ECOSUNIDE工艺在低碳源城市污水处理厂中的碳源利用分析

论文导读：两污水处理厂经ECOSUNIDE工艺改造后。低碳源下污水工艺。依靠硝化-反硝化实现生物脱氮。碳源，ECOSUNIDE工艺在低碳源城市污水处理厂中的碳源利用分析。
关键词：ECOSUNIDE，碳源，慢速降解有机物，易降解有机物，反硝化
 

生物除磷脱氮的方式是在厌氧、好氧的交替过程中，依靠硝化-反硝化实现生物脱氮，同时厌氧释磷-好氧吸磷达到生物除磷的目的，脱氮除磷这两个过程均需要有足够数量的有机质作为碳源。在硝化反硝化系统中，通常认为BOD5/TN<4-6为低碳源，工程实践中当其达到8时，氮去除率可达到80%[[1]]。而对于磷，BOD5/TP>15-20以上才有较好的除磷效果[[2]]。由于气候条件，居民生活方式，污水收集管网等原因，国内城市污水处理厂进水碳源普遍较低，故通常采用的A2/O、A/O工艺需要补加部分碳源才能达到理想的氮、磷的去除效果。本文以完成ECOSUNIDE工艺改造的徐州污水处理厂为实例，探讨工艺中脱氮除磷碳源的利用来源分析，以及ECOSUNIDE工艺在解决此问题中的优势。

1低碳源下污水工艺

为了解决低碳源问题，在不投加额外碳源的前提下，可以采用延长泥龄到60天的方法[[3]]，可以采用强化厌氧段时间，延长厌氧停留时间到3小时等方法实现生物脱氮除磷[[4]][[5]]。这些方法表明在缺少外碳源的情况下，可通过调整工艺的运行，利用细胞衰减产生的碳源与细胞内碳源进行反硝化。

表1为徐州污水处理厂和德州污水处理厂进水水质表，从进水水质看，均属于低碳源进水范畴。两污水处理厂经ECOSUNIDE工艺改造后，工艺泥龄在20天左右，厌氧池停留时间在1-1.5h，并没有超长的泥龄和有意增加厌氧时间，但仍取得较好的脱氮除磷效果。磷介于A-B标之间，其余均达到A标（GB18918-2002）。实践证明低碳源情况下的进水同样可以实现较好的生物脱氮除磷效果。

表1污水处理厂的进水水质情况

Tab.1 WWTP inlet sewage quality

2ECOSUNIDE工艺流程特点

ECOSUNIDE是一种多级好氧/缺氧的工艺，图1为其工艺流程图。部分进水直接进入厌氧池，其余分点进入生物反应池中的缺氧端。缺氧位置进水BOD5遇到好氧池硝化生成的硝酸盐氮，在反硝化菌作用下反硝化。进水中的BOD5能够被生物池中反硝化过程所利用。回流污泥到厌氧池时反硝化已经完成，避免了同聚磷菌竞争碳源，从而实现较好的脱氮除磷效果。实际运行表明，该工艺在碳源充足还是低碳源情况下均表现出良好的脱氮除磷效果[[8]]。论文范文，。

图1 ECOSUNIDE工艺流程

Fig.1Flow chart of ECOSUNIDE process

3碳源来源分析与计算

3.1进水碳源的利用

由表1知徐州污水处理厂进水下限值BOD5=80mg/L，氨氮30mg/L，磷4mg/L，回流比为100％。50%分点进水相当于进水中只有40mg/L的BOD5参与了反硝化，显然，在氨氮为30mg/L的情况下，用于反硝化所需的BOD是远不够的。论文范文，。

3.2 慢速可降解有机物（XS）的利用

城市污水处理厂进水中有机物可分为易降解有机物（SS），生物可慢速降解的有机物（XS），以及不能被利用的惰性有机物。SS是BOD5的主要构成组分（1BOD5≈1.36SS [[9]]），而XS要在好氧条件下水解成SS，然后SS才能被生物利用。

