为什么要投加碳源？

发布于：2023-08-04 10:44:04 来自：给排水工程/中水处理回用 [复制转发]

随着污水处理排放标准的提高，总氮排放的要求也进一步提高，也就要求脱氮进一步的彻底，我国生活污水普遍低CN比，为保证总氮达标排放，通过外加碳源降低污水中总氮的量，成为了目前唯一适用于实践的手段，为什么脱氮需要投加碳源，本文将详细介绍。

1、为什么要投加碳源？

在有氧条件下，氨氮被硝化细菌所氧化成为亚硝酸盐和硝酸盐。包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌（Nitrosomonas sp）参与将氨氮转化为亚硝酸盐的反应；硝酸菌（Nitrobacter sp）参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应，亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，它们利用CO2、CO32-、HCO3-等做为碳源，通过NH3、NH4+、或NO2-的氧化还原反应获得能量。硝化反应过程需要在好氧（Aerobic或Oxic）条件下进行，并以氧做为电子受体，氮元素做为电子供体。其相应的反应式为：

NH4++1.83O2+1.98HCO3→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3

在硝化反应过程中，氮元素的转化经历了以下几个过程：氨离子NH4+→羟胺NH2OH→硝酰基NOH→亚硝酸盐NO2-→硝酸盐NO3-。

但是，硝化过程主要由自养微生物完成，亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，硝化过程所需碳源来自 CO32-、HCO2-等无机碳源；硝化菌的世代期较异养菌长得多，生长繁殖速度缓慢，产率较低，若进水中有机污染物(COD)大大超过氨氮时，异养菌大量繁殖，并在与硝化菌竞争中占优势，逐渐成为优势菌种，从而降低反应器的硝化效率。规范上要求进入硝化池的BOD应小于80mg/L，颜胖子根据实践认为进入硝化池的碳源越低对硝化越有利。

在缺氧条件下，亚硝酸盐和硝酸盐被反硝化菌还原为氮气而从污水中逸出，从而达到除氮的目的，反硝化菌是一类化能异养兼性缺氧型微生物。当有分子态氧存在时，反硝化菌氧化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体，当无分子态氧存在时，反硝化细菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N3+和N5+做为电子受体生成水和OH-碱度，有机物则作为碳源提供电子供体提供能量并得到氧化稳定，由此可知反硝化反应须在缺氧条件下进行。从NO3-还原为N2的过程如下： NO3-→NO2-→NO→N2O→N2反硝化过程中，反硝化菌需要有机碳源（如碳水化合物、醇类、有机酸类）作为电子供体，利用NO3-中的氧进行缺氧呼吸。其反应过程可以简单用下式表示：

NO3-+4H(电子供体有机物)→1/2N2+H2O+2OH-+NO2-+3H(电子供体有机物)→1/2N2+H2O+OH-

综上，硝化、反硝化过程对有机物的存在是矛盾的：自养硝化菌适宜在低碳源环境下生存，在大量有机物存在时，对氧气和营养物质的竞争不如好氧异养菌，致使反应器内异养菌成为优势菌种；而反硝化反应需要有机碳源作为电子供体完成脱氮过程，这也是为什么碳源只能投加到反硝化池的原因。所以，如果仅仅是脱氨，是不需要充足的碳源的，也就是不需要投加碳源，但是如果是脱氮的全过程，就需要充足的碳源，在国内生活污水普遍不足的情况下投加碳源是必不可少的措施！

2、脱氮碳源的选择原则

1、外加碳源易被微生物降解，易被反硝化菌利用，不存在残留物对后续出水达标造成不利影响的问题；

2、反应速度足够快，确保所投加的碳源尽量在厌、缺氧功能区内耗尽，避免增加后续曝气系统的负担和运行成本；

3、不会对系统内的微生物种群类型和含量造成影响，避免投加碳源前后出现微生物的短暂适应性问题；

4、价格便宜，安全性好，且易于投加、保存和运输，可就近获得。

3、碳源的选择

目前，有的市政污水处理厂碳源投加费用居高，有的高达0.2-1.0元/吨，为降低污水处理的运行费用，必须选择性价比高的碳源。

1、以当量COD的单价来衡量碳源的价格

因各类碳源的组成成分不同，环保上通常以当量COD计算，一般采用万COD当量的计算方式，比如甲醇的当量COD为150万，即1吨的甲醇相当于1500公斤的COD当量，再换算成万COD当量的单价：

名称	纯度	价格元/吨	COD当量万COD当量	COD当量价格元/公斤
甲醇	99.9%	3000	150	20.00
乙酸	99.8%	4500	106.67	42.27
乙酸钠	30%	2000	78	85.47
葡萄糖	99%	3300	106.7	30.92
生物质碳源	100%	3200	70	45.71