1. 污水處理中的碳源是什麼有什麼作用
正常碳源指的污水中有機物，若污水中有機物含量過低，一般投加額外碳源，比如乙酸鈉、工業葡萄糖等。
因為污水處理主要靠微生物的生命活動降解污染物，碳源就是微生物重要的營養物質，如果碳源不足（污水有機物濃度太低），微生物就無法生長繁衍，污水處理效果就差。為了保證微生物的生長繁衍，就需要「投喂」碳源。
2. 污水處理為什麼要加碳源
絕大多數市政的污水廠基本都是以活性污泥法中的微生物為處理污水的核心的處理方式，在這種處理方式下，微生物本身的生長需求也就成了採用活性污泥法的污水廠首要解決的問題。微生物本身也是有機生命體，不過是體態及其微小，肉眼無法直接看到而已。但是從這些微生物的生命的延續的本質上，和地球上的人類等大型生命體是沒有區別的。它們也是需要食物來維持自身的生長，它們的食物和我們大型生物體的食物成分是一樣的，都是來組成自身生命生長需要的有機物。但是它們的食物和我們的大型生物體的食物也有不同，它們需要更直接，更細微的食物來滿足自身微小的個體的特殊需求。而溶於水中的有機物就是它們的食物，特別是我們人類生活中排放的污水中的有機污染物是它們最佳的食物。而污水廠里活性污泥中的微生物正是大量吞食污水中的有機污染物才得以生存，生長，繁殖。而所謂的有機物其實就是地球上含碳的化合物，正是這些含有各種各樣復雜的碳鏈的化合物，才組成了地球上豐富多彩的有機體世界。而微生物所需要的有機物，在污水廠里，我們也可以簡單的稱為碳源。
但是對於微生物來說，並不是所有的污水中的有機污染物都是適合它們生存所需的，特別是它們的生命體的組成是對有機物和氮磷等營養物質要有一個比例關系的。從污水去除有機污染物的微生物需要氮和磷來生長和繁殖。微生物需要氮來形成蛋白質，細胞壁成分和核酸;需要磷來維持生長所需的能量。科學家對這些微生物所需要的這些碳源和營養物質的比例用一個分子式來表示，那就是C5H7NO2P0.074。在採用好氧活性污泥法處理污水時，通常要求水中BOD：N：P的比例對於應該約為100：5：1，這樣的比例才能滿足活性污泥中的微生物的正常生長。
污水廠的管理的核心在於對污水廠內的微生物的管理，為這些微生物提供充足的營養和環境是每個污水廠運行管理人員需要認真進行的工作。但是由於飲食習慣的地區差異，工業企業的生產廢水排放，處理水量的大小等等因素，實際進入污水廠的污水水質中的C:N:P的營養比例並不是按照微生物生長所需的100：5：1的，正是由於進水水質中的比例失衡，才造成了污水廠運行人員對碳源甚至營養物質的探討。在一些工藝調整人員看來，人工投加的碳源以甲醇，乙酸，葡萄糖，麵粉等簡單的有機化合物，便於微生物吸收利用，有利於微生物的生長繁殖。因此污水廠內碳源的補充是萬能的解葯，對於任何工藝問題都要進行碳源的補充，那麼碳源真的是萬能的么?今天就來探討下污水廠需要碳源的補充的一些情況。
一、污水廠的活性污泥培養馴化階段。
作為一個污水廠在初期投產階段，由於建設的生物池內沒有微生物，需要進行微生物的培養聚集和馴化，在這個階段微生物的生長過程屬於對數增殖期，這個階段的微生物需要大量的碳源來維持自身快速生長。這個階段正常的城市生活污水中的有機污染物作為碳源就不能滿足微生物的生長需求。同時由於生活污水中的碳源是復雜的有機物，往往不能被初期生長的微生物吸收利用。這個階段為了快速的培養活性污泥，一般會採用投加外界碳源的方式來加快微生物的生長繁殖。
這是由於外加碳源一般是甲醇，乙酸，葡萄糖等易被利用的有機物，便於微生物吸收，從而加快微生物的生長繁殖。在這個階段的碳源投加主要是為了加快微生物的培養。對於一些營養比例穩定的城市生活污水來說，在沒有外加碳源的情況下，微生物也可以培養出來的，不過是時間的快慢問題。因此在培養階段，要注意分析進水水質的情況，再根據廠內自身的經濟條件進行選擇碳源的投加，這種碳源的投加一般隨著微生物的培養成熟，污水穩定進入廠內就會逐步減少乃至停止。
二、污水廠的進水營養不均衡。
