隨著國(guó)家對(duì)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，其中總氮排放的要求也進(jìn)一步提高,尤其一些地區(qū)要求市政污水處理廠提標(biāo)到地表水準(zhǔn)四類標(biāo)準(zhǔn)，其中要求總氮小于10PPM，為保證總氮達(dá)標(biāo)排放，通過(guò)外加碳源降低污水中總氮的量，成為了目前唯一適用于實(shí)踐的手段。
一、碳源介紹
目前市面上常用的碳源：甲醇、乙酸、乙酸鈉、面粉、葡萄糖、生物質(zhì)碳源及污泥水解上清液等。在使用過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際工程情況選擇合適的碳源。現(xiàn)對(duì)各種常用的碳源進(jìn)行對(duì)比，分析各種碳源的優(yōu)缺點(diǎn)：
1、甲醇
甲醇作為外碳源具有運(yùn)行費(fèi)用低和污泥產(chǎn)量小的優(yōu)勢(shì)，在甲醇碳源不足時(shí)，存在亞硝酸鹽積累的現(xiàn)象。以甲醇為碳源時(shí)的反硝化速率比以葡萄糖為碳源時(shí)快3倍，其最佳碳氮比(COD：氨氮)為 2.8～3.2 。
但甲醇作為外加碳源時(shí)，有以下3點(diǎn)問(wèn)題需關(guān)注：
① 甲醇易燃，為甲類危化品，儲(chǔ)存和使用均有嚴(yán)格要求。特別是其儲(chǔ)存需報(bào)當(dāng)?shù)毓膊块T備案審批，手續(xù)繁瑣。
② 微生物對(duì)甲醇的響應(yīng)時(shí)間較慢，甲醇并不能被所有微生物利用，當(dāng)甲醇用于污水處理廠應(yīng)急投加碳源時(shí)效果不佳;
③ 甲醇具有一定的毒害作用，將甲醇作為長(zhǎng)期碳源，對(duì)尾水的排放也會(huì)造成一定的影響。
2、乙酸鈉
乙酸鈉的優(yōu)點(diǎn)在于它能立即響應(yīng)反硝化過(guò)程，可作為水廠應(yīng)急處置時(shí)使用。
乙酸鈉由于是小分子有機(jī)酸鹽的原因，反硝化菌易于利用，脫氮效果是最好的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，碳氮比在4.6時(shí)，可以達(dá)到穩(wěn)定的脫氮效果，而且它的水解物為小分子有機(jī)物，能容易被微生物降解，反硝化響應(yīng)時(shí)間快，而且無(wú)毒，能作為應(yīng)急碳源。但是，它價(jià)格較貴，產(chǎn)泥率高，對(duì)污水廠的污泥處置會(huì)帶來(lái)了一定的壓力。
使用乙酸鈉要考慮以下3點(diǎn)：
① 乙酸鈉多為20%、25%、30%的液體，由于當(dāng)量COD低，運(yùn)輸費(fèi)用高，不能遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。
② 產(chǎn)泥量大，污泥處理費(fèi)用增加;
③ 價(jià)格較為昂貴，污水處理廠大規(guī)模投加乙酸鈉幾乎不可能。
3、乙酸
乙酸作為碳源，與乙酸鈉類同。但作為工業(yè)化產(chǎn)品，用做碳源確實(shí)浪費(fèi)。
但其弊端有四點(diǎn)：
①乙酸為乙類危化品，也是揮發(fā)性酸，是大氣污染VOC的重要組成部分，環(huán)保部門監(jiān)管多，儲(chǔ)存條件要求高。
②多數(shù)污水處理廠遠(yuǎn)離乙酸廠，運(yùn)輸費(fèi)用高，不能遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。
③乙酸代謝后的氫離子有降低出水pH的可能。
④ 乙酸價(jià)格市場(chǎng)變化大，高價(jià)時(shí)做碳源價(jià)格昂貴，將乙酸應(yīng)用于污水處理廠的大規(guī)模投加幾乎不可能。
4、糖類
糖類外加碳源中，以面粉、蔗糖、葡萄糖為主，由于葡萄糖是最簡(jiǎn)單的糖，所以目前研究比較多。當(dāng)碳源充足時(shí)，以葡萄糖為碳源的最佳碳氮比較甲醇為碳源時(shí)高得多，為 6∶1～7∶1。碳源對(duì)硝氮的比還原速率幾乎沒(méi)有影響，但是對(duì)亞硝氮的比積累速率影響較大，在研究中發(fā)現(xiàn)只有葡萄糖作為外加碳源時(shí)對(duì)亞硝氮的比累積速率沒(méi)有影響。
