反硝化碳源

如何選擇？

 PART 1            

        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，需要根據實(shí)際工程情況選擇合適的碳源?，F對各種常用的碳源進(jìn)行對比，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行費用低和污泥產(chǎn)量小的優(yōu)勢，在甲醇碳源不足時(shí)，存在亞硝酸鹽積累的現象。

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(lèi)?；?，儲存和使用均有嚴格要求。特別是其儲存需報當地公安部門(mén)備案審批，手續繁瑣。
② 微生物對甲醇的響應時(shí)間較慢，甲醇并不能被所有微生物利用，當甲醇用于污水處理廠(chǎng)應急投加碳源時(shí)效果不佳；
③ 甲醇具有一定的毒害作用，將甲醇作為長(cháng)期碳源，對尾水的排放也會(huì )造成一定的影響。

2.乙酸鈉

乙酸鈉的優(yōu)點(diǎn)在于它能立即響應反硝化過(guò)程，可作為水廠(chǎng)應急處置時(shí)使用。
乙酸鈉由于是小分子有機酸鹽的原因，反硝化菌易于利用，脫氮效果是最好的。通過(guò)實(shí)驗發(fā)現，碳氮比在4.6時(shí)，可以達到穩定的脫氮效果，而且它的水解物為小分子有機物，能容易被微生物降解，反硝化響應時(shí)間快，而且無(wú)毒，能作為應急碳源。但是，它價(jià)格較貴，產(chǎn)泥率高，對污水廠(chǎng)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，由于當量COD低，運輸費用高，不能遠距離運輸。

② 產(chǎn)泥量大，污泥處理費用增加；

③ 價(jià)格較為昂貴，污水處理廠(chǎng)大規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(lèi)同。但作為工業(yè)化產(chǎn)品，用做碳源確實(shí)浪費。
但其弊端有四點(diǎn)：
①乙酸為乙類(lèi)?；?，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(mén)監管多，儲存條件要求高。②多數污水處理廠(chǎng)遠離乙酸廠(chǎng)，運輸費用高，不能遠距離運輸。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，將乙酸應用于污水處理廠(chǎng)的大規模投加幾乎不可能。

4.糖類(lèi)

糖類(lèi)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。碳源對硝氮的比還原速率幾乎沒(méi)有影響，但是對亞硝氮的比積累速率影響較大，在研究中發(fā)現只有葡萄糖作為外加碳源時(shí)對亞硝氮的比累積速率沒(méi)有影響。

以葡萄糖為代表的糖類(lèi)物質(zhì)作為外加碳源使得脫氮效果良好，可是，糖類(lèi)作為多分子化合物，容易引起細菌的大量繁殖，導致污泥膨脹，增加出水中COD的值，影響出水水質(zhì)，同時(shí)，與醇類(lèi)碳源相比，糖類(lèi)物質(zhì)更容易產(chǎn)生亞硝態(tài)氮積累的現象。
但其弊端有二點(diǎn)：
①需要現場(chǎng)配置成溶液，勞動(dòng)強度大，投加精準性差，大型污水處理廠(chǎng)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(zhù)污水脫氮要求的提高，新興起專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)碳源的企業(yè)，他們通過(guò)生物工程原理，對一些糖類(lèi)、農產(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酸、醇類(lèi)、糖類(lèi)。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?xún)r(jià)比。
但其弊端：產(chǎn)品的穩定性待提高，使用前需對每批次產(chǎn)品當量COD進(jìn)行檢測。

6.污泥水解上清液

生物轉化揮發(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(chǎng)內部提供，在污泥減容的同時(shí)還減少了碳源運輸方面的問(wèn)題，所以它是目前比較有優(yōu)勢的碳源。
對于污泥水解利用做外碳源的研究，目前不同的結論有很多，但總體認為它作為反硝化脫氮系統的碳源是一種很有價(jià)值的方法?？墒?，對于不同的污泥，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統一化研究應用，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，勢必會(huì )增加污水處理廠(chǎng)的氮磷負荷，如何解決這個(gè)問(wèn)題，是利用污泥水解液的另一大難題。

PART 2

       碳源的選擇

目前，有的市政污水處理廠(chǎng)碳源投加費用居高，有的高達0.2-1.0元/噸，為降低污水處理的運行費用，必須選擇性?xún)r(jià)比高的碳源。

1.以當量COD的單價(jià)來(lái)衡量碳源的價(jià)格      

 因各類(lèi)碳源的組成成分不同，環(huán)保上通常以當量COD計算，一般采用萬(wàn)COD當量的計算方式，比如甲醇的當量COD為150萬(wàn)，即1噸的甲醇相當于1500公斤的COD當量，再換算成萬(wàn)COD當量的單價(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，計算時(shí)以實(shí)際采購為準；

（2）因甲醇是?；?，公安部門(mén)嚴禁在污水處理廠(chǎng)儲存；

（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)現乙酸鈉的當量COD單價(jià)確實(shí)昂貴，這個(gè)也是目前污水處理廠(chǎng)碳源投加成本高的原因；甲醇是最具性?xún)r(jià)比的碳源，但當冬天來(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(chǎng)價(jià)高達4500元/噸。

2.碳源投加量的確定

各類(lèi)碳源投加量都有一個(gè)相應的范圍，以下為經(jīng)驗數據，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 )出現亞硝態(tài)氮的累積，理想的COD/N為4.3～4.7。有文獻提到，甲醇為碳源時(shí)理想的COD/N為4.3～10.6。從實(shí)驗結果發(fā)現，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95%，產(chǎn)泥率在0.35左右。
（2）乙酸鈉：根據文獻，在污水中加入乙酸鈉作為碳源，碳氮比在4.6時(shí)，可以達到穩定的脫氮效果，而且它的水解物為小分子有機物，能容易被微生物降解，反硝化響應時(shí)間快，而且無(wú)毒，能作為應急碳源。但是，它價(jià)格較貴，產(chǎn)泥率高，對污水廠(chǎng)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)驗發(fā)現，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物，不易被微生物所利用，容易導致出水中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(lèi)碳源都能保證出水總氮達到排放標準，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量COD價(jià)格+投加量的綜合算法，需要理論計算加實(shí)際運行的投加量確定。
（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。
（3）保證污水運行的穩定性。
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(chǎng)的運行穩定，如盡可能的避免污泥膨脹、出水COD升高、亞硝基氮累積等。
根據以上，碳源的選擇，不是單純的經(jīng)濟帳，而是與穩定運行實(shí)際相緊密結合的?？茖W(xué)的選擇碳源，才能有效的降低污水處理廠(chǎng)的運行成本和污水處理廠(chǎng)的穩定運行。

PART 3         

          結論

當前，國內絕大多數的市政污水處理廠(chǎng)面臨著(zhù)必須投加碳源和碳源成本高的現實(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(zhù)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）新設計的污水處理廠(chǎng)可選用多級AO工藝，充分考慮堿度在污水處理中的重要作用，減少污泥內回流，達到更好的脫氮效果。（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）根據目前的發(fā)展趨勢，碳源的綜合成本將成為污水處理廠(chǎng)首選，新興的生物質(zhì)碳源是綜合碳源，利于生物降解，將逐漸占據主導地位，可以通過(guò)小規模的試用，避免走彎路。
（5）目前碳源的選擇種類(lèi)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?xún)r(jià)比最高的碳源作為首選碳源，乙酸鈉可以作為應急碳源儲備做應急使用。

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