废水中添加碳源的种类、作用、用量计算及注意事项。

废水中添加碳源的种类、作用、用量计算及注意事项

一、 为什么要添加碳源？（作用）

在废水生物处理（尤其是脱氮除磷）过程中，添加碳源的核心目的是为了给微生物（主要是异养型细菌）提供充足且易于利用的“食物”，以维持其正常的生命活动和新陈代谢。其主要作用体现在以下几个方面：
1. 生物脱氮（BNR）：
    原理：生物脱氮包括“硝化”和“反硝化”两个过程。在好氧条件下，硝化菌将氨氮（NH??）氧化成硝酸盐氮（NO??）；在缺氧条件下，反硝化菌需要利用有机碳源作为电子供体，将硝酸盐氮（NO??）还原成氮气（N?），从而从水中逸出。
   作用：当进水中的有机物（BOD/COD）不足时，反硝化过程会因“饥饿”而受阻，导致出水硝酸盐氮超标。此时，额外投加碳源是为反硝化菌提供“口粮”，保证脱氮效率。
2. 生物除磷（EBPR）：
   原理：聚磷菌在厌氧条件下释放磷，在好氧条件下过量吸收磷。在厌氧阶段，聚磷菌需要吸收挥发性脂肪酸（VFAs）等小分子有机物，并将其储存在体内，为后续好氧吸磷提供能量。
   作用：如果进水中有机物不足，聚磷菌在厌氧段无法获得足够的能量，会导致后续好氧段的吸磷能力下降。投加碳源（特别是易于发酵产生VFAs的碳源）可以强化生物除磷效果。
3. 提高BOD/N或BOD/P比值：
这是衡量碳源是否充足的关键指标。一般认为：
对于脱氮，BOD?/TKN > 4 是保证反硝化顺利进行的安全比值。
对于除磷，BOD?/TP > 20 是保证聚磷菌正常代谢的安全比值。
当实际进水低于这些比值时，就需要考虑外加碳源。
4. 促进系统启动与恢复：
  在污水处理厂启动初期或系统受到冲击后，微生物菌群薄弱，投加碳源可以快速培养和富集所需的微生物，加速系统恢复。
二、 常用的碳源种类及其优缺点
  碳源的选择需综合考虑成本、效率、安全性、运输储存和残留物等因素。【表格内容已优化显示】