以葡萄糖為代表的糖類物質(zhì)作為外加碳源使得脫氮效果良好，可是，糖類作為多分子化合物，容易引起細(xì)菌的大量繁殖，導(dǎo)致污泥膨脹，增加出水中COD的值，影響出水水質(zhì)，同時(shí)，與醇類碳源相比，糖類物質(zhì)更容易產(chǎn)生亞硝態(tài)氮積累的現(xiàn)象。
但其弊端有二點(diǎn)：
①需要現(xiàn)場(chǎng)配置成溶液，勞動(dòng)強(qiáng)度大，投加精準(zhǔn)性差，大型污水處理廠無(wú)法使用。
②工業(yè)葡萄糖含雜質(zhì)多，食品葡萄糖價(jià)格貴。
5、生物質(zhì)碳源
隨著污水脫氮要求的提高，新興起專業(yè)生產(chǎn)碳源的企業(yè)，他們通過(guò)生物工程原理，對(duì)一些糖類、農(nóng)產(chǎn)品廢料等進(jìn)行發(fā)酵，生產(chǎn)無(wú)毒無(wú)害的生物制品，主要組分是小分子有機(jī)酸、醇類、糖類。其較單一的化學(xué)品更容易被微生物利用，其使用成本比單一化學(xué)品便宜，具備極高的性價(jià)比。
但其弊端：
①產(chǎn)品的穩(wěn)定性待提高，使用前需對(duì)每批次產(chǎn)品當(dāng)量COD進(jìn)行檢測(cè)。
6、污泥水解上清液
生物轉(zhuǎn)化揮發(fā)酸VFA 來(lái)源于污泥水解的上清液，由于水解所產(chǎn)生的 VFA 擁有很高的反硝化速率，碳源可以直接由污水廠內(nèi)部提供，在污泥減容的同時(shí)還減少了碳源運(yùn)輸方面的問(wèn)題，所以它是目前比較有優(yōu)勢(shì)的碳源。
對(duì)于污泥水解利用做外碳源的研究，目前不同的結(jié)論有很多，但總體認(rèn)為它作為反硝化脫氮系統(tǒng)的碳源是一種很有價(jià)值的方法。可是，對(duì)于不同的污泥，不同的水解條件，所產(chǎn)生的VFA 的組分有較大的差別，而由于組分不同，又能引起反硝化速率的不同(這也是為何很多研究不一致的原因)，所以，如何將污泥水解的產(chǎn)物VFA統(tǒng)一化研究應(yīng)用，還是一個(gè)比較大的難題。
除此以外，若直接將水解污泥作為外碳源，還要考慮到污泥水解過(guò)程中氮磷的釋放問(wèn)題，這部分氮磷若以碳源的形式投加到污水中，勢(shì)必會(huì)增加污水處理廠的氮磷負(fù)荷，如何解決這個(gè)問(wèn)題，是利用污泥水解液的另一大難題
二、碳源的選擇
目前，有的市政污水處理廠碳源投加費(fèi)用居高，有的高達(dá)0.2-1.0元/噸，為降低污水處理的運(yùn)行費(fèi)用，必須選擇性價(jià)比高的碳源。
1、以當(dāng)量COD的單價(jià)來(lái)衡量碳源的價(jià)格
因各類碳源的組成成分不同，環(huán)保上通常以當(dāng)量COD計(jì)算，一般采用萬(wàn)COD當(dāng)量的計(jì)算方式，比如甲醇的當(dāng)量COD為150萬(wàn)，即1噸的甲醇相當(dāng)于1500公斤的COD當(dāng)量，再換算成萬(wàn)COD當(dāng)量的單價(jià)：
備注：
(1)以上單價(jià)僅供參考，因工業(yè)產(chǎn)品價(jià)格變動(dòng)大，計(jì)算時(shí)以實(shí)際采購(gòu)為準(zhǔn);
(2)因甲醇是危化品，公安部門嚴(yán)禁在污水處理廠儲(chǔ)存;
(3)葡萄糖因容易造成污泥膨脹，出水COD升高，較少使用;
通過(guò)上表，發(fā)現(xiàn)乙酸鈉的當(dāng)量COD單價(jià)確實(shí)昂貴，這個(gè)也是目前污水處理廠碳源投加成本高的原因;甲醇是最具性價(jià)比的碳源，但當(dāng)冬天來(lái)臨采暖用甲醇時(shí)，甲醇的單價(jià)也可能上升到4500元/噸，如乙酸，有的時(shí)候出廠價(jià)高達(dá)4500元/噸。
2、碳源投加量的確定
各類碳源投加量都有一個(gè)相應(yīng)的范圍，以下為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以通過(guò)實(shí)際情況確定碳源的投加量，但要在實(shí)際運(yùn)行中要兼顧到亞硝態(tài)氮的累積和產(chǎn)泥率：
