低浓度进水的生活污水厂合理利用碳源方法探析

单楚朋

（江苏金陵环境股份有限公司，江苏 南京 210000）

碳源是微生物延续生命、进行繁殖的最基础的能量和最常见的物质，如果粗暴地去除污水中的碳源将会对污水的浓度产生很大的影响，不仅不利于污水处理厂的正常运行，还不利于资源化利用和生态净化处理，因此应该对碳源采取合理的应用措施。

1 低浓度污水对生活污水厂产生的影响

当前虽然已经有众多学者对低浓度进水的污水处理展开了研究，但是仍然没有一篇研究性学术报告中能够科学地界定出低浓度污水的指标以及浓度范围。一般情况下，我们将低浓度污水定义为比设计浓度要小或者是COD浓度小于140 mg/L的污水。处理系统总是处于低有机负荷的运行状态下，无法提供微生物生存所需的能量及养料，这样很容易造成能源的浪费，同时还会使出水水质达不到标准要求。

1.1 运行启动耗费的时间过长

由于低浓度污水中BOD和COD浓度较低，没有足够的碳源所以使得处理构筑物内活性污泥具有缓慢的增长效率，很难提升MLSS的浓度，要想MLSS的浓度得到有效的提升，就需要采用长时间不排泥的控制方式来达到目的，而这种方式会使系统在启动的时候耗费过长的时间。虽然低浓度进水可以通过增加碳源投入量的方式来提升污水中有机物的浓度，但是如果采用不当也不会起到良好的效果，同时也不是长期经济有效的方式。

1.2 过量曝气影响污水厂的处理效果

在设计构筑物中的曝气系统时将进水浓度参数作为参考依据，而生活污水厂的进水总是比设计的浓度偏低，始终处于低浓度状态[1]。这样会产生大量的曝气。构筑物中如果曝气含量太多，就会发生污泥上浮、破碎解体和活性污泥絮凝体膨胀的现象，从而提升了污水厂的出水浊度，以致于对系统的处理效果和稳定运行状况产生较大的影响，同时还会浪费更多的能量。

1.3 对除磷效果产生影响

通常情况下污水处理厂在去除污水中的磷时采用的有效方式是污泥排放，由于低浓度污水，降低了生物池中活性污泥的浓度，以致于大多数污水处理厂存集的污水时间较长，甚至有的就没有排放过污泥。长期处于这种状态下，就无法有效地去除生活污水中的磷，而污泥堆积的时间越长对污泥活性产生的影响越大，就会出现局部厌氧的状态从而使磷再次被释放出来。然后污水中的磷会在污水厂排放尾水的时候流入水体当中，使得除磷效果得不到有效的提升。

1.4 会降低脱氮的效果

按照脱氮的理论，亚硝酸氮和硝酸氮在缺氧反硝化环节必须要有足够的碳源进行供给。当污水中BOD5/TN>5的时候，这时的碳源处于充足的状态，而低浓度污水中的BOD5/TN不能满足此要求标准。实验证明，碳氮比值C/N为5的时候，在结束缺氧期的时候，无法检测到反应器中的硝态氮，可见实现了完全反硝化，而当碳氮比值C/N为3的时候，在结束缺氧期的时候会检测到很高的硝态氮含量，这也充分证明了在碳源不足的情况下很容易出现脱氮率低的问题。如果长时间处于低浓度进水的状态中，微生物就没有充足的碳源可利用，从而降低了反硝化能力，最终会降低处理系统的脱硝效果。

1.5 污泥浓度降低会使去除COD的效果降低

若生活污水厂总是处于低浓度进水的状态，就会使系统中的污泥絮体发生解体，生物相也会随之发生改变，不断降低污水的浓度，最终对含碳污染物的处理能力产生很大的影响。在低负荷运行达到一定时间段以后，就会降低污泥的沉降性能，在进行尾水排放的时候会将污泥一并排出，这样就会增加出水悬浮物中SS的浓度，从而降低了生活污水厂的处理效率，达不到良好的处理效果。

2 低浓度进水产生的原因

2.1 生活排水中COD浓度较低

由于当前节水型卫生器具的价格较高，所以还没有在居民中普及应用。而传统的卫生器具虽然价格相对便宜，但是却存在较高的耗水量等问题，这使得居民生活排水中含有的COD浓度较低[2]。另外，由于居民的用水习惯，尤其是在南方水资源充足的地方，用于洗浴排水的占比最大，这也对生活排水中的COD浓度产生了较大的影响，是低浓度进水产生的重要原因。