| 碳源种类 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |


碳源种类: 甲醇（CH?OH）

优点: ? 反硝化速率快，效率高; ? 成本相对较低; ? 污泥产率低

缺点: ? 有毒、易燃易爆，危险性高; ? 需要较长的微生物适应期; ? 投加系统需防爆设计

适用场景: 大型污水处理厂，有严格安全管理的场合

碳源种类: 乙酸钠; （固体/液体）

优点: ? 微生物利用快，无需适应期; ? 反硝化速率快; ? 安全、无毒性、易储存

缺点: ? 成本较高; ? 会增加出水钠离子浓度，可能影响污泥活性和后续回用; ? 长期使用可能滋生丝状菌

适用场景: 中小型污水厂、应急投加、科研实验，对安全性要求高的场合

碳源种类: 葡萄糖

优点: ? 易得、安全、无毒; ? 价格相对便宜

缺点: ? 反硝化速率较慢; ? 容易引起细菌大量增殖，污泥产率高; ? 可能造成出水中残余COD偏高

适用场景: 系统启动阶段培养污泥，对脱氮效率要求不高的场合

碳源种类: 多种有机物复配; （如乙酸、醇类、糖类等）

优点: ? 反硝化速率通常优于乙酸钠; ? 低温环境下活性好; ? 性价比高，投加成本适中; ? 污泥产率较低

缺点: ? 成分复杂，质量需依赖可靠供应商; ? 可能需要小试确定最佳投加量

适用场景: 目前的主流选择，尤其适用于缺碳源、低温、提标改造等严苛条件

碳源种类: 食品加工废水; （如啤酒、淀粉废水）

优点: ? 废物利用，成本极低; ? 绿色环保

缺点: ? 成分和浓度不稳定，给运行控制带来难度; ? 需要额外的储存和输送设施; ? 可能有其他杂质引入

适用场景: 附近有稳定副产碳源的工业企业时，可作为优选

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三、 碳源用量的计算
    碳源投加量的计算核心是化学计量学，即根据化学反应方程式来确定各物质的比例。这里以反硝化脱氮为例，介绍最常用的计算方法。
理论基础
 以甲醇为碳源的反硝化反应方程式是计算的基准：
NO?? + 1.08CH?OH + 0.24H?CO? → 0.056C?H?NO? + 0.47N?↑ + 1.68H?O + HCO??
从这个方程可以得出，还原1g NO??-N 需要约2.47g 的甲醇。对于其他碳源，我们需要将其换算成相当于甲醇的用量。
计算步骤
步骤一：确定需要去除的硝酸盐氮量
N_need = Q (N_in - N_target)
`N_need`：需要去除的硝酸盐氮量 (kg/d)
`Q`：进水流量 (m?/d)
`N_in`：缺氧池进水硝酸盐氮浓度 (mg/L 或 g/m?)
`N_target`：设定的出水硝酸盐氮目标浓度 (mg/L 或 g/m?)
步骤二：计算所需碳源的理论量（以COD计）
C_COD = N_need Dc
`C_COD`：所需碳源的COD当量 (kg COD/d)
`Dc`：反硝化1kg硝酸盐氮所需碳源的COD量 (kg COD/kg NO??-N)。理论值一般为3.7 kg COD/kg NO??-N，但实际工程中通常取 4~6 kg COD/kg NO??-N，以留有安全余量。
步骤三：将COD需量转换为具体碳源的重量
C_mass = C_COD / (η K)
`C_mass`：每日需要投加的碳源质量 (kg/d)
`η`：碳源的反硝化利用率，通常取90%~95%（0.9~0.95）
`K`：该碳源的COD当量 (kg COD/kg 碳源)，这是关键参数！
常见碳源的K值（COD当量）：
甲醇（CH?OH）： 1.5 kg COD/kg
乙酸钠（CH?COONa）： 0.68 kg COD/kg (以纯品计)
葡萄糖（C?H??O?）： 1.07 kg COD/kg
复合碳源： 供应商会提供该值，通常在0.5-1.2之间，需以检测报告为准。
计算实例
情况： 某污水厂处理量Q=10,000 m?/d，缺氧池进水硝酸盐氮N_in=25 mg/L，目标出水N_target=5 mg/L。计划使用商品复合碳源，其产品说明书标明COD当量K=1.0 kg COD/kg。取Dc=4.5，η=0.9。
1. 需去除的硝酸盐氮量：
N_need = 10000 m?/d (25 - 5) g/m? / 1000 = 200 kg/d
2. 所需碳源的COD量：
C_COD = 200 kg/d 4.5 = 900 kg COD/d

3. 每日需投加的复合碳源质量：
C_mass = 900 kg COD/d / (0.9 1.0 kg COD/kg) = 1000 kg/d
因此，该厂每天需要投加约1吨的此种复合碳源。
重要提示：

以上为理论计算，实际运行中必须通过小试和实际监测来校正。建议采用阶梯实验：在数个烧杯中取缺氧池混合液，分别投加不同量的碳源，搅拌反应后，测定硝酸盐氮的下降速率和程度，找到最佳投加量。
四、 注意事项
1. 过量投加的风险：
  出水COD超标：未被利用的碳源会直接导致出水化学需氧量升高。
  浪费成本：碳源是污水厂运行的主要成本之一，过量投加造成巨大浪费。
  破坏菌胶团：可能导致丝状菌膨胀等问题。
2. 投加点的选择：
  通常选择在缺氧池的入口处，确保与进水充分混合。
  多点投加有时能获得更好的效果。
3. 碳源的选择策略：
  综合评价：不能只看单价，而要看单位脱氮成本（即去除1kg氮需要花费多少钱）。
  安全性优先：在没有完善防爆措施的场地，尽量避免使用甲醇。

适应性测试：在更换碳源前，务必进行现场试验，验证其效果和对系统的影响。
计算工具在d.is-fate.com/gongju里 在线使用。