污水处理中碳源的种类和选择

为缓解和控制水体的富营养化，国家制定的污水排放标准越来越严格，然而，当前大部分污水处理厂普遍存在低碳相对高氮磷的水质特点，由于有机物含量偏低，采用常规脱氮工艺无法满足缺氧反硝化阶段对碳源的需求，导致反硝化过程受阻，并抑制厌氧好氧菌增殖，使得氨氮（NH3—N)DE 同化作用下降，大大影响了污水处理厂脱氮效果，尤其进入低温季节情况更为严重。为了解决这一问题，一方面可以通过增加反消化缺氧区的体积，延长反消化时间来增加脱氮效果，但这种方法需要扩建污水处理厂，基建费用高，可操作性不强;另一方面，可以通过向缺氧区投加外碳源，以补充碳源的方式提高反消化速率，实践证明，投加碳源是污水处理厂解决这类问题的重要手段。

一、碳源的种类

目前市面上常用的碳源：甲醇、乙酸、乙酸钠、面粉、葡萄糖、生物质碳源、污泥水解上清液、啤酒废水及垃圾渗滤液等。在使用过程中，需要根据实际工程情况选择合适的碳源。现对各种常用的碳源进行对比，分析各种碳源的优缺点：
1、甲醇

普遍认为甲醇作为外碳源具有运行费用低和污泥产量小的优势，甲醇作为碳源时，C/N〉5时能达到较好效果，但其弊端有3：①作为化学药剂，成本相对较高;②响应时间较慢，甲醇并不能被所有微生物利用，当投加甲醇后，需要一定的适应期直到它完全富集，发挥全部效果，当用于污水处理厂应急投加碳源时效果不佳；③甲醇具有一定的毒害作用，长期用甲醇作为碳源，对尾水的排放也会造成一定影响。
2、乙酸钠

乙酸钠的优点在于它能立即响应反硝化过程，可作为水厂应急处置时使用。普遍认为乙醇反硝化速率不如甲醇高，但由于它没有毒性，污泥产率与甲醇相差不多，所以认为它可以作为甲醇的替代碳源。以乙醇为碳源，硝酸盐为电子受体时，最佳的C/N=5，碳源缺乏时会引起亚硝酸盐积累。
使用乙酸钠要考虑以下3点：
① 乙酸钠多为20%、25%、30%的液体，由于当量COD低，运输费用高，不能远距离运输。
② 产泥量大，污泥处理费用增加；
③ 价格较为昂贵，污水处理厂大规模投加乙酸钠几乎不可能。
3、乙酸

乙酸的优点在于它能立即响应反硝化过程，能用作水厂运行时的应急处理。乙酸由于是小分子有机酸的原因，反硝化菌易于利用，脱氮效果是最好的，但是由于价格较贵，污泥产率高，且目前污水厂的污泥处置问题也是一个较大的公关难题，所以，将乙酸钠应用于污水处理厂的大规模投加几乎不可能。
4、糖类

以葡萄糖为代表的糖类物质作为外加碳源处理效果不错，可是，它作为一种多分子化合物，容易引起细菌的大量繁殖，导致污泥膨胀，增加出水中COD的值，影响出水水质，同时，与醇类碳源相比，糖类物质更容易产生亚硝态氮积累的现象，所以，并不提倡大量使用葡萄糖作为外投碳源。
缺点：
① 需要现场配置成溶液，劳动强度大，投加精准性差，大型污水处理厂无法使用。
② 工业葡萄糖含杂质多，食品葡萄糖价格贵。
5、生物质碳源

随着污水脱氮要求的提高，新兴起专业生产碳源的企业，他们通过生物工程原理，对一些糖类、农产品废料等进行发酵，生产无毒无害的生物制品，主要组分是小分子有机酸、醇类、糖类。其较单一的化学品更容易被微生物利用，其使用成本比单一化学品便宜，具备极高的性价比。弊端：
① 产品的稳定性待提高，使用前需对每批次产品当量COD进行检测。
6、污泥水解上清液

生物转化挥发酸VFA来源于污泥水解的上清液，由于水解所产生的VFA拥有很高的反硝化速率，碳源可以直接由污水厂内部提供，在污泥减容的同时还减少了碳源运输方面的问题，所以它是目前比较有优势的碳源。对于污泥水解利用做外碳源的研究，目前不同的结论有很多，但总体认为它作为反硝化脱氮系统的碳源是一种很有价值的方法。可是，对于不同的污泥，不同的水解条件，所产生的VFA 的组分有较大的差别，而由于组分不同，又能引起反硝化速率的不同（这也是为何很多研究不一致的原因），所以，如何将污泥水解的产物VFA统一化研究应用，还是一个比较大的难题。
除此以外，若直接将水解污泥作为外碳源，还要考虑到污泥水解过程中氮磷的释放问题，这部分氮磷若以碳源的形式投加到污水中，势必会增加污水处理厂的氮磷负荷，如何解决这个问题，是利用污泥水解液的另一大难题。

二、碳源的选择

在理论上，各类碳源都能保证出水总氮达到排放标准，但要考虑多个因素：
（1）碳源投加的成本

投加成本是碳源的当量COD价格+投加量的综合算法，需要理论计算加实际运行的投加量确定；
（2）碳源产泥率

投加碳源，必定会增加污泥的产量，而污泥处理成本很高，这个是选择碳源必须考虑到的重要一项。
（3）保证污水运行的稳定性

投加碳源目的是为了脱氮，因此在选择碳源的时候，要兼顾污水处理厂的运行稳定，如尽可能的避免污泥膨胀、出水COD升高、亚硝基氮累积等。

根据以上，碳源的选择，不是单纯的经济帐，而是与稳定运行实际相紧密结合的。科学的选择碳源，才能有效的降低污水处理厂的运行成本和污水处理厂的稳定运行。