一年省下200万碳源成本，污水厂的这些“抠门秘籍”请收好

引言

       数据显示，某流域204座城镇污水处理厂，超过65%以上的污水处理厂存在碳源不足的现象，均需通过外加碳源来保证出水TN、TP的稳定达标，运行成本大大增加。

       一边是有机物浓度较高的食品废水，一边是碳源紧缺、“投不起”的污水处理厂，双方该如何实现共赢呢?

       近日，长沙在望城经开区及宁乡经开区启动食品废水协商排放整区推进试点，20多家企业的废水将直接排入污水处理厂，成为碳源。

经初步估算，此次拟试点的18家老企业每年可减少污水处理设施运营成本1000万元以上、新引进的5家企业可节约建站成本约1680万元，污水处理厂可节约碳源费用约220万元/年，可减少碳排放量4340吨/年。

食品废水VS传统碳源，效果相当成本更低

       据了解，早在2022年长沙生态环境局牵头，率先在全省率先开展啤酒企业生产废水资源化利用试点，此次选取废水排放量较大的顶津食品、中粮可口可乐、旺旺食品等20余家企业，放开可生化性较好废水的排放限值限制，进行协商排放。

       一方面，企业可节约污水处理设施运营成本，新引进的企业则无需再新建污水处理站；另一方面，污水处理厂可以节约“碳源”投放成本。

事实上，食品行业部分企业生产废水中有机物浓度很高，可生化性极好，且不含有毒有害物质，可以直接排入污水处理厂，为其有效补充“碳源”。以啤酒企业生产的废水为例——

       啤酒废水CODcr—般为1000mg/L～2500mg/L，BOD5为700mg/L～1500mg/L，pH值为6.0～8.0，不含有毒有害成分，具有良好的可生化性能等特点。废水中含有大量的有机物，氮磷浓度低且不含有毒有害物质。

       有研究者通过向低C/N城市生活污水中投加啤酒废水，提高可利用碳源的数量，该方法可显著提高AAO系统的脱氮除磷效率，且利用率高、无副产物产生。

       研究结果显示，啤酒废水较佳投量(以COD计)为70mg/L，此时COD、总氮、氨氮和磷的去除率均较高，依次为94.95%、82.39%、98.25%、72.25%。

       值得一提的是，若啤酒废水投加量过大，将不利于系统的正常运行。因此，在实际运行中，需合理地控制啤酒废水的投加量，以满足不同的脱氮除磷要求。

       也有研究者以啤酒废水、甲醇和乙酸钠作为外加碳源，分别比较了其在SBR法处理污水的过程中的硝化和反硝化特性。结果表明，碳源量越充足，反硝化效果越好。3种外加碳源中，反硝化速率从高到低依次为乙酸钠、啤酒废水、甲醇。

        还有研究者以生活污水为研究对象，探究了啤酒废水、葡萄糖和甲醇3种外加碳源对SBR法处理效果的影响。研究结果表明，在投加0.125g葡萄糖时，TN的去除率最高，为65%，其次是0.1mL 的甲醇，TN去除率为56%，啤酒废水效果较差，TN去除率仅为54.8%。但TP的去除率从高到低依次为啤酒废水、甲醇和葡萄糖。

        不难看出，啤酒废水作为外加碳源与传统外加碳源效果相当，且啤酒废水成本很低，完全可以替代传统的外加碳源。

污水处理厂3个“碳源降本”对策

    “ 食品废水作碳源固然好，可惜周边没有酒厂，有没有其它方式降低碳源成本？”

       某污水处理厂采用A2/O工艺，污水来源全部为生活污水，在系统运行过程中存在碳源不足的问题。为提高脱氮效率，保证出水总氮浓度达标，采用甲醇作为外加碳源，投加点位于厌氧段进水口，实际运行证明出水水质能稳定达标，弊端是甲醇药耗高，运行成本偏高。

