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user: 3. 碳源投加试验方案 3.1. 运行条件 1) 碳源加药系统的改造 碳源加药利用原厂加药系统，并进行如下改造：由试验前的贮存同一种药剂同时向两组生物池投加同种药剂，改造为两种药剂分别单独贮存，通过管路开关的切换，实现在药剂贮池和加药泵不变换的情况下两系列生物池所投加碳源种类的对调。并可实现分别向两组生物池投加不同碳源以及碳源种类的切换。(改造由神美科技完成) 图1. 水厂工艺流程图 2) 运行条件 采用平行试验的方式进行对比，即在一期的1个系列中投加多核碳源，第2个系列投加乙酸钠、葡萄糖参照对比，两个系列的操作条件完全一致，通过研究出水水质比较脱氮效果。第一阶段对比多核碳源与乙酸钠；第二阶段对比多核碳源与葡萄糖。 操作条件： a) 2个系列内回流、外回流能够独立运行，进水量一致； b) 多核碳源与乙酸钠、葡萄糖可向任意一个系列投加(可对调)。 3.2. 药剂投加方案 由于实际运行中碳源投加量较大，为尽可能优化碳源成本，降低试验水厂的负担和出水超标风险，生产性试验期间，试验方案采用控制两座生物池出水TN。 3.3. 评价方法 1) 主要评价指标 进出水COD、BOD、TN，碳源投加量，运行费用。 2) 参考评价指标 抗冲击负荷能力，碱度，MLSS，污泥粘度，污泥产量和脱水性能，进水溶解性COD与颗粒COD比例，TP，反硝化比速率验的方式进行对比。 3) 数据测定周期 见下表2测定周期表。 Table 2 Periodic table of data measuremen 序号 分类 测定指标 取样点 测定周期 1 主要指标 COD、BOD、TN、水温 总进水、两组工艺二沉池(好氧池)出水 一天1次 2 参考指标 缺氧池上清液COD、TN 两组缺氧池上清液 一周1次 3 沿程NO 3 -N 两组缺氧池、好氧池上清液 一周1次 4 碱度、TP 两组工艺二沉池(好氧池)出水 一周1次 5 溶解性COD 总进水 一周1次 6 反硝化比速率 两组缺氧池混合液 1次 表2. 数据测定周期表 3.4. 试验时间 多核碳源与乙酸钠对比：2019年12月17日至2020年1月13日。 多核碳源与葡萄糖对比：2020年2月17日至2020年4月27日，其中2020.3.28日双沟调换。 3.5. 试验要求 生产性试验期间，水厂出水达到一级A排放标准，即出水标准COD < 50 mg/L，TN < 15 mg/L。 3.6. 比对碳源产品及量化指标 如表3，通过多核碳源与常规碳源的对比生产试验，以出水TN含量和运行费用的对比为核心，综合分析试验中主要指标和参考指标的异同，评价水质达标前提下投加多核碳源在技术和经济方面的优势。 Table 3 Comparison table of technical parameters of polynuclear carbon source， sodium acetate and glucos 多核碳源 乙酸钠 葡萄糖 项目 指标 项目 指标 项目 指标 pH值(1%水溶液) 5.0~8.0 醋酸钠含量 25 葡萄糖含量 ≥50% COD值(×10 4 mg/L) ≥35 COD值(×10 4 mg/L) ≥19 COD值(×10 4 mg/L) ≥50 密度 1.00~1.05 密度 1.1~1.2 氯化物(%) ≤0.01 水不溶物(%) ≤0.5 水不溶物 ≤0.03 硫酸灰分(%) ≤0.25 表3. 多核碳源和乙酸钠、葡萄糖技术参数对比表 3.7. 多核碳源与乙酸钠反硝化速率小试 取生化池污泥进行反硝化速率小试试验，结果见表4所示。 Table 4 Denitrification rate data of multinuclear carbon source and sodium acetat 时间类型 空白 乙酸钠 多核碳源 0 min NO 3 -N (mg/L) 25.55 25.18 25.18 30 min 25.45 20.46 20.69 60 min 24.57 18.5 17.45 120 min 24.3 18.1 13.06 180 min NO 3 -N (mg/L) 23.8 17.6 10.16 240 min 23.56 17.2 8.27 300 min 23.04 17.2 7.62 360 min 22.91 16.9 7.57 360 min TN(mg/L) 23.87 19.3 11.16 表4. 多核碳源与乙酸钠反硝化速率数据 通过室内反硝化小试实验可以得知： 1) 在同等加药量条件下，0~30 min内，乙酸钠相对多核碳源具有较快的响应速度(图2)。这主要是由于乙酸钠为小分子有机物，易于被微生物利用和降解。在生产性试验运行中，乙酸钠几乎不需要进行驯化，在极短的时间内可快速完成反硝化反应。 2) 在30~240 min内，多核碳源的反硝化作用持续，与乙酸钠逐渐拉开差距。 3) 将碳源投加量换算为COD投加量，则 COD 乙 酸 钠 38 mg/L、 COD 多 核 碳 源 70 mg/L，将0~360 min中每个时间节点消耗的 NO 3 − 换算为 C / Δ N ，结果见表5，反应初始时， COD 乙 酸 钠 / Δ N 为8.05、 COD 多 核 碳 源 / Δ N 为15.59，反应终点时 COD 乙 酸 钠 / Δ N 为4.59、 COD 多 核 碳 源 / Δ N 为3.98。可见，反应过程中碳源充足，且初始时多核碳源较乙酸钠更加富余，但反应速率略却低于乙酸钠，由此可以推断该小试试验的初始COD浓度并不是影响后续硝化反应的主要因素。 图2. 