摘要：文章分析碳源在反硝化系统中作用的原理以及碳源的种类、投加方式等，研究表明：应根据运行场所的实际情况，选择合理的碳源种类、投加量等因素，并应结合其他工艺环节的实际情况综合考虑。
关键词：反硝化；碳源；COD
引言
本文通过研究城市污水处理厂反硝化阶段外加碳源的研究，找到碳源投加的种类、投加量计算方法、投加方式，为污水厂经营过程中的措施管理和成本管理提供借鉴经验。
1.反硝化的原理
反硝化反应是将硝化反应过程中产生的硝酸盐和亚硝酸盐还原成N2的过程。反硝化细菌包括假单胞菌属，反硝化杆菌属，螺旋菌数和无色杆菌属等，是一类化能异氧兼性微生物。在有分子态氧存在时，它们以有机物为底物对其进行氧化分解，并以氧作为最终电子受体，而在缺氧条件下，则利用废水中各种有机基质作为碳源和电子供体，以NO2--N和NO3--N作为电子受体而进行缺氧呼吸，通过异化和同化作用完成反硝化脱氮过程。同化反硝化最终形成有机氮化合物，成为菌体的组成部分，异化反硝化最终产物是气态氮。
反硝化过程中，部分反硝化菌只含有硝酸盐还原酶时，NO3--N只能还原至NO2--N。硝酸盐还原酶是一种含有钼辅基的蛋白质复合物，它在催化反硝化时有如下电子转移过程：
即首先由黄素蛋白FAD或FMN接受从还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NADH2转移来的电子，并将它转移给醌和细胞色素b，然后将电子转移给含钼的硝酸盐还原酶，使Mo6+还原为Mo5+，而Mo5+再将电子转移给NO3--N而使其还原为NO2--N。
反硝化过程中，约96%的NO3--N经异化过程还原，约4%经同化过程合成微生物。
影响反硝化生物处理的环境因素有碳源、pH、溶解氧和温度；控制因素有水力搅拌强度、硝化液回流比、污泥浓度、泥龄等。本文主要研究碳源因素。
2.碳源投加的现状
反硝化系统需要碳源，碳源是有机物。在市政污水处理厂中，入网的生活污水可生化性较好，其中BOD占比较高，可以做反硝化细菌所需的碳源，但是多数情况下该部分碳源的含量不足。尤其是纳管混入工业废水后，所有指标均可能升高。TN升高的同时，BOD的占比降低，反硝化所需的碳源更加不足。
多数情况下，原水带进处理系统的碳源不足，需要外加碳源，投加何种碳源，投加多少，什么情况时投加，投加在何处，何种方式投加均成为碳源投加对于反硝化系统处理能效高低所应考虑的问题。
3.碳源投加分析
3.1碳源的种类：
碳源是有机物，有机物作为电子供体，其本身的分子结构和所含化学键能的高低以及该有机物是否易于生物降解、对微生物有没有毒害影响是判断碳源种类的重要依据。
目前反硝化补充碳源主要使用的有机物质有：甲醇、乙醇、葡萄糖、淀粉、乙酸钠、粪便、有机废水等。其中成本、安全和适用性成为选择哪一种碳源的依据。
甲醇和乙醇分子式简单，属于微生物可以快速降解的有机物，可以作为良好的碳源供反硝化细菌使用。但甲醇和乙醇价格较高，增大了市政污水处理厂的运行成本，不利于成本管理。可以利用以甲醇和乙醇为主的工业废料作为碳源，成本较低，但该工业废料应考虑碳源浓度和有毒有害杂质的问题。甲醇和乙醇投加还必须注意防火防爆的问题。甲醇和乙醇作为易燃易爆物质，存在较高的危险性，在成品管理，投加动力机械的电机防爆等方面必须严格要求和控制，避免出现生产安全事故。另外工业级甲醇和乙醇存在低毒性，投加时操作人员必须注意劳动防护问题。
乙酸钠作为强碱弱酸盐和有机物，微生物可快速降解，价格稍高。但其作为碳源同时还可以作为pH缓冲剂，均有良好的效果。并且在市政污水处理厂使用乙酸钠作为碳源，由于其投加量的限制，并不会产生盐分对微生物的影响，可以放心使用。同理甲酸和乙酸等简单的有机酸均可以作为碳源，只要控制好反硝化系统中的pH即可。
粪便作为最廉价的碳源，具有较高的效果。但应注意粪便应使用进行过沤肥后的粪便，其中的有机质已腐殖化，否则难以被反硝化细菌快速、高效的利用。粪便中含有较多的有毒有害物质和异种微生物，使用投加应根据厂内生化系统的实际状况谨慎考虑。粪便投加还存在环境卫生的问题，所以目前粪便作为碳源使用并不广泛。
3.2碳源投加量：
