導讀

在現代污(wu)水(shui)處理(li)過程中，碳(tan)源投加是(shi)一項重(zhong)要(yao)(yao)的(de)(de)調控策略，對于優化處理(li)效果、提(ti)升出水(shui)水(shui)質以及保障微(wei)生(sheng)物活(huo)性(xing)具(ju)(ju)有關鍵(jian)作(zuo)用(yong)。碳(tan)源的(de)(de)主要(yao)(yao)作(zuo)用(yong)是(shi)提(ti)供微(wei)生(sheng)物生(sheng)長所(suo)需(xu)的(de)(de)碳(tan)元素，促進生(sheng)物降解過程，進而有效改善(shan)水(shui)質和優化生(sheng)態系統的(de)(de)穩定性(xing)。然(ran)而，何(he)時投加碳(tan)源并(bing)非(fei)一成不變，而是(shi)需(xu)要(yao)(yao)根據具(ju)(ju)體的(de)(de)工藝條件和環境因(yin)素綜合判斷。

一、碳源投(tou)加(jia)的判定(ding)條件通(tong)常因素

生化需氧量（BOD）與(yu)化學(xue)需氧量（COD）比(bi)值失衡：當污(wu)水中的(de)BOD/COD比率低于0.3時(shi)，表明污(wu)水中可(ke)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)降解的(de)有機物(wu)(wu)(wu)含量較低，微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)活(huo)性受限，此時(shi)應(ying)適當投加碳源以提升微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)降解能力。

硝(xiao)化(hua)與反(fan)硝(xiao)化(hua)過程需求：在(zai)厭(yan)氧氨(an)氧化或反(fan)硝化脫(tuo)氮(dan)過程(cheng)中(zhong)，為(wei)實現(xian)高效的氮(dan)素轉化，需要足夠的有機碳作(zuo)為(wei)電子(zi)供體。若系統內部碳源(yuan)不足，則(ze)可能導致反(fan)硝化反(fan)應受(shou)阻，這時就需要考慮(lv)額(e)外補充碳源(yuan)。

污(wu)泥沉降(jiang)性能下(xia)降(jiang)：碳(tan)源對(dui)污泥(ni)的(de)(de)絮(xu)凝及沉降特性具有重要影響。當發現污泥(ni)沉降性能變差、SVI值升高時，可能是由于微生(sheng)物代謝產生(sheng)的(de)(de)多糖類物質減少導致，適當的(de)(de)碳(tan)源投加能夠恢復(fu)污泥(ni)的(de)(de)正常結(jie)構與功(gong)能。

冬季(ji)低溫期運(yun)行：在低(di)溫環境(jing)下，微生物活性顯著(zhu)降低(di)，自我(wo)合(he)成碳源的能力減弱，為(wei)了(le)保證生化系統的穩(wen)定(ding)運行，可能需要增加碳源的投加量。

出水水質(zhi)不達標：在常規處理(li)流程下，如果(guo)出水水質仍無法達到排放標準，尤其(qi)是COD指(zhi)標持(chi)續偏高時，也提示(shi)可能需要(yao)通(tong)過投加碳源(yuan)來(lai)增強污染物的(de)生物降解效(xiao)果(guo)。

生化(hua)處理(li)效率與CNP比失衡：當污水中的碳、氮、磷（CNP）比例失(shi)調，特別(bie)是(shi)碳元素不足(zu)時，即CN比低于微(wei)生(sheng)物(wu)正常生(sheng)長代謝所(suo)需(xu)(xu)的適宜范圍（一(yi)般認(ren)為是(shi)4-6之間），此(ci)時需(xu)(xu)要額(e)外(wai)投加碳源以滿足(zu)微(wei)生(sheng)物(wu)進行生(sheng)物(wu)降解過程中的能量需(xu)(xu)求。

總氮達標或客戶(hu)特(te)定要求(qiu)：為了實現總(zong)氮(dan)(dan)（TN）的去除目標，在硝化反(fan)硝化等工藝中，如果原(yuan)水體中的有機物不(bu)足以提供足夠的碳源來(lai)支持反(fan)硝化菌利用(yong)NOx-N還原(yuan)為氮(dan)(dan)氣，那(nei)么就需要(yao)補充碳源。