       经调查研究后，该污水厂决定从调整碳源投加点与量、以及通过改变内回流流向、内回流比来提高脱氮除磷效果这3个方面入手，降低碳源投加量，减少污水厂运行成本。

      1、调整碳源投加点

       外加碳源主要保证缺氧段有充足的有机物供反硝化细菌利用，从而提高脱氮效率。基于此，该厂运行人员将甲醇投加点从A2/O池厌氧段进水口调整至缺氧段，并对甲醇用量进行合理调节（当进水浓度以及 C /N值低、出水 TN 值出现上升趋势时，加大投加量，反之则减少投加量），同时进行相应的工艺调控以满足生产运行需求，确保出水水质达标。

        碳源投加点调整前，甲醇首先在厌氧段消耗一部分，再进入缺氧段进行反硝化；而调整后，甲醇全部用于反硝化，避免了厌氧段对甲醇的消耗，从而使甲醇用量大幅下降。

        从结果数据来看，该厂甲醇日均用量减少约45.9%，大大降低了运行成本。同时，甲醇用量减少后，各项水质参数均能达标

        2、改变内回流流向

        根据除磷理论可知，要得到较高的除磷率，释磷必须充分。同时，只有在严格的厌氧条件下，聚磷菌才能够从体内大量释磷而处于饥饿状态，为好氧段大量吸磷创造条件。

        该污水厂的内回流分别进入厌氧段、缺氧段，一方面，部分硝化液回流至厌氧段，使厌氧段DO浓度升高，不利于释磷，且硝化液对聚磷菌的释磷具有抑制作用；另一方面，为了保证反硝化的顺利进行，必须保证严格的缺氧状态，而硝化液部分回流至厌氧段，难以保证缺氧段环境。

        因此，为提高除磷脱氮效率，该水厂关闭厌氧段内回流拍门，使硝化液全部回流至缺氧段。

        总的来说，根据生物脱氮除磷理论调整内回流去向，要严格保持厌氧段、缺氧段的DO范围，使硝化液全部回流至缺氧段进行反硝化，提高了反硝化效率；且消除了硝酸盐对厌氧释磷的抑制，聚磷菌在厌氧段释磷、好氧段吸磷的能力明显增强，提高了生物除磷效果。

       3、调节内回流比

       内回流比r直接关系到脱氮效率，r值越大，系统总的脱氮率越高，出水TN值越低。

       但r值过高时，对系统脱氮也会产生负面影响：一方面，通过内回流带至缺氧段的DO较多，DO浓度较高时会干扰反硝化的进行；另一方面，加大回流量使污水在缺氧段的实际停留时间缩短，使脱氮效率降低；同时，加大回流量还增加了系统的能耗。

       因此，必须找到适合污水厂生产运行的最佳内回流比，使脱氮效率最高，并尽量降低能耗。该水厂通过对不同回流比时脱氮效果的分析，发现内回流比在200%、300%时出水TN值均能达到一级A标准，内回流比为300%时的TN去除效果较200%时的好，且反硝化时间充足，故300%的内回流比更适合该污水厂的生产运行需求。

       低碳源污水处理厂8个优化措施

      “如何在不依赖外加碳源的前提下，解决城镇污水处理厂脱氮除磷所需碳源不足的问题？”

        1、分段进水活性污泥法

         在实际工作中，我们更喜欢把这个方法叫做多点进水。早期采用多点进水是为了减少生物池需氧量和供氧量的差异，起到节能降耗的作用。

         目前采用该方式的目的主要有两方面：一是增加脱氮除磷段的碳源含量；二是通过消耗污泥回流和硝化液回流所携带的剩余溶解氧，来优化 脱氮除磷的反应环境，从而提高处理效果。

        值得一提的是，我们走访的某家污水处理厂就是采用多点进水的改良型UCT工艺。

        2、增设厌氧水解酸化池

        以某家污水处理厂为例，其在氧化沟前设置前置缺氧池（前置反硝化池）和厌氧池，10％的进水直接进入前置缺氧池段给回流污泥提供反硝化所需碳源，而在厌氧池内，大分子和难降解的物质转化为易于生物降解的物质为聚磷菌提供碳源。

