導讀

在現代污水處理過程中，碳源投加是一項重要的調控策略，對于優化處理效果、提升出水水質以及保障微生物活性具有關鍵作用。碳源的主要作用是提供微生物生長所需的碳元素，促進生物降解過程，進而有效改善水質和優化生態系統的穩定性。然而，何時投加碳源并非一成不變，而是需要根據具體的工藝條件和環境因素綜合判斷。

一、碳源投加的判定條件通常因素

生化需氧量（BOD）與化學需氧量（COD）比值失衡：當污水中的BOD/COD比率低于0.3時，表明污水中可生物降解的有機物含量較低，微生物活性受限，此時應適當投加碳源以提升微生物降解能力。

硝化與反硝化過程需求：在厭氧氨氧化或反硝化脫氮過程中，為實現高效的氮素轉化，需要足夠的有機碳作為電子供體。若系統內部碳源不足，則可能導致反硝化反應受阻，這時就需要考慮額外補充碳源。

污泥沉降性能下降：碳源對污泥的絮凝及沉降特性具有重要影響。當發現污泥沉降性能變差、SVI值升高時，可能是由于微生物代謝產生的多糖類物質減少導致，適當的碳源投加能夠恢復污泥的正常結構與功能。

冬季低溫期運行：在低溫環境下，微生物活性顯著降低，自我合成碳源的能力減弱，為了保證生化系統的穩定運行，可能需要增加碳源的投加量。

出水水質不達標：在常規處理流程下，如果出水水質仍無法達到排放標準，尤其是COD指標持續偏高時，也提示可能需要通過投加碳源來增強污染物的生物降解效果。

生化處理效率與CNP比失衡：當污水中的碳、氮、磷（CNP）比例失調，特別是碳元素不足時，即CN比低于微生物正常生長代謝所需的適宜范圍（一般認為是4-6之間），此時需要額外投加碳源以滿足微生物進行生物降解過程中的能量需求。

總氮達標或客戶特定要求：為了實現總氮（TN）的去除目標，在硝化反硝化等工藝中，如果原水體中的有機物不足以提供足夠的碳源來支持反硝化菌利用NOx-N還原為氮氣，那么就需要補充碳源。

活性污泥培養馴化階段：在新建或重啟的污水處理廠中，活性污泥微生物群落的初期培養和馴化階段，往往需要充足的碳源來促進微生物快速繁殖并形成穩定的生態系統。

工業廢水處理成本優化：對于某些工業廢水中，若通過投加經濟且有效的碳源能夠提高整個污水處理工藝的經濟效益，并確保出水水質達標，則會考慮投加碳源。

特殊環境下的沖擊負荷應對：當污水廠受到高濃度污染物沖擊或者季節性變化導致進水水質波動較大時，可能也需要臨時增加碳源投加量以增強系統的抗沖擊能力和穩定運行性能。

在污水處理工藝，尤其是在脫氮除磷過程中，碳源的投加扮演著至關重要的角色。一方面，它是微生物進行生化反應的重要“燃料”，另一方面，對于優化處理流程、提高氮磷去除效率具有決定性的影響。

那么，何時判斷需要向污水中添加碳源呢？

硝化-反硝化過程：生物脫氮主要包括氨氧化（硝化）和硝酸鹽還原（反硝化）兩個階段。在硝化過程中，盡管微生物可以利用廢水中的有機物作為能源來源，但如果進水BOD/N值過低，即可生物降解的有機碳相對缺乏時，微生物可能無法獲得充足的能量來完成硝化過程，這將直接影響后續的反硝化進程。因此，在這種情況下，補充適量的外加碳源，如乙酸鈉等易降解有機物，有助于保障硝化與反硝化的穩定進行，實現高效脫氮。

厭氧釋磷和好氧吸磷階段：在除磷過程中，聚磷菌首先在厭氧條件下釋放磷酸鹽以獲取能量，然后在好氧環境下通過吸收有機碳源重新積累細胞內磷酸鹽。當進水中有機碳含量不足以支持微生物在此交替代謝過程中充分利用磷元素時，就需要額外添加碳源，以促進微生物更好地進行磷的吸收和儲存，從而提高除磷效率。

系統恢復及穩定運行：當污水處理廠遭遇沖擊負荷、污泥活性下降或系統調整恢復期，合理投加碳源能激活并復蘇微生物活性，增強污泥沉降性能，恢復和穩定整個系統的處理效能。綜上所述，科學合理地判斷并適時添加碳源是優化脫氮除磷效果的關鍵措施之一，需結合污水處理廠的實際運行參數（如BOD、N、P濃度、微生物活性等）以及工藝特點做出精準決策。

