污水处理碳源投加技术

污水处理碳源投加技术

一、污水处理为什么要投加碳源？

在污水处理过程中，总氮超标很可能和碳源不足，今天咱们就来聊聊污水处理中碳源的那些事儿。

微生物在污水处理中可是起着大作用呢，它们就像一个个勤劳的小工人，帮我们分解污水中的污染物。而碳源，就是这些小工人的 “食物”。微生物的生长、繁殖和代谢活动都离不开碳源。碳源不仅能为微生物提供能量，就像我们人类吃饭获取能量一样，还参与细胞结构的构建，是构成微生物细胞壁、蛋白质、核酸等生物大分子的基本成分 。比如，在反硝化过程中，反硝化细菌需要利用碳源作为电子供体，将硝酸盐（NO??）还原为氮气（N?），从而实现脱氮的目的。要是碳源不足，这些小工人就没了干劲，污水处理的效果自然就大打折扣啦。

 

二、什么时候需要投加碳源？

1.BOD/COD 比值失衡

在判断是否需要投加碳源时，BOD/COD 比值是一个重要的参考指标。BOD，也就是生化需氧量 ，它反映的是在有氧条件下，水中微生物分解有机物所需的溶解氧的质量浓度，代表了废水中可被微生物降解的有机物的总量。而 COD，化学需氧量 ，是在一定条件下，使用化学氧化剂（如重铬酸钾或高锰酸钾）处理水样时所消耗的氧化剂量，反映了水中受还原性物质（尤其是有机物）污染的程度。当污水中的 BOD 与 COD 的比值低于 0.3 时，就表明污水中可生物降解的有机物含量较低，微生物活性受限，此时就需要适当投加碳源，来提升微生物的降解能力 。

2.硝化与反硝化过程需求

在污水处理中，硝化与反硝化过程对于氮素的去除至关重要。先说厌氧氨氧化，它是在厌氧条件下，由厌氧氨氧化菌主导，以氨氮（NH??-N）为电子供体，亚硝酸盐氮（NO??-N）为电子受体，将氨氮和亚硝酸盐氮直接转化为氮气（N?）的生物脱氮过程。而反硝化脱氮则是在缺氧或低氧条件下，反硝化细菌利用有机物或硫化物作为电子供体，将硝酸盐或亚硝酸盐还原为氮气。在这两个过程中，都需要足够的有机碳作为电子供体 。要是系统内部碳源不足，反硝化反应就可能受阻，进而影响脱氮效果，所以此时就需要额外补充碳源 。

 

3.污泥沉降性能下降

污泥沉降性能也是判断是否需要投加碳源的一个关键因素。当污泥沉降性能变差，也就是 SVI（污泥体积指数）值升高时，很可能是由于微生物代谢产生的多糖类物质减少导致的。这时候，适当投加碳源能够恢复污泥的正常结构与功能，提高污泥的沉降性能 ，让污水处理系统能够稳定运行。

4.低温期运行

微生物的活性和温度密切相关，在低温环境下，微生物活性会显著降低，自我合成碳源的能力也会减弱。就好比我们人在冬天会变得懒洋洋的，不想动，微生物也是一样。为了保证生化系统在低温期能稳定运行，就可能需要增加碳源的投加量，来维持微生物的活性 ，让它们能够继续有效地分解污水中的污染物。

5.出水水质不达标

如果经过常规处理流程后，出水水质仍无法达到排放标准，尤其是 COD 指标持续偏高时，这就提示我们可能需要通过投加碳源来增强污染物的生物降解效果，从而提升出水水质 ，让处理后的水能够符合排放要求，减少对环境的污染。

6.生化处理效率与 CNP 比失衡

这里的 CNP 比指的是污水中的碳、氮、磷的比例。微生物的生长代谢需要合适的 CNP 比，一般认为碳氮比（CN 比）在 4 - 6 之间比较适宜微生物进行生物降解。当污水中的碳元素不足，也就是 CN 比低于这个范围时，就需要额外投加碳源，来满足微生物进行生物降解过程中的能量需求 ，保证生化处理的效率。