(1)甲醇：在甲醇投加量不足的情況下，會(huì)出現(xiàn)亞硝態(tài)氮的累積，理想的COD/N為4.3～4.7。有文獻(xiàn)提到，甲醇為碳源時(shí)理想的COD/N為4.3～10.6。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甲醇為碳源時(shí)，理想的投加量碳氮比大于5時(shí)，反硝化才能進(jìn)行完全，硝態(tài)氮去除率可達(dá)95%，產(chǎn)泥率在0.35左右。
(2)乙酸鈉：根據(jù)文獻(xiàn)，在污水中加入乙酸鈉作為碳源，碳氮比在4.6時(shí)，可以達(dá)到穩(wěn)定的脫氮效果，而且它的水解物為小分子有機(jī)物，能容易被微生物降解，反硝化響應(yīng)時(shí)間快，而且無(wú)毒，能作為應(yīng)急碳源。但是，它價(jià)格較貴，產(chǎn)泥率高，對(duì)污水廠的污泥處置會(huì)帶來(lái)了一定的壓力。
(3)工業(yè)葡萄糖：閻寧經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，工業(yè)葡萄糖的理想碳氮比在6.4～7.5，比甲醇大得多，而且它是多分子有機(jī)物，不易被微生物所利用，容易導(dǎo)致出水中COD的上升，同時(shí)與甲醇、酒精相比，葡萄糖更易出現(xiàn)亞硝態(tài)氮的累積，因此，不建議大量使用葡萄糖作為碳源。
3、碳源的選擇
在理論上，各類碳源都能保證出水總氮達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但要考慮多個(gè)因素：
(1)碳源投加的成本
投加成本是碳源的當(dāng)量COD價(jià)格+投加量的綜合算法，需要理論計(jì)算加實(shí)際運(yùn)行的投加量確定;
(2)碳源產(chǎn)泥率
投加碳源，必定會(huì)增加污泥的產(chǎn)量，而污泥處理成本很高，這個(gè)是選擇碳源必須考慮到的重要一項(xiàng)。
(3)保證污水運(yùn)行的穩(wěn)定性
投加碳源目的是為了脫氮，因此在選擇碳源的時(shí)候，要兼顧污水處理廠的運(yùn)行穩(wěn)定，如盡可能的避免污泥膨脹、出水COD升高、亞硝基氮累積等。
根據(jù)以上，碳源的選擇，不是單純的經(jīng)濟(jì)帳，而是與穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)際相緊密結(jié)合的。科學(xué)的選擇碳源，才能有效的降低污水處理廠的運(yùn)行成本和污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行。
三、結(jié)論
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)的市政污水處理廠面臨著必須投加碳源和碳源成本高的現(xiàn)實(shí)，如何做到減少碳源投加和降低碳源成本，是污水處理行業(yè)面臨著的共同問(wèn)題，通過(guò)近幾年碳源的使用實(shí)際使用情況，提出如下的建議：
(1)重塑厭氧池和缺氧池流態(tài)，促進(jìn)池容近100%的利用，避免短流，提高混合效率和碳源利用率，盡量減少碳源投加或者不投加。
(2)新設(shè)計(jì)的污水處理廠可選用多級(jí)AO工藝，充分考慮堿度在污水處理中的重要作用，減少污泥內(nèi)回流，達(dá)到更好的脫氮效果。
(3)碳源選擇與投加，需要綜合考慮各種因素，除碳氮比這個(gè)參數(shù)外，重點(diǎn)要考慮水的流態(tài)、堿度和水溫這3方面的影響。
(4)根據(jù)目前的發(fā)展趨勢(shì)，碳源的綜合成本將成為污水處理廠首選，新興的生物質(zhì)碳源是綜合碳源，利于生物降解，將逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，可以通過(guò)小規(guī)模的試用，避免走彎路。
(5)目前碳源的選擇種類很多，也有外資品牌來(lái)?yè)屨继荚吹氖袌?chǎng)，在保證不產(chǎn)生二次污染的情況下，選擇性價(jià)比最高的碳源作為首選碳源，乙酸鈉可以作為應(yīng)急碳源儲(chǔ)備做應(yīng)急使用。