反硝化 碳源比较分析

我国城市污水普遍存在反硝化碳源不足的问题，碳源不足已成为制约生物脱氮效率的重要因素，污水处理厂选择外加碳源时，不仅要考虑其经济成本和效益，同时需要兼顾碳源本身的安全性，以及生物池内的实际有效停留时间等因素，污水处理厂对碳源的选择应遵循以下原则：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间题；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。

因此，我们根据现在各大水厂主要使用的几种碳源：甲醇、乙酸钠、葡萄糖，作为对比，分析哪种物质可以作为最合适的碳源。

1、储存、运输等条件的综合对比：

通过上表几种碳源的对比，结合实际使用可得知：甲醇是易燃易爆危险品，长期接触甲醇可使人致盲。企业使用甲醇须取得危险品使用许可证，且使用甲醇要求设备须是防爆设备，因此固定资产投资大，后期运维成本高。使用甲醇的企业VOC也很难达标，受政府部门监管成本高。而乙酸钠和葡萄糖则没有上述缺点。

2、降氮效果以及速率的对比：
通过模拟水厂厌氧、缺氧条件，在污水中加入同等COD值的不同碳源，搅拌两小时，每半小时分别取样，测定总氮的变化数据如下图所示

可以看出乙酸钠是反应最迅速的碳源，同时对总氮的降低程度也是最大的，甲醇和葡萄糖基本相当。甲醇和葡萄糖生物利用率低，次生成本高从     上图可见，虽然甲醇单价便宜，但由于生物利用速率低，过多的甲醇没有被利用，浪费严重，不仅如此，这些过量甲醇进入下一步工艺会滋生大量菌泥，推高水厂处理菌泥的成本。而乙酸钠因其高效性则会缩短污水处理周期，从而提高生产效率，提升了污水日处理量。

3、对比碳源对污泥驯化时间的影响
通过查阅各种资料得知，甲醇需驯化污泥29天才会达到最稳定的反硝化效果，葡萄糖需要23天，而乙酸钠投加一天之内就可以达到最稳定的效果。

4、各种碳源在污泥中的被利用的模式：
甲醇需要先变成甲醛，再变成甲酸才能被污泥中的反硝化细菌利用；葡萄糖为六个碳的有机物，不能被微生物利用，需要在水中先分解为三个碳的有机物才能被利用；而乙酸钠可直接被微生物利用，在三种碳源中最快速的被利用。

综上所述：
葡萄糖的利用率最低，降氮速率更不能和乙酸钠相比；考虑到运输，储存以及价格乙酸钠和甲醇综合经济性相差无几，甚至比甲醇更合适，所以乙酸钠是到目前为止，所发现的碳源中，最高效，最环保，生物利用率最高的碳源。

这是个古老而又年轻的问题，说起古老，一些老专家都认为，碳原子数目越少越容易被利用，甲醇是首选。说真的，我是持怀疑态度的，只是大家都这么认为（一些专家也不知其所以然），在专家论证会上，你要是有不同看法，人家还认为你太嫩。说其年轻，我认为有必要当作一个新的问题在实践中反复摸索。毕竟实践才是检验真理的唯一标准。从微生物化学的角度来看，应该首选乙酸，因为乙酸会转变成三羧酸循环，迅速得到有效利用，A2O工艺中厌氧池聚磷菌利用挥发性脂肪酸就是这个道理。而后来的丙酸，丁酸等多碳原子最后都要转变成乙酰辅酶A才能直接进入三羧酸循环。

1、甲醇：普遍认为甲醇作为外碳源具有运行费用低和污泥产量小的优势。阎宁发现，在甲醇碳源不足时，存在亚硝酸盐积累的现象。以甲醇为碳源时的反硝化速率比以葡萄糖为碳源时快3倍，最佳碳氮比（COD：氨氮）为 2.8～3.2 。

从目前研究来看， 甲醇作为碳源时，C/N>5 时能达到较好的效果，但其弊端有三点：1）作为化学药剂，成本相对较高；2）响应时间较慢，甲醇并不能被所有微生物利用，当投加甲醇后，需要一定的适应期直到它完全富集，发挥全部效果，当用于污水处理厂应急投加碳源时效果不佳；3）甲醇具有一定的毒害作用，长期用甲醇作为碳源，对尾水的排放也会造成一定的影响。

2、乙酸钠：乙酸钠的优点在于它能立即响应反硝化过程，能用作水厂运行时的应急处理。乙酸钠由于是小分子有机酸的原因， 反硝化菌易于利用，碳氮比4.6时，可以达到稳定的脱氮效果，脱氮效果是最好的。 但是，由于价格较为昂贵，污泥产率高， 且目前污水厂的污泥处置问题也是一个较大的攻关难题，所以，将乙酸钠应用于污水处理厂的大规模投加几乎不可能。

3、糖类：糖类物质中，以面粉、蔗糖、葡萄糖为主，由于葡萄糖是最简单的糖，所以目前研究比较多。当碳源充足时，以葡萄糖为碳源的最佳碳氮比较甲醇为碳源时高得多，为 6∶1～7∶1 。碳源类型对硝氮的比还原速率几乎没有影响，对亚硝氮的比积累速率影响较大，只有葡萄糖在该研究中没发现积累现象。

以葡萄糖为代表的糖类物质作为外加碳源处理效果不错，可是，它作为一种多分子化合物，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，同时，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。

4、污泥水解上清液：生物转化 VFA 来源于污泥水解的上清液，由于水解所产生的 VFA 拥有很高的反硝化速率，碳源可以直接由污水厂内部提供，在污泥减容的同时还减少了碳源运输方面的问题，所以它是目前比较有优势的碳源。

对于污泥水解利用做外碳源的研究，目前不同的结论有很多，但总体认为它作为反硝化脱氮系统的碳源是一种很有价值的方法。可是，对于不同的污泥，不同的水解条件，所产生的污泥中VFA 的成分有较大的差别，而由于成分不同，又能引起反硝化速率的不同（这也是为何很多研究不一致的原因），所以，如何将污泥水解的产物VFA统一化研究应用，还是一个比较大的难题。 除此以外，若直接将水解污泥作为外碳源，还要考虑到污泥水解过程中氮磷的释放问题，这部分氮磷若以碳源的形式投加到污水中，势必会增加污水处理厂的氮磷负荷，如何解决这个问题，是利用污泥水解液的另一大难题。