活性污泥培養馴化階段：在新建或重啟的(de)污水處理(li)廠中，活(huo)性污泥微生(sheng)物群落的(de)初期(qi)培養和馴化(hua)階(jie)段，往(wang)(wang)往(wang)(wang)需要充足的(de)碳源來(lai)促進微生(sheng)物快速(su)繁殖并形成穩定(ding)的(de)生(sheng)態(tai)系(xi)統。

工業廢(fei)水處理成(cheng)本優(you)化：對于某些(xie)工業廢水中，若(ruo)通過(guo)投加(jia)經濟且有效的碳(tan)源(yuan)能夠(gou)提高整個污(wu)水處理(li)工藝的經濟效益(yi)，并確保出水水質達標，則會考慮投加(jia)碳(tan)源(yuan)。

特殊環(huan)境(jing)下的沖擊負荷應對：當污(wu)水廠(chang)受到高(gao)濃度污(wu)染物沖(chong)擊或者季節性(xing)變(bian)化導致進水水質波(bo)動較大(da)時，可(ke)能(neng)也需(xu)要臨時增(zeng)加(jia)碳源投加(jia)量以增(zeng)強系統的抗沖(chong)擊能(neng)力和穩定運行性(xing)能(neng)。

在污水處理(li)工藝，尤(you)其是在脫氮(dan)除磷過(guo)程(cheng)中，碳源的投加扮演著至關(guan)重(zhong)要(yao)的角色。一(yi)方(fang)面(mian)，它是微生物進行生化(hua)反(fan)應的重(zhong)要(yao)“燃料”，另一(yi)方(fang)面(mian)，對于(yu)優化(hua)處理(li)流程(cheng)、提(ti)高(gao)氮(dan)磷去除效率具有決定性的影響。

那么，何時判斷需要向(xiang)污水中添加碳源呢？

硝(xiao)化-反硝(xiao)化過程(cheng)：生物(wu)(wu)脫(tuo)(tuo)氮(dan)主要包括氨氧化(hua)(hua)（硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)）和硝(xiao)(xiao)酸鹽還(huan)原(yuan)（反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)）兩(liang)個階段(duan)。在(zai)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)過(guo)程(cheng)中，盡管微(wei)生物(wu)(wu)可(ke)以利(li)用廢水中的(de)有機(ji)物(wu)(wu)作為能(neng)源(yuan)來源(yuan)，但如果進水BOD/N值過(guo)低，即可(ke)生物(wu)(wu)降解的(de)有機(ji)碳相(xiang)對缺乏時(shi)，微(wei)生物(wu)(wu)可(ke)能(neng)無法(fa)獲得充(chong)足的(de)能(neng)量來完成硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)過(guo)程(cheng)，這(zhe)將直接影(ying)響后續的(de)反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)進程(cheng)。因此(ci)，在(zai)這(zhe)種情況下，補(bu)充(chong)適量的(de)外加碳源(yuan)，如乙酸鈉(na)等易(yi)降解有機(ji)物(wu)(wu)，有助于保(bao)障硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)與(yu)反(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)的(de)穩定進行，實現高效脫(tuo)(tuo)氮(dan)。

厭氧(yang)釋磷(lin)和好氧(yang)吸磷(lin)階段(duan)：在(zai)除磷(lin)過程(cheng)中，聚磷(lin)菌首先(xian)在(zai)厭(yan)氧條件下(xia)釋(shi)放(fang)磷(lin)酸(suan)鹽以(yi)獲取能量，然后在(zai)好(hao)氧環境下(xia)通過吸收(shou)有機碳源重(zhong)新積累(lei)細(xi)胞內(nei)磷(lin)酸(suan)鹽。當進(jin)水中有機碳含量不足以(yi)支持微生物在(zai)此交替代謝過程(cheng)中充分利用磷(lin)元素時，就需(xu)要額(e)外添(tian)加碳源，以(yi)促(cu)進(jin)微生物更好(hao)地進(jin)行磷(lin)的吸收(shou)和儲存，從而(er)提高除磷(lin)效率(lv)。