二、簡化版的碳源投加量計算公式

C = 5 × N × Q / COD_{當量值} 其中：

C 是需要投加的碳源量（單位可以是g、kg等）。

N是污水中待去除的氮負荷，一般指硝態氮濃度（mg/L）轉換為以kg為單位的質量。

Q是處理水量，單位通常是m3或L。

COD_{當量值}? 是所選碳源與化學需氧量（COD）之間的換算系數，即每克碳源相當于多少COD。實際操作時，這個公式可能需要根據特定工藝條件、微生物活性及反應器性能等因素進行調整，并結合不同碳源的實際COD當量值來計算精確的投加量。同時，也要注意各種碳源的價格和環境影響，在保證脫氮效果的同時，實現經濟高效的碳源投加策略。

三、碳源投加參考性公式

參考公式：C = (BOD_{缺}/Y) × Q 其中：

C 是所需投加的碳源量（通常以kg COD或mg/L表示）。

BOD_{缺} 是為了滿足硝化反硝化過程所需的額外生化需氧量（BOD），這個值根據污水中氮負荷和去除目標計算得出。

Y是反硝化速率為BOD:N的比例系數，通常在0.5至1.5之間變化，取決于具體工藝條件和微生物群落特性。

Q?是處理水量（m3或L）。

請注意，上述公式是簡化的理論模型，實際應用時可能還需要考慮其他因素，如現有進水中有機物的實際可利用性、水溫對微生物活性的影響、反硝化速率的變化等。因此，在實際操作中，通常會通過實驗測試、運行數據分析和實時監測等方式來動態調整碳源投加量。

四、碳源投加的實操案例

假設有一個小型城市污水廠，其進水的生化需氧量（BOD5）為20mg/L，總氮（TN）含量為30mg/L，計算得到實際BOD5/TN比值為0.67。為了有效進行反硝化反應，需要將此比例提升至4。首先，根據所需比例計算所需的碳源補充量：(目標BOD5/TN - 實際BOD5/TN) * TN = (4 - 0.67) * 30mg/L = 98.1mg/L這意味著每升污水需要額外投加約98.1mg的易生物降解碳源（如乙酸鈉或甲醇）以滿足反硝化的碳需求。

在實操中，污水廠會按照日處理水量進行總量計算，并選擇合適的投加點和投加方式，如在反硝化濾池或缺氧區連續均勻投加。同時，監測系統會實時監控進出水水質變化，包括TN、COD、NOx-N等指標，并根據實際效果動態調整碳源投加量，確保反硝化過程高效穩定運行。此外，在整個過程中還需考慮微生物對碳源的適應性和利用效率，可能需要經過一段時間的馴化期以及根據季節、溫度等因素的變化進行相應的調整。

五、如何精確計算所需碳源量以優化反硝化？

精確計算所需碳源量以優化反硝化過程，通常需要依據以下步驟：

分析進水水質：測定污水中總氮（TN）和生化需氧量（BOD5）的濃度，計算出BOD5/TN比值。理論上，為了有效進行反硝化反應，該比例應在3-5之間。如果實際比例低于此范圍，則可能需要添加碳源。

計算補充碳源量：基于上述比例，可以計算每去除單位重量的TN所需投加的碳源量。一般采用公式為(理論BOD5/TN - 實際BOD5/TN) * TN。例如，如果實際BOD5/TN為2，而目標是4，那么每單位TN所需的碳源量就是(4-2)*TN。

考慮微生物轉化效率：實際操作時還需要考慮微生物對碳源的利用率，以及在處理過程中的其他損失，因此實際投加量可能會高于理論計算值。

動態調整：在實施碳源投加后，通過持續監測出水TN、COD（化學需氧量）、污泥沉降性能等指標，適時調整碳源投加策略，確保既能滿足反硝化需求，又能保證整體污水處理系統的穩定運行和經濟性。

請注意，以上步驟僅為一般性指導原則，具體應用時需結合現場條件及實驗數據進行精細化調整。

聲明：本文轉自工業廢水圈，作者花妹兒，本文版權歸原作者所有，不代表本網站觀點，僅供學習交流之用，不做商業用途。如文中的內容、圖片、音頻、視頻等存在第三方的在先知識產權，請及時聯系我們刪除。