2.2 化粪池的初级处理

化粪池采用厌氧发酵和沉淀的原理，对生活污水中的悬浮性有机物进行有效的去除处理，对于处理构筑物来说，属于初级的过渡性处理。新建的小区已经建设了化粪池等小型污水处理构筑物，化粪池对于居民生活污水需要12~24 h的处理时间才能完成沉淀分解，可以将50%到60%的悬浮物去除掉，三级以上的化粪池的清液出水水质已经达到了一级排放标准，在很大程度上降低了污水中COD浓度。

2.3 污水管网中COD降解

随着城市化建设的不断加快，城市排水管网的输水长度也随之变大。管道局部部分因为工程质量不达标，造成在输水的过程中出现流速缓慢的问题，如果流速低于0.6 m/s就会使管道淤积。输水管道较长、管道中的淤积情况严重能够使污水中的有机物颗粒发生沉积和厌氧降解反应，使得污水中的有机物浓度降低[3]。据实验统计，当管网中的污水距离大于5 km时，污水管网中COD的降解比例不低于10%。

2.4 外来水源和污水管渗漏造成的影响

因为城市管道在施工过程中出现的质量问题和管道老化问题所造成的检查井和管道渗漏问题较为严重。由于处在地下水位较高地区，所以排水管道中会渗入大量的地下水，从而对污水中COD的浓度产生一定的稀释作用。在当前大部分地区应用的是合流制排水体制，当大量雨水流入合流制管道中时，在刚开始时能够将管道中的沉积物冲刷干净从而提高COD的浓度，但是长时间以后还是会降低污染物的COD浓度，使低浓度的进水对生活污水处理厂造成影响。除此之外，游泳池、水景和施工用水等排水都会将污水排到污水管道中，这些多渠道的排水能够对污水管道中的COD浓度造成很大的影响，随着COD浓度的降低也逐渐造成了进水浓度偏低的问题。

3 碳源在生活污水厂中的应用

低浓度进水产生的原因就是碳源氮源不足，导致生物污泥中的微生物不能得到生存所需的有机物质，从而不能很好地生存和繁殖，尤其是丝状菌和外壳分泌粘性物质的其他真菌类不能很好地生存和发展[4]。因此在遇到这种情况的时候，可以采取投加碳源的方式，来对低浓度进水进行有效的处理。

碳源在生活污水厂中的应用通常是在以下情况下进行碳源的补充：

3.1 污水厂在驯化活性污泥阶段

生活污水厂在初期建厂阶段时，在生物池中还没有微生物，需要培养和驯化一些微生物，这个微生物进行培养聚集和驯化的过程也就是微生物对数增殖期，在这个阶段中需要大量的碳源来维持微生物的生存，并促进微生物不断地进行繁殖。城市生活污水中有机污染物的含量作为碳源不能满足微生物生存和繁殖的需求。而生活污水中的碳源属于复杂的有机物不能使微生物在生长初期进行有效的吸收利用，而为了快速地培养活性污泥，避免形成低浓度进水，就要采取投加碳源的方式来促进微生物的生长和繁殖。

3.2 污水厂在低浓度进水情况下对碳源的应用

在大多数的生活污水处理厂中，尤其是收集人口少，收纳范围小的污水厂，污水的碳源组成比例和我们常规认定的100∶5∶1的比例是不匹配的。有的是因为进水水质受到了地下水渗流和雨污合流等影响，使得水中含有的有机污染物不断降低，碳源过少，但是磷和氮的含量却非常高，为了使这样的水质中的氮磷含量能够达标，在对其进行处理的过程中，需要使生物池中的活性污泥含有一定的微生物数量，只有保证了充足的微生物数量才能有效地对水质中的磷和氮进行降解，这样就会产生较低的有机负荷和极低的食微比F/M，当食微比F/M非常低的时候就会使活性污泥老化解体，对出水水质产生影响，造成出水水质超标的问题。在这种情况下也需要通过投加碳源来满足微生物的需求，提高微生物的活性，因此，在进水浓度受到影响的状态下必须进行碳源的补充。