7.总氮达标或客户特定要求

在污水处理中，实现总氮的去除目标是很重要的。如果原水体中的有机物不足以提供足够的碳源来支持反硝化菌利用 NOx - N 还原为氮气，那么为了达到总氮去除的目标，或者满足客户的特定要求，就需要补充碳源 ，让反硝化菌有足够的 “食物”，顺利地将氮素转化为氮气排出，实现污水的达标处理。

二、碳源投加有哪些种类？

了解了什么时候需要投加碳源，接下来我们再讲讲污水处理中常用的碳源种类，以及它们各自的优缺点。现在市面上常见的碳源有甲醇、乙酸钠、葡萄糖、复合碳源、糖蜜 / 食品废水和污泥水解产物，下面咱们就来详细说说。

1.甲醇

甲醇算得上是一种经典的碳源了，它的优点还真不少。首先，它的 COD 当量高，1g 甲醇可提供约 1.5g COD，投加量较少就能满足需求。而且甲醇反硝化速率快，能高效地帮助反硝化细菌将硝态氮转化为氮气，尤其适用于高负荷脱氮场景，其反硝化速率是葡萄糖等碳源的 3 倍 。同时，它在反硝化过程中产泥量少，这就减少了后续污泥处理的负担，也降低了污泥处理的成本。

不过甲醇也有让人头疼的缺点。它是甲类危化品，属于剧毒物质，蒸气与空气混合还可形成爆炸性混合物，这就导致储存和使用时都得有严格的安全措施，储存需报当地公安部门备案审批，手续繁琐。而且，部分厌氧微生物难以吸收甲醇，可能引发污泥膨胀 。微生物对甲醇的响应时间也比较慢，它并不能被所有微生物利用，要是用于污水处理厂应急投加碳源，效果往往不太好 。此外，甲醇对人体及微生物具有毒性，长期使用可能影响尾水排放安全，导致微生物代谢异常 。在低温环境下，甲醇还容易结晶，冬季流动性差，会给使用带来不便 。

 

2.乙酸钠

乙酸钠是小分子有机酸盐，反硝化菌易于利用，脱氮效果是比较好的 。它能立即响应反硝化过程，反硝化响应时间快，可作为水厂应急处置时使用。而且乙酸钠无毒，非危险品，易于运输和储存，减少了处理设施的安全风险 。它的水解物为小分子有机物，能容易被微生物降解 ，在碳氮比在 4.6 时，就可以达到稳定的脱氮效果 。

但是乙酸钠的价格相对较贵，这就导致使用成本比较高。它当量 COD 低，如果是 20%、25%、30% 的液体，运输费用会比较高，不太适合远距离运输 。并且，乙酸钠的产泥量大，这会增加污泥处理的费用，对污水厂的污泥处置带来一定的压力 。此外，乙酸钠的投加还容易导致系统 pH 波动，可能引起泡沫问题，影响污水处理系统的稳定运行 。

3.葡萄糖

葡萄糖是一种单糖，分子结构简单，化学性质稳定，易长期储存，而且无毒无害，运输和储存都相对方便，不会对操作人员造成健康风险 。在污水处理中，它能被微生物快速吸收利用，在缺氧或厌氧环境下，反硝化细菌可以利用葡萄糖提供的碳源，将硝酸盐氮转化为氮气，从而降低水体中的氮含量 。它还能促进聚磷菌的代谢，帮助生物除磷 ，适量投加葡萄糖可以优化污泥的沉降性能，提高污水处理系统的稳定性 。并且，葡萄糖还可作为复合碳源的原料 。

然而，葡萄糖也存在一些弊端。它的污泥产率极高，会增加后续污泥处理的工作量和成本 。而且，葡萄糖需要水解为单糖后才能被微生物利用，这就使得反硝化过程存在一定的滞后性 。另外，葡萄糖作为多分子化合物，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 。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 。如果是固体葡萄糖，溶解时还需额外搅拌设备，并且需要人工配药，这就增加了操作的复杂性和劳动强度 。

 