        除此之外，还有很多实际案例都表明，将水解酸化过程作为低浓度城市污水生物脱氮工艺的预处理工艺可以为反硝化段补充一定量的碳源，有效提高脱氮效率。

        不过在这里，有必要提醒大家一句，考虑到水解池的建设运行费用，以及一些地区污水的实际情况，使用此方法还需综合处理效果和经济费用等因素，做到因地制宜。

        3、初沉池的合理设置

       1）直接取消初沉池

        这种方式对于进水SS浓度较低且波动不大的污水厂无疑是个不错的选择。比如，目前就有很多污水厂（如现阶段较为流行的延时曝气氧化沟工艺），是污水经过沉砂池之后，直接进入生物池。

       2）在初沉池环节处设置超越管

       从实践经验来看，这种方式更适合进水SS浓度波动较大的污水处理厂。

       当进水SS浓度较高时，可以开启初沉池进一步降低SS；而当进水SS浓度较低时，可以开启超越管超越初沉池来减少有机物的损失，以此增加后续处理工艺中有机碳源的含量。

       3）减少初沉池的水力停留时间

       一般来说，初沉池的水力停留时间是1～2h。

       但有些水友提出了不一样的想法，即将初沉池的停留时间减少至0.5～1h，或者适当提高沉砂池池的水力停留时间。因为这样做，可以在一定程度上缓解取消初沉池所带来的一系列弊端。

      4、对传统水处理工艺进行改进

      1）AAO工艺改进

       在沉降区旁边依次设置厌氧除磷区和低氧曝气区，形成一体化设置。这样有利于提高工作效率，缩短污水处理时间。

充分利用空气压力的原理建立了一个空气推流区前端的低氧曝气区域，提供自然力量并减少能源消耗和冲击载荷。

独特的溶解氧控制系统，可以加强对COD、总氮TN和总磷TP的去除。它是低碳源城市污水处理的主要工艺。

       2）SBR工艺改进

       SBR工艺是对活性污泥法的一种改进其具有操作简单、流程少、成本低、固液分离效果好、脱氮除磷效果好以及耐冲击负荷性强的优势，适用于水量小的企业废水处理。

       值得一提的是，在改进SBR工艺的基础上还可以加入一段预缺氧区，将外回流带来的亚硝酸在预缺氧区域进行反硝化，为后续的厌氧释磷提供更好的厌氧环境。

       当预缺氧区进水中的原水有机物发生一定程度的水解反应后，更容易被聚磷菌所高效利用。同时增加预缺氧区为原水在碳源的分配上提供更多的选择权。

       这样能够优化原水分配过程中碳源的选择，还能将市政污水的碳源集中处理，从而提升整个污水的优化效率，提高水资源的循环使用率。

      5、其它技术的应用

      1）短程硝化反硝化

      在传统理论中主要依靠的是亚硝化细菌和硝化细菌两种微生物转化氨氮。

      若需要对两种方式进行生态选择，需要在污泥中使亚硝化细菌转变成为优势菌群，并淘汰或减少硝化细菌数量，在亚硝化阶段充分发挥硝化作用，然后直接对其进行反硝化处理，该种方式能够显著缩短脱氮的反应进程。

      该工艺在实际应用中能够有效节省能源，与传统工艺相比，减少大约40%左右的碳源。

      2）CANON工艺

      CANON工艺也被称为生物膜内自养脱氮工艺，其原理为：生物膜内亚硝酸细菌在好氧下把氨氧化成亚硝酸盐；厌氧氨氧化菌在厌氧条件下把氨和亚硝酸盐转化成氮气；利用亚硝酸细菌和厌氧氨氧化菌的协同作用，最终把氨氧化成氮气。

CANON工艺反应无需有机碳源，能够在完全无机的环境中进行，这样可以有效节省100%的外碳源，以及66%的供气量。

       3）厌氧氨氧化技术

       厌氧氨氧化主要指的是细菌在溶氧浓度较低的前提下，通过细胞内的新陈代谢，促进亚硝酸盐与氨之间发生生物氧化的还原反应，从而使氮气脱除水。

       该种方式在实际应用过程中具有节省碳源、节约能耗以及细菌合成量少等特点，因而受到污水处理厂的关注。

       厌氧氨氧化细菌主要是利用氨与亚硝酸根的化学反应而产生能源，并且空气中的二氧化碳作为碳素的细菌，不需要额外添加有机碳源，具有较为明显的应用价值。但其缺陷在于培养以及驯化厌氧氨氧化菌的过程较为困难，对环境要求非常严格。