ECOSUNIDE工艺由于采用分点进水，分点进水中的XS会从缺氧部分进入流动到好氧池好氧水解为SS，由于多级好氧/缺氧的设置，系统内没有长时间持续曝气过程，每级好氧段时间较短，因此水解成的大部分SS不会停留在好氧池内被异养菌好氧降解，会很快进入到下一级缺氧池，参与反硝化，如图2。而靠近曝气池出水位置的分点进水，后续没有足够的空间停留，部分水解出来的SS被吸附在污泥絮体中流入二沉池。论文范文，。此时混合液中硝酸盐氮没有完全去除，所以在二沉池沉淀中会继续反硝化并完成该过程（如将ECOSUNIDE工艺生物池出水混合液在量筒中静置2-3小时，可显见反硝化生成的大量气泡）。由于流入二沉池的硝酸盐氮主要来自反应池末端，因此二沉池内发生的反硝化在运行中并没有影响到沉淀过程[7]。

图2 生物反应池反应过程

Fig.3 Theprocess in biological reactor

3.3 XS水解，细菌衰减产生的SS计算

ASM1模型中异养菌活性生物量（XBH）衰减后产生XS，XS经好氧水解产生SS，SS重新被生物利用，形成新的生物，该过程就是ASM1模型的死亡再生理论基础。XBH ，XS 和SS 这三个组分主要参与两个过程：异养菌衰减和网捕性有机物水解（自养菌衰减也产生SS，但数量较低，本研究忽略不计）。对有机物水解过程进行适当简化，省略其中有机氮水解部分，可得到表2所示的简化后的动力学和化学计量关系。

表2 简化的ASM1动力学和化学计量关系

Tab.2 Microbial kinetics process for ASM1 heterotrophicorganism

组分 过程				工艺过程速率
异养菌的衰减			-1
有机物水解	1	-1

注：fp为生物体中可转化为颗粒性产物的比例（0.08）；bH为异养菌衰减系数（0.56，实测），kh为最大比水解速率（3.0）；Kx为XS水解的半饱和系数（0.03）；KOH为异养菌氧半饱和系数（0.2）；So溶解氧浓度；括弧内为20℃推荐值。

对于一个批式反应器来说，三个组分在反应器内的相互关系速率可以写为：

（1）

（2）

（3）

初始条件为SS=0，SO=3 mg/L，XBH=850 mg/L（实测曝气池均值），XS=45 mg/L（进水XS实测为90-110mg/L，取下限分点50%计算，设其余50%用于厌氧水解和异养菌好氧降解消耗）。解式（1）（2）（3）的数值解，可以得到各组分变化过程，其中图3为XS水解、溶菌过程产生的SS。该图表明，在好氧条件下XS需要约1.4h的时间才能完成水解，可产生的SS约60mg/L（BOD5=82mg/L）。加上分点进水带入的部分参与反硝化的BOD5碳源40mg/L，总BOD5能达到122mg/L，对于进水氨氮30mg/L的情况，可基本满足反硝化碳源需求。论文范文，。需要说明的是，ASM中异养菌衰减系数bH（0.56）比传统衰减系数（0.1）高出许多，图3中的SS没有考虑再生过程，故SS不断上升。

实际运行中，好养段时间在0.61-1.2范围变化，所以XS水解完毕后相当一部分的水解产物SS会流动到缺氧部分参与反硝化。没来得及水解的XS会继续流动，直到在好氧池水解。而AAO等传统工艺中由于持续曝气时间较长，XS水解成SS后仍然停留在好氧区域，在好氧条件下，SS会被异养菌很快好降解，对于低碳源情况下的脱氮除磷造成碳源上的浪费。因此ECOSUNIDE工艺的多级好氧缺氧工艺能及时针对水解和溶菌出的SS加以反硝化利用，该过程是解决低碳源下脱氮的关键。

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