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

备注：

（1）以上单价仅供参考，因工业产品价格变动大，计算时以实际采购为准；

（2）因甲醇是危化品，公安部门严禁在污水处理厂储存；

（3）葡萄糖因容易造成污泥膨胀，出水COD升高，较少使用；

通过上表，发现乙酸钠的当量COD单价确实昂贵，这个也是目前污水处理厂碳源投加成本高的原因；甲醇是最具性价比的碳源，但当冬天来临采暖用甲醇时，甲醇的单价也可能上升到4500元/吨，如乙酸，有的时候出厂价高达4500元/吨。

2、碳源投加量的确定

各类碳源投加量都有一个相应的范围，以下为经验数据，可以通过实际情况确定碳源的投加量，但要在实际运行中要兼顾到亚硝态氮的累积和产泥率：

（1）甲醇： 在甲醇投加量不足的情况下，会出现亚硝态氮的累积，理想的COD/N为4.3～4.7。有文献提到，甲醇为碳源时理想的COD/N为4.3～10.6。从实验结果发现，甲醇为碳源时，理想的投加量碳氮比大于5时，反硝化才能进行完全，硝态氮去除率可达95%，产泥率在0.35左右。

（2）乙酸钠： 根据文献，在污水中加入乙酸钠作为碳源，碳氮比在4.6时，可以达到稳定的脱氮效果，而且它的水解物为小分子有机物，能容易被微生物降解，反硝化响应时间快，而且无毒，能作为应急碳源。但是，它价格较贵，产泥率高，对污水厂的污泥处置会带来了一定的压力。

（3）工业葡萄糖： 阎宁经过实验发现，工业葡萄糖的理想碳氮比在6.4～7.5，比甲醇大得多，而且它是多分子有机物，不易被微生物所利用，容易导致出水中COD的上升，同时与甲醇、酒精相比，葡萄糖更易出现亚硝态氮的累积，因此，不建议大量使用葡萄糖作为碳源。

3、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。

4、建议

当前，国内绝大多数的市政污水处理厂面临着必须投加碳源和碳源成本高的现实，如何做到减少碳源投加和降低碳源成本，是污水处理行业面临着的共同问题，通过近几年碳源的使用实际使用情况，提出如下的建议：

（1）重塑厌氧池和缺氧池流态，促进池容近100%的利用，避免短流，提高混合效率和碳源利用率，尽量减少碳源投加或者不投加。

（2）新设计的污水处理厂可选用多级AO工艺，充分考虑碱度在污水处理中的重要作用，减少污泥内回流，达到更好的脱氮效果。

（3）碳源选择与投加，需要综合考虑各种因素，除碳氮比这个参数外，重点要考虑水的流态、碱度和水温这3方面的影响。

（4）根据目前的发展趋势，碳源的综合成本将成为污水处理厂首选，新兴的生物质碳源是综合碳源，利于生物降解，将逐渐占据主导地位，可以通过小规模的试用，避免走弯路。

（5）目前碳源的选择种类很多，也有外资品牌来抢占碳源的市场，在保证不产生二次污染的情况下，选择性价比最高的碳源作为首选碳源，乙酸钠可以作为应急碳源储备做应急使用。

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全部回复（1 ）

只看楼主我来说两句 抢板凳

yj蓝天沙发

好资料，对于碳源选择和投加有很好的参考作用，学习啦，谢谢楼主分享

2023-08-06 08:45:06
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