉 小时后去除上清液，再加入已用氮气排除空气后的蒸馏水，加入硝酸钾使硝氮浓度为 左右，加入丙烯基硫脲（），移入反应器，定容加碳源使 为 左右，电磁搅拌。然后开始计时，同时取第一个水样，测量初始 和硝氮值，随后间隔分钟数为、，取样并过滤。测定所取样品的硝氮值与混合液的 值及 值。以时间为横坐标，硝酸盐的浓度为纵坐标绘制曲线，并求得反硝化速率。因为鲁岗厂反硝化深床滤池停留时间 分钟，缺氧池停留时间 分钟，所以设计该取样时间点。测试仪器 新世纪紫外分光光度计，哈希 加热器，烘箱，马弗炉，电子天平。试验结果及分析 试验结果研究期间共进行了 次试验及多次重复验证试验，室温 摄氏度，主要结果如下表所示。表 反硝化不同时间点硝氮值及 分钟（醋酸钠）（甲醇）（冰醋酸）（葡萄糖）（复合碳源）科技风 年 月机械化工续表分钟（醋酸钠）（甲醇）（冰醋酸）（葡萄糖）（复合碳源）（）表 反硝化平均速率分钟反硝化平均速率（醋酸钠）（）反硝化平均速率（甲醇）（）反硝化平均速率（冰醋酸）（）反硝化平均速率（葡萄糖）（）反硝化平均速率（复合碳源）（）续表分钟反硝化平均速率（醋酸钠）（）反硝化平均速率（甲醇）（）反硝化平均速率（冰醋酸）（）反硝化平均速率（葡萄糖）（）反硝化平均速率（复合碳源）（）表 多次试验及验证试验 修正值分钟（醋酸钠）（甲醇）（冰醋酸）（葡萄糖）（复合碳源）经多次验证试验确认，当硝氮过量时，分钟时甲醇、醋酸钠、冰醋酸均无过多残留，复合碳源、葡萄糖有较多 残留。表 初始碳氮比和消耗碳氮比醋酸钠甲醇冰醋酸葡萄糖复合碳源初始碳氮比消耗的碳氮比 注：消耗的碳氮比 ，即实验中实际去除 的硝氮消耗的 量。表 不同时间段反硝化速率比较时间段（分钟）（醋酸钠）反硝化速率（甲醇）反硝化速率（冰醋酸）反硝化速率（葡萄糖）反硝化速率（复合碳源）反硝化速率 五种碳源反硝化速率曲线：醋酸钠反硝化速率复合碳源反硝化速率机械化工科技风 年 月葡萄糖反硝化速率甲醇反硝化速率冰醋酸反硝化速率五种碳源反硝化速率叠加图五种碳源反硝化平均速率图 结果分析（）在 分钟内甲醇、乙酸钠、冰醋酸、复合碳源均能将反硝化进行彻底，反硝化大体分三个阶段，第一阶段 分钟，速率快，第二阶段 分钟，速率中等也比较稳定，第三阶段 分钟之后，速率下降明显。甲醇和复合碳源在硝氮浓度小于 的低浓度情况下依然保持反硝化速率基本不变，应该是因为初始碳氮比较大，依然充足，反硝化速率与初始 浓度正相关。（）前 分钟反硝化平均速率比较快，冰醋酸，醋酸钠，复合碳源，甲醇，葡萄糖最低。冰醋酸和醋酸钠更适合快速去除硝氮，但冰醋酸要考虑对后续 值影响，醋酸钠极为合适。甲醇速率不高，是因为微生物对甲醇有适应过程，起始段会比较慢，复合碳源速率也不高。从反硝化平均速率图中还可看出初始的 分钟里，反应速率下降很快，之后总体趋于平稳。（）至 分钟反硝化平均速率大为下降，依次为复合碳源，醋酸钠，甲醇，冰醋酸，葡萄糖。（）至 分钟反硝化平均速率比较稳定，依次为冰醋酸，甲醇，醋酸钠，复合碳源，葡萄糖。（）至 分钟因为接近反硝化终点，有些因硝氮浓度所剩不多，反硝化速率开始下降，依次为冰醋酸，复合碳源，甲醇，醋酸钠，葡萄糖。（）至 分钟逐渐反硝化结束，硝氮浓度低，反硝化速率大幅下降，葡萄糖依然缓慢稳定的反硝化，此时 均未消耗完，这将对后续工艺产生影响，所以建议实际生产中应参考表 中实际消耗的碳氮比计算投药量，避免浪费和造成出水 增高。（）投加量安全性问题：无论添加何种碳源，都不应产生大量 残留，从表 表 可以看出，分钟后，葡萄糖有大量的 残留，且硝氮未反硝化完。复合碳源也有 残留，经反复试验，残留反硝化速率较低，这会对后续工艺产生较大影响。若大幅减少用药量，必然会影响反硝化速率，使反硝化进行不彻底，且还会有一定比例的 残留，所以要找好平衡。醋酸钠、冰醋酸、甲醇若稍降低一些投药量，达到适宜的碳氮比，应该容易降低 残留，对反硝化速率影响也不大。冰醋酸因为消耗碱度，会对好氧段硝化反应产生影响，可投加 增加碱度，有研究表明碱度维持在 左右时，对氨氮去除效果最好，具体还需进一步实验确定。