新型高效复合碳源的制备及其在反硝化脱氮中的应用_张民权

第４５卷增刊２０１９年给水排水ＷＡＴＥＲ＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ．４５增刊２０１９新型高效复合碳源的制备及其在反硝化脱氮中的应用张民权刘永范杰陶清（深圳市清源净水器材有限公司，深圳５１８０５２）摘要通过大量的实验室试验，研制了新型高效的复合碳源，ＣＯＤ值高达４０～６０万ｍｇ／Ｌ，利用复合碳源进行了大量的反硝化试验。结果表明，在相同条件下，复合碳源的投加量仅为醋酸钠的１／３；３ｈ内的反硝化速率与醋酸钠接近；由于效率提高，用量节省，综合成本可节约３０％以上。在此基础上，研制了一种新型特效复合碳源，ＣＯＤ高达１００万ｍｇ／Ｌ，用量仅为醋酸钠的１／６，与冰醋酸用量相当；用量的大幅减少，必将大幅降低用户使用成本，估计节约成本５０％～８０％。关键词复合碳源制备应用反硝化脱氮中图分类号：ＴＵ９９２文献标识码：Ａ文章编号：１００２－８４７１（２０１９）－０１５３－０４ＤＯＩ：１０．１３７８９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｗｗｅ１９６４．２０１９．Ｓ１．４００前言随着国家环保力度加大和污水排放标准的逐渐提高，总氮指标要求越来越高，普遍要求达到城市污水排放一级Ａ标准，即ＴＮ＜１５ｍｇ／Ｌ，而在一些环保要求高的地区排放标准为ＴＮ＜１０ｍｇ／Ｌ［１］。这对污水处理的反硝化处理提出了更高的要求，而现有的反硝化处理中往往存在碳源不足的问题，必须外加碳源，如乙酸钠、乙酸、甲醇、乙醇、葡萄糖等。乙酸、甲醇、乙醇属危化品，由于安全原因，很少被采用；葡萄糖由于反硝化速率慢而少应用。醋酸钠由于反硝化速率快，来源广泛，使用安全而被普遍使用，存在的主要问题是使用成本高，不经济。若按照２０１８年的价格，使用成本排序为甲醇＜乙醇＜乙酸＜葡萄糖＜乙酸钠。可见乙酸钠作为碳源是最不经济的。近年来，国内研究人员正在开发各种复合碳源，旨在提高碳源ＣＯＤ值，以降低碳源投加量，提高性价比。李光益等［２］研制了一种由醋酸钠、冰醋酸、碳酸钠、乙醇、葡萄糖、去离子水制成的复合碳源，具有对人体无害，成本低，易被微生物吸收利用等优点，但原材料种类多，复配工艺复杂，且有乙醇等危化品，不易推广使用。曹锐等［３］发明了一种用于废水处理的复合碳源药剂。该复合碳源由下列组分制成：甲酸钠０．５％～１．０％，乙酸钠４．５％～５．５％，丙酸钠５％～６％，糖类物质４０％～５０％，水４０％～４５％：其中，糖类物质为ＣＤ＞３０００ｍｇ／ｍＬ的糖类混合物。具有优质、高效的特点，环保型水处理药剂，但性价比不高，难以在实际生产中使用。石泰山［３］用氢氧化钙和醋酸反应生成的醋酸钙加醋酸钠、葡萄糖和乙醇，经静置澄清得复合碳源，生产工艺复杂，成本也不低，还有危化品乙醇做原材料，存在安全隐患，不易推广使用。总之，这些复合碳源存在工艺相对复杂，性价比不高等缺点。本项目研发了两种新型高效的复合碳源，通过大量的反硝化试验证明，新型复合碳源不仅高效而且综合成本低，必将替代醋酸钠广泛使用于污水处理的反硝化工艺。１试验方法１．１复合碳源的制备对Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｔ、Ｗ等多种碳源材料进行复合试验，观察反硝化速率和使用成本，得出新型复合碳源配方如表１。表１最佳复合碳源配方物料ＡＣＥＫＷ高效复合碳源／％２５０．５２０４．５５０特效复合碳源／％０５０４０５５１．２反硝化试验反硝化试验是在六联磁力搅拌器上进行的，将取自污水处理厂缺氧池的污水搅拌均匀后分别装入６个１Ｌ的锥形瓶中，加硝酸钙调节初始总氮浓度，在各个锥形瓶加不同碳源，检测初始总氮浓度和反硝化不同时间的总氮浓度。１．３检测方法碳源的化学耗氧量（ＣＯＤ）是通过ＱＣＯＤ－３Ｆ型ＣＯＤ测定仪检测；污水中总氮通过ＬＣ４－ＣＮＰ多参数水质快速分析仪检测。２试验及结果２．１新型高效复合碳源２．１．１复合碳源与市场上碳源脱氮效果比较近年来市场上出现了不少复合碳源，试验将研制的复合碳源与醋酸钠及典型复合碳源作脱氮效果比较，结果如图１。可以看出，脱氮效果排序为清源２号样品＞２０％醋酸钠＞某复合碳源＞南方某复合碳源。值得注意的是，醋酸钠的用量是清源复合碳源的２倍，但效果还不及清源复合碳源。２．１．２不同复合碳源与醋酸钠的脱氮效果比较可以看出清源复合碳源２、３、Ⅱ、Ⅳ号投加量为１００ｐｐｍ时脱氮效果比醋酸钠投加量３００ｐｐｍ的脱氮效果还好，而清源复合Ⅲ号明显较差，可以直接淘汰。３５１第４５卷增刊２０１９年给水排水ＷＡＴＥＲ＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ．４５增刊２０１９图１不同碳源脱氮效果比较２．１．３复合碳源２号与醋酸钠在不同投加量下的反硝化速率比较从表２可以看出，反硝化时间为１．５ｈ时，醋酸钠的平均反硝化速率相对较高，但反硝化进行到３ｈ时，复合碳源２号的平均速率与醋酸钠持平，甚至略高于醋酸钠。目前，反硝化设计时间大约３ｈ，因此，使用新型高效复合碳源并不会影