反硝化碳源的投加量应通过物料衡算进行，理论计算可知，每转化1克NO3--N或NO2--N约需要2.6克的BODu。根据原水中NH3-N含量（包括有机氮氨化后的NH3-N量）计算出理论上NH3-N全部硝化成为NO3--N或NO2--N的含量，再加上原水中原有的NO3--N或NO2--N的含量，计算出反硝化所需的BODu总量。
该BODu总量减去原水中的BOD5总量，即为所需要外加的理论碳源总量。一般情况下，实际碳源投加量为理论碳源需求总量的3倍。实际运行中，加药泵的流量范围选型应根据实际碳源投加量的0.5到3倍总量进行。
3.3碳源投加控制：
市政污水处理厂进水管网中TN的含量相对稳定，但如果接纳工业废水，由于缺乏调节池的环节，可能会出现进水TN的指标波动，在系统进水流量不变的情况下，需要及时控制碳源投加量的大小。
由于化验室TN检测时间较长，无法满足及时调整的要求，可以采用在线监测的手段，将TN、COD、NH3-N等数据传输给控制系统，系统经过计算自动调整碳源加药泵的流量或调节阀开度，实现碳源自动投加控制。
3.4碳源投加位置：
碳源投加点应在反硝化池前端进行，必须实现投药与进水及回流液充分混合。混合后在阶段曝气和潜水搅拌机的作用下，与反硝化污泥继续充分混合。只有碳源、污水和污泥充分混合的情况下，才能保证反硝化细菌与污染物质充分接触并进行足够时间的反硝化作用，达到最佳的处理效果。
投加点可以设置在进水管道上，也可以设置在反硝化池进水端口，需要注意的是尽量避免短流，并保证反硝化池的充分搅拌。搅拌不应过度，过大的水力搅拌强度会造成水力切削和污泥过度碰撞，造成污泥絮体的物理性解体，并且造成碳源难以吸附在污泥表面上，影响反硝化效率。
3.5碳源投加方式：
碳源的投加以粗放式和精确式进行，碳源补充应尽量以液态方式进行。条件不满足的情况下，可以根据技术人员的经验，以固态碳源的形式，称重后撒入反硝化池前端。该方式误差较大，并应考虑固态碳源入水后的溶解和水解、电离等过程的时间问题。
条件满足的情况下，应尽量以溶液形式投加碳源，并做好计量或自动控制。碳源溶液的浓度以高量、较低浓度为宜。
投加前还应注意药品的预处理，包括葡萄糖等的溶药，加药泵前过滤，药品质量控制等问题。
4.碳源投加与其他处理环节的关联
碳源投加以过量的有机物加入原水中，但反硝化消耗的碳源基本与理论碳源消耗量一致，故造成原水中COD升高。此时还应考虑后续好氧池有机负荷的冲击及纳污能力。避免在TN处理目标达成的同时，COD超标。
碳源在反硝化系统中的投加不能太过超量，否则会影响反硝化池中的微生物菌种优势。太过量的BOD会造成在缺氧条件下，出现过多的厌氧细菌。也会出现较多的好氧细菌，消耗BOD和溶解氧。从而导致好氧细菌、厌氧细菌与反硝化细菌菌群的竞争关系，影响反硝化处理效果。
前置反硝化工艺中，后续好氧池的硝化液回流比控制与碳源总量控制也有关联性，硝化液回流比越高，碳源投加量越高，该线性关系应于实际运行中调试取得，故运行中也应注意这一点。
结论：
碳源投加属于反硝化处理的关键因素之一，其控制直接影响了TN出水是否能达标。不同的碳源物质种类，不同的投加量、投加浓度和投加方式均会影响反硝化系统处理的效率和最终出水TN指标的高低。
在市政污水处理厂的技术管理中，应根据运行场所的实际情况，选择合理的碳源种类、投加量、投加方式等因素，并应结合其他工艺环节的实际情况综合考虑。
参考文献：
[1]沈耀良等，废水生物处理新技术-理论与应用（第二版）[M]，北京，中国环境科学出版社，2006.3：169-172.
作者简介：李娟（1979年10月），女，本科，汉，四川成都金堂县人，中电二公司全资子公司中电环境事业部工程师，城市污水处理厂反硝化段碳源补充的研究 ：中国电子系统工程第二建设有限公司，江苏省无锡市。
论文作者:李娟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/16
标签：碳源论文; 硝化细菌论文; 有机物论文; 污水处理论文; 甲醇论文; 粪便论文; 微生物论文; 《基层建设》2019年第18期论文;