4.复合碳源

复合碳源是多种碳源混合物的总称，由两种或两种以上的有效碳源成分组成，这些成分之间相互兼容且无化学反应 。它的成本相对较低，这对于需要大量投加碳源的污水处理厂来说，可以有效降低运行成本 。复合碳源中含小分子酸、多糖等，组分可控，适应性广，能够满足不同水质和处理工艺对碳源的需求 。它还具有高效性，能够迅速被微生物利用，提高污水处理的效率 ，还能节省碳源的使用量 。并且，复合碳源包含多种碳化合物，以及反硝化过程所需的微量元素，这种多样性有利于微生物的生长和代谢 。它克服了传统碳源产品投加量大、低温水环境溶解度下降、结晶、吸收率低、总氮去除率差等缺点 ，是一种安全、绿色、高效的碳源补充剂，不会对环境造成污染和破坏 。

不过，目前复合碳源市场上产品质量参差不齐，质量波动比较大，容易出现造假现象 ，所以需要对供应商进行严格审核 。有些复合碳源产品可能还含有抑制性物质，会对微生物的生长和代谢产生不利影响，在使用前需要进行充分的检测和评估 。

5.糖蜜 / 食品废水

糖蜜和食品废水作为碳源，最大的优势就是成本超低，一般价格低于 500 元 / 吨 ，这对于追求低成本运行的污水处理厂来说，是非常有吸引力的 。同时，利用糖蜜 / 食品废水作为碳源，实现了废弃物的资源化利用，符合环保和可持续发展的理念 。

但是，糖蜜 / 食品废水的 COD 当量不太稳定，会有高有低，这就给碳源投加量的精准控制带来了困难 。而且，这些废水通常含有较多的杂质，如悬浮物、胶体等，在使用前需要进行过滤预处理，增加了处理的工序和成本 。

 

6.污泥水解产物

污泥水解产物作为碳源，实现了污泥的资源化利用，不仅零成本，还能达到污泥减量化的目的，符合循环经济的发展要求 。而且，污泥水解产物中的碳源可以直接由污水厂内部提供，减少了碳源运输方面的问题 ，水解所产生的 VFA（挥发性脂肪酸）拥有很高的反硝化速率 。

然而，污泥水解产物的产率不太稳定，受到污泥种类、水解条件等多种因素的影响 。并且，要实现污泥水解，需要投入较高的资金建设配套的水解设施 。此外，污泥水解过程中还会释放出氮磷等物质，会增加污水处理厂的氮磷负荷 。而且，污泥水解产物中的碳释放速度比较慢，可能无法满足一些对碳源需求较为紧迫的污水处理工艺的要求 。

三、碳源投加的注意事项

1.添加量的控制

在碳源投加过程中，添加量的精准控制是非常重要的。要是碳源投加量过多，不仅会造成资源的浪费，增加污水处理的成本，还可能导致微生物过度繁殖，出现污泥膨胀等问题，影响污水处理系统的正常运行 。过量的碳源还可能使处理后的水中残留较高的有机物含量，导致出水水质恶化，甚至可能引发二次污染 。相反，如果碳源投加量过少，微生物就得不到足够的 “食物”，反硝化效率会降低，无法有效地将硝酸盐还原为氮气，导致脱氮效果不佳，处理后的水中残留较高浓度的硝酸盐，影响出水质量，也可能导致排放超标 。同时，碳源不足还会限制微生物的生长和繁殖，降低整个系统的处理效率，延长处理时间 。

为了精准控制碳源的添加量，需要综合考虑水质、处理工艺、微生物活性等因素。可以通过水质监测，实时了解污水中污染物的浓度和种类，根据处理工艺的要求和微生物的需求，利用相关公式进行计算，确定合适的碳源投加量 。在实际运行过程中，还需要根据处理效果进行动态调整，不断优化碳源投加策略 。

2.添加时间的把握

碳源的添加时间对污水处理效果也有着重要的影响。如果投加时间过早，碳源可能会在微生物需要之前就被消耗掉，导致在关键的处理阶段碳源不足，影响处理效果 。比如在反硝化过程中，如果碳源提前被其他微生物利用，那么反硝化细菌就无法获得足够的碳源来进行脱氮反应，从而导致总氮去除率降低 。而投加时间过晚，微生物可能无法及时获取碳源，无法迅速启动代谢活动，同样会影响处理效率 。