在很多污水廠，特別是收納范圍小，收集人口少，或者是工業廢水廠內，污水的碳源營養組成比例和我們通常認為的100：5：1是不吻合的。有些是進水水質受雨污合流，地下水滲流等原因，導致水中的有機污染物質極少，碳源極少，但是氮和磷的含量較高，這樣的水質為了處理氮磷達標，需要在生物池內保持一定的活性污泥中的微生物數量，對氮和磷進行降解，這就產生了較低的有機負荷-食微比F/M非常低，極低的食微比F/M會造成活性污泥老化解體，如下圖所示，造成出水水質超標。因此在這樣的進水環境下，需要對微生物進行碳源的補充，來維持微生物的較高的活性，這時就需要進行碳源的補充。
3. 污水處理技術中反硝化碳源的選擇方法
隨著國家對廢水排放標準的提高，其中總氮排放的要求也進一步提高,尤其一些地區要求市政污水處理廠提標到地表水準四類標准，其中要求總氮小於10PPM，為保證總氮達標排放，通過外加碳源降低污水中總氮的量，成為了目前唯一適用於實踐的手段。
一、碳源介紹目前市面上常用的碳源：甲醇、乙酸、乙酸鈉、麵粉、葡萄糖、生物質碳源及污泥水解上清液等。在使用過程中，需要根據實際工程情況選擇合適的碳源。現對各種常用的碳源進行對比，分析各種碳源的優缺點：1、甲醇甲醇作為外碳源具有運行費用低和污泥產量小的優勢，在甲醇碳源不足時，存在亞硝酸鹽積累的現象。以甲醇為碳源時的反硝化速率比以葡萄糖為碳源時快3倍，其最佳碳氮比（COD：氨氮）為 2.8～3.2 。但甲醇作為外加碳源時，有以下3點問題需關註：① 甲醇易燃，為甲類危化品，儲存和使用均有嚴格要求。特別是其儲存需報當地公安部門備案審批，手續繁瑣。② 微生物對甲醇的響應時間較慢，甲醇並不能被所有微生物利用，當甲醇用於污水處理廠應急投加碳源時效果不佳；③ 甲醇具有一定的毒害作用，將甲醇作為長期碳源，對尾水的排放也會造成一定的影響。2、乙酸鈉乙酸鈉的優點在於它能立即響應反硝化過程，可作為水廠應急處置時使用。乙酸鈉由於是小分子有機酸鹽的原因，反硝化菌易於利用，脫氮效果是最好的。通過實驗發現，碳氮比在4.6時，可以達到穩定的脫氮效果，而且它的水解物為小分子有機物，能容易被微生物降解，反硝化響應時間快，而且無毒，能作為應急碳源。但是，它價格較貴，產泥率高，對污水廠的污泥處置會帶來了一定的壓力。使用乙酸鈉要考慮以下3點：① 乙酸鈉多為20%、25%、30%的液體，由於當量COD低，運輸費用高，不能遠距離運輸。② 產泥量大，污泥處理費用增加；③ 價格較為昂貴，污水處理廠大規模投加乙酸鈉幾乎不可能。3、乙酸乙酸作為碳源，與乙酸鈉類同。但作為工業化產品，用做碳源確實浪費。但其弊端有四點：①乙酸為乙類危化品，也是揮發性酸，是大氣污染VOC的重要組成部分，環保部門監管多，儲存條件要求高。②多數污水處理廠遠離乙酸廠，運輸費用高，不能遠距離運輸。③乙酸代謝後的氫離子有降低出水pH的可能。4、糖類糖類外加碳源中，以麵粉、蔗糖、葡萄糖為主，由於葡萄糖是最簡單的糖，所以目前研究比較多。當碳源充足時，以葡萄糖為碳源的最佳碳氮比較甲醇為碳源時高得多，為 6∶1～7∶1。碳源對硝氮的比還原速率幾乎沒有影響，但是對亞硝氮的比積累速率影響較大，在研究中發現只有葡萄糖作為外加碳源時對亞硝氮的比累積速率沒有影響。以葡萄糖為代表的糖類物質作為外加碳源使得脫氮效果良好，可是，糖類作為多分子化合物，容易引起細菌的大量繁殖，導致污泥膨脹，增加出水中COD的值，影響出水水質，同時，與醇類碳源相比，糖類物質更容易產生亞硝態氮積累的現象。但其弊端有二點：①需要現場配置成溶液，勞動強度大，投加精準性差，大型污水處理廠無法使用。②工業葡萄糖含雜質多，食品葡萄糖價格貴。5、生物質碳源隨著污水脫氮要求的提高，新興起專業生產碳源的企業，他們通過生物工程原理，對一些糖類、農產品廢料等進行發酵，生產無毒無害的生物製品，主要組分是小分子有機酸、醇類、糖類。其較單一的化學品更容易被微生物利用，其使用成本比單一化學品便宜，具備極高的性價比。但其弊端：①產品的穩定性待提高，使用前需對每批次產品當量COD進行檢測。6、污泥水解上清液生物轉化揮發酸VFA 來源於污泥水解的上清液，由於水解所產生的 VFA 擁有很高的反硝化速率，碳源可以直接由污水廠內部提供，在污泥減容的同時還減少了碳源運輸方面的問題，所以它是目前比較有優勢的碳源。對於污泥水解利用做外碳源的研究，目前不同的結論有很多，但總體認為它作為反硝化脫氮系統的碳源是一種很有價值的方法。