低碳源污水处理优化运行的研究与工程应用
对全国不同地区的市政污水处理厂进水水质统计发现，以碳氮比为主要评价指标，低碳源进水情况普遍存在。低碳源市政污水处理的优化运行技术措施可以从原水碳源深度挖掘和外部碳源优化利用两个方面进行。
溶解氧精确控制、好氧池末端设置脱气区等措施在节省碳源方面具有有益效果。在传统生化处理工艺的厌氧段前增加预缺氧进行改良，采用预缺氧-厌氧两段分配进水，或采用厌氧-缺氧沿程分段进水，可平衡生化脱氮除磷对碳源的利用，提高原水碳源利用效率。
应用反硝化速率进行外部碳源效率评价是经济有效的碳源筛选技术手段，配合碳源精确投加系统，可最大化实现外部碳源投加的降本增效。
随着国内大部分受纳水体的环境容量变小，以及愈加严格的环境政策，越来越多的市政污水处理厂出水水质要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级A标准，并有进一步提高标准的趋势。
按照《室外排水设计规范》(GB 50014-2006)建议的生物脱氮的污水碳氮比BOD5/TKN>4，目前我国不同地区均存在原水碳源不足、碳氮比低的情况，氮磷达标排放存在难度大和达标成本高的问题。
国内大部分市政污水处理厂采用AAO、氧化沟、SBR等3大类工艺及其变形工艺，主要为生物脱氮除磷方式。反硝化脱氮和生物除磷涉及的微生物大部分是异养细菌，对碳源有竞争，当进水碳源不足时，该矛盾尤其突出。为保证出水达标，通常采用外加碳源的方式提高脱氮除磷效率，增加化学除磷措施保障出水TP达标，两类药剂的投加增加了污水处理成本。
因此开发适应低碳源进水的高效低耗脱氮除磷技术具有重要意义。低碳源污水处理可以通过优化工艺参数和控制方式，提升原水碳源的利用效率，从而强化生物脱氮除磷效果并节约运行成本。
当系统原水碳源不足以完成脱氮要求时，需要投加外部碳源。针对外加碳源的优化控制方式包含碳源种类的筛选、投加点位的选择和投加量精细化等。
本文对国内不同地区的污水处理厂进水碳源情况进行了统计和调研;针对原水碳源不足的水厂采用不同的技术手段进行了试验研究和工程应用，从工艺优化与碳源高效利用等方面分析提出了低碳源市政污水高效达标的技术措施。
1 市政污水低碳源情况分析
为研究不同地区市政污水的碳源情况，分别选定京津冀地区和云南地区的典型污水处理厂进水进行统计分析。京津冀地区的11座市政污水处理厂原水BOD5/TN不足4的有8座，占72.7%，见图1a。
南方市政污水的碳氮比较北方更低，对云南地区的13座污水处理厂的进水进行分析，见图1b，只有一座污水处理厂的进水BOD5/TN超过4，低碳氮比污水占比达到90%以上。郭泓利等选取国内分布在19个省市自治区的127 座污水处理厂的进水水质进行了统计分析，80%的污水处理厂BOD5/TN<3.6，仅10%的污水处理厂大于4。
韦启信等基于住房和城乡建设部城镇污水处理数据管理系统的水质数据也表明，我国70%左右的城镇污水处理厂进水BOD5/TN低于4，且南方城市较北方城市碳氮比更低。因此碳源不足的问题在全国范围内普遍存在。
2 原水碳源高效利用优化措施
2.1传统工艺的改良
改良型的AAO、氧化沟和SBR工艺，是在传统工艺的前段增加一段预缺氧区(SBR工艺是在时间顺序上增加一段缺氧反应时间)，主要目的是将外回流带来的NO-3-N在此区域进行反硝化，为后段的厌氧释磷创造更好的厌氧环境;同时预缺氧段进水中的原水有机物进行一定程度的水解后，更容易被聚磷菌利用。同时，增加预缺氧区，原水在碳源分配上将具有更多的选择性，有利于污水处理厂在运行时摸索出最佳的碳源分配方式，将原水碳源利用最优化。
深圳某20万m3/d的改良AAO工艺项目中对预缺氧/厌氧的进水比进行了试验研究，结果见图2，在其他工艺条件不变的情况下，预缺氧/厌氧配水比从2降低到1的过程中，溶解性COD在厌氧和缺氧段的浓度下降趋势增大、出水的NO-3-N浓度基本维持稳定、而出水TP浓度逐渐降低。
表明在该配水比范围内，随着厌氧进水量的增大，厌氧释磷效果增强，并可维持反硝化效率，原水碳源利用率逐渐升高。当继续降低预缺氧/厌氧进水比到0.5，厌氧释磷达到最大，出水TP进一步降低，但出水NO-3-N升高，当该比例降低到0.2时，出水TP和NO-3-N均升高，并且预缺氧段和厌氧段的NO-3-N浓度明显升高，破坏了厌氧环境，影响除磷效果。
综上所述，改良的AAO工艺通过调整进水比例，在不增加外部碳源的条件下，可较大程度地增加工艺过程的氮磷污染物去除效率。该措施已经在多个项目中进行应用和推广，获得了良好的效果反馈。
2.2分段进水的技术措施
分段进水是在传统生化处理工艺上的进一步改进，主要目的是通过进水在沿程方向上的分布，精细化利用原水碳源。目前分段进水大多用于多级AO工艺和改良的AAO工艺中，多级AO分段进水中前一段原水的硝化产物直接进入下一段缺氧区进行反硝化，因此可以较大程度地减少硝化液回流，提高TN理论去除效率并节约能源，但该工艺难以形成稳定的厌氧条件，在提高TN去除的前提下，牺牲了TP的去除效果。
在改良的AAO工艺中实施分段进水，可一定程度上平衡TN和TP去除对碳源需求的矛盾。
山东济南某AAO工艺市政污水处理厂分三期建设，规模分别为1万m3/d、2万m3/d和3万m3/d，进水BOD5/TN长期小于3，为了改善脱氮效果，该厂二期进行了分段进水的改造。实施方式是将进水分配到厌氧段和缺氧段，缺氧段沿程在池前端和中部进一步分为两部分进水，使缺氧进水更加均匀地分布在整个池内，增加混合程度，提高反应效率。
1 2 3编辑：王媛媛
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