要把握好碳源的添加时间，就需要深入了解微生物的代谢规律和污水处理工艺的各个阶段 。例如，在 A2/O 工艺中，碳源通常在缺氧段投加，因为这个阶段反硝化细菌需要碳源来进行反硝化反应 。可以通过在线监测设备，实时监测污水中相关指标的变化，如溶解氧、硝酸盐氮等，根据这些指标的变化情况，准确判断微生物的代谢状态，从而确定最佳的碳源投加时间 。

 

3.加入碳源的稳定性

碳源加入污水后，需要保证其能够均匀分布，具有良好的稳定性，这样才能确保微生物能够充分接触和利用碳源 。如果碳源分布不均匀，出现局部高浓度的情况，可能会对好氧处理效果产生不利影响 。高浓度的碳源会使局部微生物过度繁殖，消耗大量的溶解氧，导致局部缺氧，影响其他微生物的正常生长和代谢 。

为了保证碳源的稳定性和均匀分布，可以采用合理的投加设备和搅拌措施 。选择合适的投加方式，如多点投加、连续投加等，使碳源能够更均匀地分散在污水中 。利用搅拌设备，对污水进行适度搅拌，促进碳源与污水的充分混合，确保微生物能够在整个处理区域内都有机会接触到碳源 。同时，还需要定期检查投加设备和搅拌设备的运行情况，确保其正常工作 。

4.加入碳源对污水质量的影响

在选择和投加碳源时，一定要关注碳源是否会对处理后污水的质量产生负面影响 。有些碳源可能会引入新的污染物，如重金属、有毒有害物质等，这些污染物可能会在处理后的污水中残留，对环境造成潜在的危害 。一些工业废水或废弃物作为碳源时，可能含有难以降解的有机物或其他杂质，会影响后续污水的回用 。如果处理后的污水用于灌溉、景观用水等，碳源引入的污染物可能会对植物生长、水体生态系统等造成不良影响 。

因此，在选择碳源之前，需要对碳源进行全面的检测和评估，了解其成分和潜在的风险 。优先选择那些对环境友好、不会引入新污染物的碳源 。在投加碳源后，也要加强对处理后污水质量的监测，确保各项指标符合排放标准和回用要求 。如果发现碳源对污水质量产生了不良影响，要及时调整碳源的种类或投加量 。

总结

碳源在污水处理中起着举足轻重的作用，它是微生物生长和代谢的关键营养物质，直接影响着污水处理的效率和效果 。在 BOD/COD 比值失衡、硝化与反硝化过程需求、污泥沉降性能下降、低温期运行、出水水质不达标、生化处理效率与 CNP 比失衡以及总氮达标或客户有特定要求等情况下，都可能需要投加碳源 。

常用的碳源种类各有优缺点，甲醇 COD 当量高、反硝化速率快，但毒性大、储存要求高；乙酸钠反硝化响应快、安全性高，但价格贵、产泥量大；葡萄糖易储存、无毒害，但污泥产率高、反硝化有滞后性；复合碳源成本低、适应性广，但市场产品质量参差不齐；糖蜜 / 食品废水成本低、实现废弃物资源化利用，但 COD 当量不稳定、杂质多；污泥水解产物零成本、可实现污泥减量化，但产率不稳定、需配套设施 。

在投加碳源时，要特别注意添加量的控制，避免过多或过少影响处理效果和成本；把握好添加时间，根据微生物代谢规律和工艺阶段精准投加；保证加入碳源的稳定性，通过合理投加设备和搅拌措施使其均匀分布；关注加入碳源对污水质量的影响，选择对环境友好、不引入新污染物的碳源 。

只有全面了解碳源投加的相关知识，并在实际操作中科学合理地应用，才能确保污水处理系统稳定高效运行，实现污水的达标排放，为环境保护贡献力量 。