可是，對於不同的污泥，不同的水解條件，所產生的VFA 的組分有較大的差別，而由於組分不同，又能引起反硝化速率的不同（這也是為何很多研究不一致的原因），所以，如何將污泥水解的產物VFA統一化研究應用，還是一個比較大的難題。除此以外，若直接將水解污泥作為外碳源，還要考慮到污泥水解過程中氮磷的釋放問題，這部分氮磷若以碳源的形式投加到污水中，勢必會增加污水處理廠的氮磷負荷，如何解決這個問題，是利用污泥水解液的另一大難題二、碳源的選擇目前，有的市政污水處理廠碳源投加費用居高，有的高達0.2-1.0元/噸，為降低污水處理的運行費用，必須選擇性價比高的碳源。1、以當量COD的單價來衡量碳源的價格因各類碳源的組成成分不同，環保上通常以當量COD計算，一般採用萬COD當量的計算方式，比如甲醇的當量COD為150萬，即1噸的甲醇相當於1500公斤的COD當量，再換算成萬COD當量的單價：備註：（1）以上單價僅供參考，因工業產品價格變動大，計算時以實際采購為准；（2）因甲醇是危化品，公安部門嚴禁在污水處理廠儲存；（3）葡萄糖因容易造成污泥膨脹，出水COD升高，較少使用；通過上表，發現乙酸鈉的當量COD單價確實昂貴，這個也是目前污水處理廠碳源投加成本高的原因；甲醇是最具性價比的碳源，但當冬天來臨採暖用甲醇時，甲醇的單價也可能上升到4500元/噸，如乙酸，有的時候出廠價高達4500元/噸。2、碳源投加量的確定各類碳源投加量都有一個相應的范圍，以下為經驗數據，可以通過實際情況確定碳源的投加量，但要在實際運行中要兼顧到亞硝態氮的累積和產泥率：（1）甲醇：在甲醇投加量不足的情況下，會出現亞硝態氮的累積，理想的COD/N為4.3～4.7。有文獻提到，甲醇為碳源時理想的COD/N為4.3～10.6。從實驗結果發現，甲醇為碳源時，理想的投加量碳氮比大於5時，反硝化才能進行完全，硝態氮去除率可達95%，產泥率在0.35左右。（2）乙酸鈉：根據文獻，在污水中加入乙酸鈉作為碳源，碳氮比在4.6時，可以達到穩定的脫氮效果，而且它的水解物為小分子有機物，能容易被微生物降解，反硝化響應時間快，而且無毒，能作為應急碳源。但是，它價格較貴，產泥率高，對污水廠的污泥處置會帶來了一定的壓力。（3）工業葡萄糖：閻寧經過實驗發現，工業葡萄糖的理想碳氮比在6.4～7.5，比甲醇大得多，而且它是多分子有機物，不易被微生物所利用，容易導致出水中COD的上升，同時與甲醇、酒精相比，葡萄糖更易出現亞硝態氮的累積，因此，不建議大量使用葡萄糖作為碳源。3、碳源的選擇在理論上，各類碳源都能保證出水總氮達到排放標准，但要考慮多個因素：（1）碳源投加的成本投加成本是碳源的當量COD價格+投加量的綜合演算法，需要理論計算加實際運行的投加量確定；（2）碳源產泥率投加碳源，必定會增加污泥的產量，而污泥處理成本很高，這個是選擇碳源必須考慮到的重要一項。（3）保證污水運行的穩定性投加碳源目的是為了脫氮，因此在選擇碳源的時候，要兼顧污水處理廠的運行穩定，如盡可能的避免污泥膨脹、出水COD升高、亞硝基氮累積等。根據以上，碳源的選擇，不是單純的經濟帳，而是與穩定運行實際相緊密結合的。科學的選擇碳源，才能有效的降低污水處理廠的運行成本和污水處理廠的穩定運行。三、結論當前，國內絕大多數的市政污水處理廠面臨著必須投加碳源和碳源成本高的現實，如何做到減少碳源投加和降低碳源成本，是污水處理行業面臨著的共同問題，通過近幾年碳源的使用實際使用情況，提出如下的建議：（1）重塑厭氧池和缺氧池流態，促進池容近100%的利用，避免短流，提高混合效率和碳源利用率，盡量減少碳源投加或者不投加。（2）新設計的污水處理廠可選用多級AO工藝，充分考慮鹼度在污水處理中的重要作用，減少污泥內迴流，達到更好的脫氮效果。（3）碳源選擇與投加，需要綜合考慮各種因素，除碳氮比這個參數外，重點要考慮水的流態、鹼度和水溫這3方面的影響。（4）根據目前的發展趨勢，碳源的綜合成本將成為污水處理廠首選，新興的生物質碳源是綜合碳源，利於生物降解，將逐漸占據主導地位，可以通過小規模的試用，避免走彎路。（5）目前碳源的選擇種類很多，也有外資品牌來搶占碳源的市場，在保證不產生二次污染的情況下，選擇性價比最高的碳源作為首選碳源，乙酸鈉可以作為應急碳源儲備做應急使用。
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