系(xi)統恢復及穩定(ding)運行：當污(wu)水(shui)處理(li)廠遭遇沖(chong)擊負荷、污(wu)泥活(huo)性(xing)下降或(huo)系統(tong)調整恢復期，合(he)理(li)投加碳(tan)(tan)源能激活(huo)并(bing)復蘇微(wei)生物活(huo)性(xing)，增強污(wu)泥沉降性(xing)能，恢復和(he)穩定(ding)整個系統(tong)的(de)處理(li)效能。綜上所述，科學合(he)理(li)地判斷并(bing)適時添加碳(tan)(tan)源是優化脫氮除磷(lin)效果的(de)關鍵措施之一，需結合(he)污(wu)水(shui)處理(li)廠的(de)實際運行參數（如BOD、N、P濃(nong)度(du)、微(wei)生物活(huo)性(xing)等）以及工(gong)藝(yi)特點做出精準決策。

二、簡化版的(de)碳(tan)源投(tou)加量計算公式

C = 5 × N × Q / COD_{當(dang)量值} 其中：

C 是需要(yao)投(tou)加(jia)的碳源(yuan)量（單位(wei)可以是g、kg等）。

N是污水(shui)中待去(qu)除的氮負荷，一般指硝(xiao)態氮濃度（mg/L）轉(zhuan)換為以kg為單位的質量。

Q是處(chu)理水量，單位通常是m3或L。

COD_{當(dang)(dang)量(liang)(liang)值}? 是(shi)所選碳源(yuan)與化學(xue)需(xu)氧量(liang)(liang)（COD）之間的換(huan)算系數，即每克碳源(yuan)相(xiang)當(dang)(dang)于多少COD。實際操作時，這個(ge)公式可能(neng)需(xu)要根據(ju)特定工藝條件(jian)、微生物活(huo)性及反應(ying)器(qi)性能(neng)等因素(su)進(jin)行(xing)調(diao)整，并結(jie)合(he)不同(tong)碳源(yuan)的實際COD當(dang)(dang)量(liang)(liang)值來計算精確的投加量(liang)(liang)。同(tong)時，也要注意各種碳源(yuan)的價格和環境影(ying)響，在保證脫氮(dan)效果(guo)的同(tong)時，實現經濟(ji)高效的碳源(yuan)投加策略。

三、碳(tan)源投(tou)加參(can)考性(xing)公式

參考(kao)公式：C = (BOD_{缺}/Y) × Q 其中：

C 是所需(xu)投加的(de)碳源量（通常以(yi)kg COD或mg/L表示）。

BOD_{缺} 是為了滿足硝化(hua)反硝化(hua)過程所(suo)需的額外生化(hua)需氧量（BOD），這個(ge)值根據(ju)污水中氮負荷和去除(chu)目標計(ji)算得出。

Y是反硝化(hua)速(su)率為BOD:N的(de)比例系數，通常在(zai)0.5至1.5之間變化(hua)，取(qu)決于具體工藝條件(jian)和微(wei)生物群落特性。

Q?是(shi)處理水量（m3或(huo)L）。

請注意(yi)，上(shang)述公(gong)式(shi)是簡化的(de)理論模型(xing)，實際應用時可能還(huan)需要考慮其(qi)他因素，如現(xian)有進水中有機物的(de)實際可利用性(xing)、水溫對微生物活性(xing)的(de)影(ying)響、反硝化速率的(de)變化等。因此(ci)，在實際操作中，通常會通過(guo)實驗測(ce)試、運(yun)行數據分(fen)析和實時監測(ce)等方式(shi)來動(dong)態調整碳源(yuan)投(tou)加量。

四、碳源(yuan)投加的實(shi)操案例

假設(she)有(you)一個小型城市污(wu)水廠，其進(jin)水的(de)(de)生(sheng)化需(xu)(xu)氧量（BOD5）為(wei)20mg/L，總(zong)氮(dan)（TN）含量為(wei)30mg/L，計(ji)算得到實際BOD5/TN比(bi)值為(wei)0.67。為(wei)了有(you)效進(jin)行反硝(xiao)(xiao)化反應，需(xu)(xu)要(yao)將此比(bi)例提升至4。首先(xian)，根據所需(xu)(xu)比(bi)例計(ji)算所需(xu)(xu)的(de)(de)碳(tan)(tan)源補(bu)充量：(目標(biao)BOD5/TN - 實際BOD5/TN) * TN = (4 - 0.67) * 30mg/L = 98.1mg/L這意(yi)味著(zhu)每升污(wu)水需(xu)(xu)要(yao)額外(wai)投加約(yue)98.1mg的(de)(de)易生(sheng)物降解碳(tan)(tan)源（如乙(yi)酸鈉或甲醇）以滿(man)足反硝(xiao)(xiao)化的(de)(de)碳(tan)(tan)需(xu)(xu)求。