（）反硝化速率线性问题：不同碳源反硝化速率曲线均有一段时间呈线性，但并不一致。一般起始阶段速率很高，硝氮浓度陡降，这二三十分钟里不成线性。冰醋酸、甲醇和葡萄糖在开始反应几分钟后就会进入平台期，甲醇是 分是平台期，冰醋酸和葡萄糖 分是平台期。分钟之后，基本呈现线性，斜率高低不同。在反硝化末期，硝氮浓度已经较低，浓度也降低很多，反硝化速率曲线变平缓。甲醇还是保持了原有线性，复合碳源和葡萄糖也基本保持，应该是因为 浓度依然较高的缘故。毕竟不是单纯的化学反应，只是有一段大体呈线性。（下转第 页）科技风 年 月机械化工：，杜艳飞，张学新“对分课堂”：高校课堂教学模式改革实践与思考继续教育研究，（）：宁建花融“翻转”“对分”于一体的混合教学模式的构建与应用成都师范学院学报，（）：基金项目：长江大学教学研究项目“对分课堂在公共课心理学课堂应用效果的实证研究”（）作者简介：甘雄（），男，汉族，湖北孝感人，博士，长江大学教育与体育学院教授，主要从事心理学研究；刘志远（），男，汉族，河北衡水人，本科生，长江大学教育与体育学院助教，主要从事高等教育研究；金鑫（），男，汉族，湖北洪湖人，博士，荆州学院教授，主要从事高等教育研究。（上接第 页）（）碳源选择：在生产中究竟选择何种碳源，哪种碳源又经济又好用，在不同时期不同情况下，会有不同选择，一味追求将总氮降到很低，既贵且难做到，只能尽量找平衡点（随着出水总氮标准要求的越来越高），在冬季气温低，总氮不容易控制，可以用优质碳源，如醋酸钠，在气温适宜后，水质控制得很好的情况下可以尝试其他碳源，也可以混合添加，也可以尝试降低投药量或停止加药。若选择甲醇，要对细菌进行一段时间的驯化，驯化后效果很好，比醋酸钠便宜。甲醇有期货交易，可以套期保值，以稳定成本。总之碳源添加，多不如少，过犹不及。碳源价格波动较大，按本次实验条件和数据估算了当前投加碳源大概成本表如下（其中醋酸钠为采购价，其他为市场询价）：表 名称纯度单价（元 吨）当量（）当量价格（元 吨）碳氮比去除 吨硝氮购买碳源成本（元）醋酸钠冰醋酸葡萄糖甲醇复合碳源 计算公式：去除 吨硝氮成本单价（当量）碳氮比结语综合安全性和经济性考虑，甲醇、醋酸钠、冰醋酸、复合碳源都是可选的碳源。（）需要节约成本可优先考虑甲醇，但由于该厂处于居民区附近，甲醇虽然费用低，产泥量小，反硝化速率稳定，但易燃有毒，属甲类危险品，不宜使用，若新建污水处理厂，远离居民区，在控制住风险的情况下可以优先使用。（）冰醋酸为乙类危险品，是大气污染 的重要组成部分，环保部门监管多，储存条件要求高，而且有降低出水 值的可能，这些弊端不易克服，可应急使用。（）葡萄糖反硝化速率低，容易大量剩余，且容易引起细菌大量繁殖，导致污泥膨胀，影响出水水质，直接添加效果并不理想，且考虑不能和反硝化滤池共用药剂，不适合鲁岗污水处理厂工艺使用。（）此次复合碳源反应速度也较好，但有 残留，在控制好 残余的情况下，可酌情使用。（）醋酸钠反应快、安全性高、稳定，但是费用较高，根据碳氮比把握好用药量，可最大限度降低成本，目前还是最佳方案。总之，无论使用哪种碳源都要把握好季节和用药量，保证在反硝化效果的同时尽量减少过量投加，降低 残余，减少碳源浪费和对后续处理的影响。参考文献：李亚新，郑兴灿污水生物脱氮除磷技术中国建筑工业出版社，徐晓妮，王社平，张日霞，等西安市第三污水处理厂 氧化沟反硝化速率测定分析科学技术与工程，（）：孙宇，曾佳楠，吴月龙某污水处理系统生化池碱度与 关系研究水处理技术，作者简介：马向民（），男，汉族，河北保定人，本科，工程师，研究方向：污水处理、水质监测。（上接第 页）参考文献：李瑞芬不定积分凑微分法的教学探索数学学习与研究，（）：黄穗浅谈不定积分中“凑微分法”的教学文理导航（中旬），（）：王欣欣凑微分法的解题技巧数理化解题研究，（）：熊欧不定积分凑微分法的教学新探数学学习与研究，（）：孟献青一题多解在不定积分中的应用山西大同大学学报（自然科学版），（）：黄诚不定积分中第一类换元积分法的几种常见情形学园，（）：作者简介：赵文雯（），女族，汉族，天津人，硕士，讲师，研究方向：数学教育。科技风 年 月创新教学