碳源在反硝化系統(tǒng)中作用的原理以及碳源的種類、投加方式等，研究表明：應(yīng)根據(jù)運(yùn)行場(chǎng)所的實(shí)際情況，選擇合理的碳源種類、投加量等因素，并應(yīng)結(jié)合其他工藝環(huán)節(jié)的實(shí)際情況綜合考慮。
研究城市污水處理廠反硝化階段外加碳源的研究，找到碳源投加的種類、投加量計(jì)算方法、投加方式，為污水廠經(jīng)營(yíng)過(guò)程中的措施管理和成本管理提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。
1.反硝化的原理
反硝化反應(yīng)是將硝化反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成N2的過(guò)程。反硝化細(xì)菌包括假單胞菌屬，反硝化桿菌屬，螺旋菌數(shù)和無(wú)色桿菌屬等，是一類化能異氧兼性微生物。在有分子態(tài)氧存在時(shí)，它們以有機(jī)物為底物對(duì)其進(jìn)行氧化分解，并以氧作為最終電子受體，而在缺氧條件下，則利用廢水中各種有機(jī)基質(zhì)作為碳源和電子供體，以NO2--N和NO3--N作為電子受體而進(jìn)行缺氧呼吸，通過(guò)異化和同化作用完成反硝化脫氮過(guò)程。同化反硝化最終形成有機(jī)氮化合物，成為菌體的組成部分，異化反硝化最終產(chǎn)物是氣態(tài)氮。
反硝化過(guò)程中，部分反硝化菌只含有硝酸鹽還原酶時(shí)，NO3--N只能還原至NO2--N。硝酸鹽還原酶是一種含有鉬輔基的蛋白質(zhì)復(fù)合物，它在催化反硝化時(shí)有如下電子轉(zhuǎn)移過(guò)程。
即首先由黃素蛋白FAD或FMN接受從還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸NADH2轉(zhuǎn)移來(lái)的電子，并將它轉(zhuǎn)移給醌和細(xì)胞色素b，然后將電子轉(zhuǎn)移給含鉬的硝酸鹽還原酶，使Mo6+還原為Mo5+，而Mo5+再將電子轉(zhuǎn)移給NO3--N而使其還原為NO2--N。
反硝化過(guò)程中，約96%的NO3--N經(jīng)異化過(guò)程還原，約4%經(jīng)同化過(guò)程合成微生物。
影響反硝化生物處理的環(huán)境因素有碳源、pH、溶解氧和溫度；控制因素有水力攪拌強(qiáng)度、硝化液回流比、污泥濃度、泥齡等。本文主要研究碳源因素。
2.碳源投加的現(xiàn)狀
反硝化系統(tǒng)需要碳源，碳源是有機(jī)物。在市政污水處理廠中，入網(wǎng)的生活污水可生化性較好，其中BOD占比較高，可以做反硝化細(xì)菌所需的碳源，但是多數(shù)情況下該部分碳源的含量不足。尤其是納管混入工業(yè)廢水后，所有指標(biāo)均可能升高。TN升高的同時(shí)，BOD的占比降低，反硝化所需的碳源更加不足。
多數(shù)情況下，原水帶進(jìn)處理系統(tǒng)的碳源不足，需要外加碳源，投加何種碳源，投加多少，什么情況時(shí)投加，投加在何處，何種方式投加均成為碳源投加對(duì)于反硝化系統(tǒng)處理能效高低所應(yīng)考慮的問(wèn)題。
3.碳源投加分析
3.1碳源的種類：
碳源是有機(jī)物，有機(jī)物作為電子供體，其本身的分子結(jié)構(gòu)和所含化學(xué)鍵能的高低以及該有機(jī)物是否易于生物降解、對(duì)微生物有沒(méi)有毒害影響是判斷碳源種類的重要依據(jù)。 目前反硝化補(bǔ)充碳源主要使用的有機(jī)物質(zhì)有：甲醇、乙醇、葡萄糖、淀粉、乙酸鈉、糞便、有機(jī)廢水等。其中成本、安全和適用性成為選擇哪一種碳源的依據(jù)。 甲醇和乙醇分子式簡(jiǎn)單，屬于微生物可以快速降解的有機(jī)物，可以作為良好的碳源供反硝化細(xì)菌使用。但甲醇和乙醇價(jià)格較高，增大了市政污水處理廠的運(yùn)行成本，不利于成本管理?？梢岳靡约状己鸵掖紴橹鞯墓I(yè)廢料作為碳源，成本較低，但該工業(yè)廢料應(yīng)考慮碳源濃度和有毒有害雜質(zhì)的問(wèn)題。甲醇和乙醇投加還必須注意防火防爆的問(wèn)題。甲醇和乙醇作為易燃易爆物質(zhì)，存在較高的危險(xiǎn)性，在成品管理，投加動(dòng)力機(jī)械的電機(jī)防爆等方面必須嚴(yán)格要求和控制，避免出現(xiàn)生產(chǎn)安全事故。另外工業(yè)級(jí)甲醇和乙醇存在低毒性，投加時(shí)操作人員必須注意勞動(dòng)防護(hù)問(wèn)題。
乙酸鈉作為強(qiáng)堿弱酸鹽和有機(jī)物，微生物可快速降解，價(jià)格稍高。但其作為碳源同時(shí)還可以作為pH緩沖劑，均有良好的效果。并且在市政污水處理廠使用乙酸鈉作為碳源，由于其投加量的限制，并不會(huì)產(chǎn)生鹽分對(duì)微生物的影響，可以放心使用。同理甲酸和乙酸等簡(jiǎn)單的有機(jī)酸均可以作為碳源，只要控制好反硝化系統(tǒng)中的pH即可。