在實(shi)操(cao)中(zhong)，污水(shui)廠會(hui)按照日處理水(shui)量進行(xing)總量計算，并選擇合適的投加(jia)點(dian)和投加(jia)方(fang)式，如(ru)在反硝(xiao)化(hua)(hua)濾池或缺氧區連續均勻投加(jia)。同時，監測系統會(hui)實(shi)時監控(kong)進出水(shui)水(shui)質變化(hua)(hua)，包(bao)括TN、COD、NOx-N等指標，并根據(ju)實(shi)際效果動態調整碳(tan)源投加(jia)量，確保反硝(xiao)化(hua)(hua)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)高效穩定運行(xing)。此外，在整個過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)還需考慮(lv)微(wei)生物對(dui)碳(tan)源的適應(ying)性(xing)和利用效率，可(ke)能需要(yao)經過(guo)(guo)(guo)一段時間(jian)的馴(xun)化(hua)(hua)期以及(ji)根據(ju)季節、溫度等因素的變化(hua)(hua)進行(xing)相應(ying)的調整。

五、如何精確計算所需碳源量(liang)以優化反硝化？

精確計算所需(xu)(xu)碳源量以(yi)優(you)化反硝(xiao)化過程，通常需(xu)(xu)要(yao)依(yi)據以(yi)下步驟：

分析(xi)進水水質：測定污水中總氮(dan)（TN）和生化需氧量（BOD5）的濃度，計算出BOD5/TN比值(zhi)。理論(lun)上，為了有效進行反硝化反應(ying)，該比例(li)應(ying)在(zai)3-5之(zhi)間。如果實際比例(li)低于此范(fan)圍，則可(ke)能需要添加碳源(yuan)。

計算補充碳源量：基(ji)于(yu)上述比例，可(ke)以(yi)計算每(mei)去除單(dan)位(wei)重(zhong)量的TN所(suo)(suo)需(xu)投加的碳源量。一(yi)般采(cai)用公式(shi)為(理(li)論BOD5/TN - 實(shi)際BOD5/TN) * TN。例如，如果實(shi)際BOD5/TN為2，而目標(biao)是4，那(nei)么每(mei)單(dan)位(wei)TN所(suo)(suo)需(xu)的碳源量就是(4-2)*TN。

考慮微(wei)生物轉(zhuan)化效率：實際(ji)操作時還需要考(kao)慮(lv)微生物對碳源(yuan)的利用率，以及在處理(li)過程中(zhong)的其他損(sun)失(shi)，因此實際(ji)投(tou)加(jia)量可能會(hui)高于理(li)論(lun)計算(suan)值。

動態調整：在實施(shi)碳源(yuan)投(tou)加后，通過持續監測出水TN、COD（化學(xue)需(xu)氧量）、污泥(ni)沉降性(xing)能等指標(biao)，適時調整(zheng)碳源(yuan)投(tou)加策略(lve)，確保既能滿足反(fan)硝化需(xu)求，又能保證整(zheng)體污水處理系(xi)統的穩定運(yun)行和經濟性(xing)。

請注意，以(yi)上步驟(zou)僅為(wei)一般性(xing)指(zhi)導原則(ze)，具體應用時需結合現場條件(jian)及實驗數據進行精細化調整。

聲明：本(ben)(ben)文(wen)轉自工業(ye)廢水圈，作者(zhe)花(hua)妹兒，本(ben)(ben)文(wen)版權(quan)歸原作者(zhe)所有，不(bu)代(dai)表本(ben)(ben)網站(zhan)觀點，僅供學習(xi)交(jiao)流之用(yong)，不(bu)做商業(ye)用(yong)途。如文(wen)中的內(nei)容、圖片、音頻(pin)、視頻(pin)等存在(zai)第三方的在(zai)先(xian)知識產權(quan)，請及時聯系我們(men)刪除。