[发明专利]一种污水处理中生物脱氮除磷难度的评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水处理中生物脱氮除磷难度的评价方法，属于环境保护与水资源合理利用技术领域。

背景技术

近年来，中国水体的富营养化问题日益严重，氮、磷更是其中引起水质超标的主要污染物。随着水体富营养化问题的日益尖锐化和污水排放标准的不断严格，脱氮除磷技术已成为当前污水处理的热点和难点。“十二五”期间，预计新增城镇污水（包括工业废水）处理量达7000万m³/d以上，城镇污水处理厂的升级改造和新建均必须满足脱氮除磷的要求。污水处理厂通常采用生化处理技术利用反硝化菌在缺氧条件下将硝酸盐还原为气态氮实现脱氮，利用聚磷菌的超量吸磷能力实现磷在污泥中的富集并通过剩余污泥排放除磷。

由于污水的反硝化脱氮和聚磷菌的厌氧释磷过程均需要碳源，因此污水中的碳源供给就成为脱氮除磷难度评价的重要指标。目前常用的衡量污水碳源供给能力的指标是碳氮比和碳磷比。在生物脱氮工艺中，由于反硝化过程的碳源需求，通常要求五日生化需氧量（BOD₅）与凯氏氮（TKN）的比值BOD₅:TKN>4，由于污水厂进水硝酸盐和亚硝酸盐浓度较低，也可要求BOD₅与总氮（TN）的比值BOD₅:TN>3.8；而就生物除磷工艺而言，厌氧释磷过程需要碳源合成聚β羟基烷酸，通常要求污水中的BOD₅与总磷（TP）的比值BOD₅:TP>17。

由于污水脱氮除磷间存在碳源竞争关系，碳源供给需要同时满足脱氮和除磷的双重需求，因此单纯采用碳氮比和碳磷比描述脱氮除磷难度往往存在偏差，而且难以判断出水总氮和总磷协同达标的能力。如上海市某污水处理厂碳磷比高达24.3，但其出水TP为1.35mg/L，仍高于一级B排放标准；这与该厂碳氮比仅为2.62，大量碳源被反硝化菌利用用于脱氮有很大关系。对于这种反硝化菌和聚磷菌潜在的碳源竞争关系，采用单一的碳氮比或者碳磷比均难以反映。此外，碳氮比和碳磷比的评价仅考虑了污水中的总氮和总磷，无法判断出水达到不同排放标准（二级、一级B和一级A）时的难度。

发明内容

本发明为了解决上述的技术问题而提供了一种污水处理中生物脱氮除磷难度的评价方法。该方法利用活性污泥系统的化学计量学模型确定污水反硝化脱氮和生物除磷过程的碳源需求量，通过污水的碳源供需关系分析评价污水的脱氮除磷难度，并能通过脱氮除磷难度分析确定脱氮除磷难度较大的污水外加碳源量的临界值。该方法仅需测定污水的BOD₅、总氮TN和总磷TP，然后根据脱氮除磷系统的污泥龄即可进行评价，方法简便易行。

本发明的技术原理

生物脱氮除磷系统的反硝化和厌氧释磷过程均需要碳源作为电子供体参与反应，因此进水中可利用碳源浓度的高低可作为城镇污水处理厂脱氮除磷难度分析的重要依据。因此，通过构建反硝化和生物除磷过程中TN和TP去除量与碳源（以需氧量计，即BOD₅或者COD）间的化学计量学关系可确定理论碳源需求量，理论碳源需求量与实际进水的碳源供给量之比即可评价污水的脱氮除磷难度。

除了环境条件之外，污水脱氮除磷系统的效率主要受进水水质、处理工艺和运行参数的影响，其中进水的碳源供给是城镇污水处理厂脱氮除磷难度分析的重要依据。

一般而言，污水中可直接用于脱氮除磷的碳源有三大来源：(1) 污水中的可生物降解溶解性COD（Biodegradable Soluble COD, BSCOD）；(2) 内源代谢过程中产生的BSCOD；(3) 甲醇或者乙酸等外源性碳源。值得注意的是，采用碳源评估的前提是可利用的碳源完全用于脱氮除磷而且反硝化和厌氧释磷之间不存在干扰竞争的理想运行条件。

根据脱氮除磷过程中的化学计量学关系进行推导，可得反硝化的理论碳源需求量：

                 (1)

式中，Y_n为微生物净产率，gVSS（挥发性悬浮固体）/gBSCOD；

k_dn为反硝化微生物的内源衰减系数，gVSS/(gVSS·d) ，推荐值为0.15 d^-1；

反硝化菌产率系数Y_n取推荐值为0.40gVSS/gCOD；

SRT为污泥龄，d。