4 低浓度进水的生活污水厂合理利用碳源的方法分析

碳源是促进微生物不断进化和繁殖的基础和能量库，也是组织细胞中重要的构成部分，微生物从获取碳源的过程中，也能增强碳素的循环再生，推动碳素的利用。碳源会在人类生产过程中和自然发展过程中产生大量的消耗，另外在生化反应、设备故障和工艺方法等作用下，会使碳源进入环境介质中[5]。碳源一旦比自然环境的自我净化能力还要高，就会成为污染物，因此要对碳源进行合理利用。碳源通常应用在污水处理厂中，能够对低浓度进水进行有效处理，因此将碳源合理地应用到低浓度进水的生活污水厂中，发挥其最大化功效。

4.1 碳源对低浓度进水状态下的脱氮处理

低浓度进水主要是污水中COD浓度低所造成的，而碳源能够使污水中的COD浓度和TN浓度比值处于最佳的状态。对于脱氮处理来说，当碳源不同的时候，COD浓度和TN浓度比值也会发生相应的变化。一般情况下，当BOD5/TKN<2.5时，脱氮处理不能达到理想的效果；随着BOD5/TKN值的不断升高，脱氮处理的效果也会越来越好。实验表明，碳源能够提升硝态氮的去除率。而且在低浓度污水中加入碳源、葡萄糖、乙酸、乙醇和甲醇能够使系统中的微生物快速地进行新陈代谢，有效地提升脱氮的效果，而要想对低浓度进水进行有效处理，使碳源得到合理利用，应该在进水TN浓度突然升高的基础上加大碳源的投入，这样才能对TN浓度进行最好的控制，而不需要重复投加。

4.2 在污水除磷中的利用

随着污水处理技术的不断发展以及人们生活结构的不断变化，生活污水处理厂由原本的以BOD和COD为主要目标逐渐转变以去除总磷总氮为主要目标，污水中对磷和氮的去除需要足够的碳源并能有效利用。污水在去除磷脱氮的时候每1 g就需要2.86 g的BOD，从当前我国的污水水质情况来看，对于碳源的需求还无法得到满足。为了能够使去磷脱氮的效果达到最佳，需要在污水处理系统的缺氧脱氮环节中投入适量的甲醇、葡萄糖和醋酸钠等有机物，并将其作为碳源和电子供体，这样可以促进去磷脱氮的有序开展，但是在这个过程中存在很复杂的控制过程，而且还存在计量不足和超量的现象，同时还在一定程度上提升了污水去磷脱氮的成本，经济性较差。依据固相反硝化原理，众多的科研人员在选择生物反硝化碳源的时候开始将农业废弃物等天然的纤维素物质作为主要的碳源，通过有效地应用碳源，一方面可以使去磷脱氮的过程更加顺利，效果达到最佳；另一方面也使污水中的有机化合物和固体废弃物都能得到有效利用，发挥最大的资源化效用。但是需要引进重视的是：在异样反硝化的过程中需要易生物降解有机化合物，而对于天然纤维素物质的可生化性以及效果应该加强研究。

4.3 选择合理的工艺

对于低浓度进水的生活污水处理来说，传统的活性污泥处理法已经无法取得最佳的处理效果，因此，可以通过选择合理的工艺或改善工艺的方式来提升处理效果。其中生物膜法就是一种效果较好的处理方式，能够对进水的浓度进行有效改善。在正常运行状态下能够使含有BOD5的污水从20~30 mg/L降到5~10 mg/L，对于污水量不大的污水来说使用生物膜法效果最好。从当地的实际情况出发，对低浓度污水的处理方法采用有效的改良工艺，例如A2O工艺可以在好氧、预缺氧选择池的设置、分点进水等方面对工艺进行有效改良，不仅可以对低浓度污水得到有效的降低，还能使碳源的作用得到最大发挥，增强去磷脱氮的效果。

5 结束语

综上所述，低浓度进水对于生活污水处理厂的正常运行有很大的影响，不能使污水得到有效的处理，同时也不能有效地消除污染物。而通过对低浓度进水产生原因的分析，可以发现碳源的投入对于进水的浓度有很大的改善作用，能够通过改变COD浓度来对污水进行有效处理，因此，应该有效合理地应用碳源，使其发挥最大化作用。另外，还要结合污水厂的实际情况，通过选择合理的工艺来对生活污水处理进行优化，提升碳源的利用率，使污水厂的处理效果得到明显提升，以便发挥污水厂的最大化环境效益。