我國城市污水普遍存在反硝化碳源不足的問題,碳源不足已成為制約生物脫氮效率的重要因素,污水處理廠選擇外加碳源成為必要的手段。
脫氮為什么對碳源有需求
硝化過程主要由自養(yǎng)微生物完成,亞硝酸菌和硝酸菌都是化能自養(yǎng)菌,硝化過程所需碳源來自 CO2-、HCO-等無機(jī)碳源;硝化菌的世代期較異養(yǎng)菌長得多,生長繁殖速度緩慢, 產(chǎn)率較低,若進(jìn)水中有機(jī)污染物(COD)大大超過氨氮時(shí),異養(yǎng)菌大量繁殖,并在與硝化菌競爭中占優(yōu)勢,逐漸成為優(yōu)勢菌種,從而降低反應(yīng)器的硝化效率。一般認(rèn)為處理系統(tǒng)的 BOD 負(fù)荷小于0.15BOD/(gMLSS.d)時(shí),硝化反應(yīng)才能正常進(jìn)行。
反硝化菌利用碳源作為電子供體,NO-和NO-作為電子受體,將 NO-、NO-還原成氮?dú)猓_(dá)到脫氮的效果。當(dāng)有溶解氧存在時(shí),反硝化菌分解有機(jī)物利用分子態(tài)氧作為最終電子受體。在無氧情況時(shí),反硝化菌利用硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮作為能量的電子受體,O2-作為受氫體生成 HO和 OH-堿度,有機(jī)物作為碳源及電子供體提供能量并被氧化穩(wěn)定。
硝化、反硝化過程對有機(jī)物的存在是矛盾的:自養(yǎng)硝化菌適宜在低碳源環(huán)境下生存,在大量有機(jī)物存在時(shí),對氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的競爭不如好氧異養(yǎng)菌,致使反應(yīng)器內(nèi)異養(yǎng)菌成為優(yōu)勢菌種;而反硝化反應(yīng)需要有機(jī)碳源作為電子供體完成脫氮過程。
反硝化碳源的選擇原則
1)外加碳源易被微生物降解,易被反硝化菌利用,不存在殘留物對后續(xù)出水達(dá)標(biāo)造成不利影響的間題;
2)反應(yīng)速度足夠快,確保所投加的碳源盡量在厭、缺氧功能區(qū)內(nèi)耗盡,避免增加后續(xù)曝氣系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)和運(yùn)行成本;
3)不會對系統(tǒng)內(nèi)的微生物種群類型和含量造成影響,避免投加碳源前后出現(xiàn)微生物的短暫適應(yīng)性問題;
4)價(jià)格便宜,安全性好,且易于投加、保存和運(yùn)輸,可就近獲得。
外加碳源大體上可以分為兩大類:
(1)傳統(tǒng)碳源,包括甲醇、乙醇、乙酸等液態(tài)有機(jī)物及糖類;
(2)其他類型的碳源,如復(fù)合碳源、工業(yè)廢水、垃圾滲濾液。
外加碳源能夠取得良好的脫氮除磷效果,但長期投加無疑會增加處理運(yùn)行成本和管理難度,也是限制其應(yīng)用的主要因素。而內(nèi)碳源的開發(fā)利用只能對提高脫氮除磷效率起到一定的積極作用,而不是特別有效。但可以在滿足脫氮除磷的同時(shí)達(dá)到對廢物的資源化利用,降低城鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)行成本,這符合中國節(jié)能減排的環(huán)保理念。