多核碳源与乙酸钠反硝化速率对比 Table 5 Carbon to nitrogen ratio in denitrification proces 2 乙酸钠 C / Δ N 多核碳源 C / Δ N 0 min − − 30 min 8.05 15.59 60 min 5.69 9.06 120 min 5.37 5.78 180 min 5.01 4.66 240 min 4.76 4.14 300 min 4.76 3.99 360 min 4.59 3.98 表5. 反硝化过程碳氮比 4) 分析后期两者反硝化能力出现差距的原因：由于乙酸钠为单一组分，在前期提供电子释放完能量后，后期出现能量不足，反硝化速率明显降低的现象，后期的脱氮速率显著降低。而多核碳源在后期供能中体现了一些优势。 5) 试验水厂一段缺氧区停留时间4.8 h，二段缺氧区停留时间2.0 h。因此，现场投加时，乙酸钠适宜投加于二段缺氧区，快速去除TN。而多核碳源适宜投加于一段缺氧区或者二段缺氧区。 3.8. 多核碳源与葡萄糖的反硝化速率对比 由于微生物对于葡萄糖需要一定时间适应，因此在更换碳源期间，对比试验正式开始前，通过葡萄糖掺兑多核碳源投加的方式对微生物进行驯化。驯化期间不断监测活性污泥的反硝化速率，通过对比驯化不同阶段的反硝化速率来表征驯化的终点，试验数据如表6和图3所示。 Table 6 Sludge denitrification rate test during glucose domesticatio 驯化阶段 日期 类别 0 h 2 h 4 h 6 h 8 h 多核: 葡萄糖 = 7:3 2.17小试 (16℃) 葡萄糖(mg NO 3 − /L) 17.50 15.81 14.79 12.56 10.48 多核(mg NO 3 − /L) 17.50 11.22 1.37 0.00 0.00 MLVSS (mg/L) 5753 葡萄糖(mg NO 3 − /gMLVSS) 3.04 2.75 2.57 2.18 1.82 多核(mg NO 3 − /gMLVSS) 3.04 1.95 0.24 0.00 0.00 多核: 葡萄糖 = 5:5 2.25小试 (16℃) 葡萄糖(mg NO 3 − /L) 23.45 20.99 18.03 14.33 11.85 多核(mg NO 3 − /L) 23.45 16.17 4.31 0.16 0.00 MLVSS (mg/L) 5742 葡萄糖(mg NO 3 − /gMLVSS) 4.08 3.66 3.14 2.50 2.06 多核(mg NO 3 − /gMLVSS) 4.08 2.82 0.75 0.03 0.00 多核: 葡萄糖 = 3:7 3.03小试 (16℃) 葡萄糖(mg NO 3 − /L) 23.58 21.94 16.54 13.22 10.78 MLVSS(mg/L) 5663 多核(mg NO 3 − /L) 23.58 15.61 3.62 0.08 0.00 MLVSS(mg/L) 5663 葡萄糖(mg NO 3 − /gMLVSS) 4.16 3.87 2.92 2.33 1.90 多核(mg NO 3 − /gMLVSS) 4.16 2.76 0.64 0.01 0.00 全部投加葡萄糖 3.10小试 (18℃) 葡萄糖(mg NO 3 − /L) 23.46 18.01 15.31 13.17 11.96 MLVSS (mg/L) 4910 多核(mg NO 3 − /L) 24.14 15.77 4.29 0.91 0 MLVSS (mg/L) 4830 葡萄糖(mg NO 3 − /gMLVSS) 4.78 3.67 3.12 2.68 2.44 多核(mg NO 3 − /gMLVSS) 5.00 3.27 0.89 0.19 0.00 全部投加葡萄糖 4.05小试 (18℃) 葡萄糖(mg NO 3 − /L) 23.69 17.02 14.96 12.86 10.04 MLVSS (mg/L) 3990 多核(mg NO 3 − /L) 23.69 14.95 4.53 0.52 0.06 MLVSS (mg/L) 3696 葡萄糖(mg NO 3 − /gMLVSS) 5.94 4.27 3.75 3.22 2.52 多核(mg NO 3 − /gMLVSS) 6.41 4.04 1.23 0.14 0.02 表6. 葡萄糖驯化期间污泥反硝化速率试验 图3. 驯化终点判定 小试数据分析如下： 1) 2.17~3.27，1#生物池投加多核碳源，2#生物池投加葡萄糖，从图3中葡萄糖和多核的反硝化速率来看，从2.17号开始，随着驯化时间的延长，两种碳源的反硝化速率逐渐增大，至3.10数据变化不大，反硝化速率基本上平稳，初步判定葡萄糖和多核的驯化期基本结束，3.10起2#生物池全部投加葡萄糖，3日后进入稳定期(即3.13~3.27)。 2) 3.30生物池碳源调换后，于4.05测定一次反硝化速率，之后并未加测。葡萄糖的反硝化速率并未减弱，保险起见，设定对调后的驯化时间为两周，之后为稳定期(即4.13~4.27)。 3) 对比4.05和3.10的反硝化速率结果可以看出，两种碳源的反硝化速率均有所提升，分析原因有以下两点：① 入春后，水温逐渐升高，微生物活性增加，故反硝化速率有所提升；② 剩余污泥排放的增大，老化污泥逐渐被新活性污泥置换，新活性污泥反应活性较强。 4) 如不考虑亚硝酸盐氮的累积，稳定期内多核碳源的反硝化速率是葡萄糖的2.8倍左右，多核碳源具有较高的反硝化速率。 5) 葡萄糖反硝化曲线的R 2 均在0.9以上，线性较好，说明投加葡萄糖的污泥反硝化速率在反应过程中较为稳定，故葡萄糖不适宜作为应急投加碳源。由于代谢时间较长，葡萄糖宜投加于一段缺氧区。