糞便作為最廉價(jià)的碳源，具有較高的效果。但應(yīng)注意糞便應(yīng)使用進(jìn)行過(guò)漚肥后的糞便，其中的有機(jī)質(zhì)已腐殖化，否則難以被反硝化細(xì)菌快速、高效的利用。糞便中含有較多的有毒有害物質(zhì)和異種微生物，使用投加應(yīng)根據(jù)廠內(nèi)生化系統(tǒng)的實(shí)際狀況謹(jǐn)慎考慮。糞便投加還存在環(huán)境衛(wèi)生的問(wèn)題，所以目前糞便作為碳源使用并不廣泛。
3.2碳源投加量：
反硝化碳源的投加量應(yīng)通過(guò)物料衡算進(jìn)行，理論計(jì)算可知，每轉(zhuǎn)化1克NO3--N或NO2--N約需要2.6克的BODu。根據(jù)原水中NH3-N含量（包括有機(jī)氮氨化后的NH3-N量）計(jì)算出理論上NH3-N全部硝化成為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，計(jì)算出反硝化所需的BODu總量。
該BODu總量減去原水中的BOD5總量，即為所需要外加的理論碳源總量。一般情況下，實(shí)際碳源投加量為理論碳源需求總量的3倍。實(shí)際運(yùn)行中，加藥泵的流量范圍選型應(yīng)根據(jù)實(shí)際碳源投加量的0.5到3倍總量進(jìn)行。
3.3碳源投加控制：
市政污水處理廠進(jìn)水管網(wǎng)中TN的含量相對(duì)穩(wěn)定，但如果接納工業(yè)廢水，由于缺乏調(diào)節(jié)池的環(huán)節(jié)，可能會(huì)出現(xiàn)進(jìn)水TN的指標(biāo)波動(dòng)，在系統(tǒng)進(jìn)水流量不變的情況下，需要及時(shí)控制碳源投加量的大小。
由于化驗(yàn)室TN檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法滿足及時(shí)調(diào)整的要求，可以采用在線監(jiān)測(cè)的手段，將TN、COD、NH3-N等數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算自動(dòng)調(diào)整碳源加藥泵的流量或調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)碳源自動(dòng)投加控制。
3.4碳源投加位置：
碳源投加點(diǎn)應(yīng)在反硝化池前端進(jìn)行，必須實(shí)現(xiàn)投藥與進(jìn)水及回流液充分混合?；旌虾笤陔A段曝氣和潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用下，與反硝化污泥繼續(xù)充分混合。只有碳源、污水和污泥充分混合的情況下，才能保證反硝化細(xì)菌與污染物質(zhì)充分接觸并進(jìn)行足夠時(shí)間的反硝化作用，達(dá)到最佳的處理效果。
投加點(diǎn)可以設(shè)置在進(jìn)水管道上，也可以設(shè)置在反硝化池進(jìn)水端口，需要注意的是盡量避免短流，并保證反硝化池的充分?jǐn)嚢?。攪拌不?yīng)過(guò)度，過(guò)大的水力攪拌強(qiáng)度會(huì)造成水力切削和污泥過(guò)度碰撞，造成污泥絮體的物理性解體，并且造成碳源難以吸附在污泥表面上，影響反硝化效率。
3.5碳源投加方式：
碳源的投加以粗放式和精確式進(jìn)行，碳源補(bǔ)充應(yīng)盡量以液態(tài)方式進(jìn)行。條件不滿足的情況下，可以根據(jù)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，以固態(tài)碳源的形式，稱重后撒入反硝化池前端。該方式誤差較大，并應(yīng)考慮固態(tài)碳源入水后的溶解和水解、電離等過(guò)程的時(shí)間問(wèn)題。
條件滿足的情況下，應(yīng)盡量以溶液形式投加碳源，并做好計(jì)量或自動(dòng)控制。碳源溶液的濃度以高量、較低濃度為宜。
投加前還應(yīng)注意藥品的預(yù)處理，包括葡萄糖等的溶藥，加藥泵前過(guò)濾，藥品質(zhì)量控制等問(wèn)題。
4.碳源投加與其他處理環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)
碳源投加以過(guò)量的有機(jī)物加入原水中，但反硝化消耗的碳源基本與理論碳源消耗量一致，故造成原水中COD升高。此時(shí)還應(yīng)考慮后續(xù)好氧池有機(jī)負(fù)荷的沖擊及納污能力。避免在TN處理目標(biāo)達(dá)成的同時(shí)，COD超標(biāo)。
碳源在反硝化系統(tǒng)中的投加不能太過(guò)超量，否則會(huì)影響反硝化池中的微生物菌種優(yōu)勢(shì)。太過(guò)量的BOD會(huì)造成在缺氧條件下，出現(xiàn)過(guò)多的厭氧細(xì)菌。也會(huì)出現(xiàn)較多的好氧細(xì)菌，消耗BOD和溶解氧。從而導(dǎo)致好氧細(xì)菌、厭氧細(xì)菌與反硝化細(xì)菌菌群的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，影響反硝化處理效果。
前置反硝化工藝中，后續(xù)好氧池的硝化液回流比控制與碳源總量控制也有關(guān)聯(lián)性，硝化液回流比越高，碳源投加量越高，該線性關(guān)系應(yīng)于實(shí)際運(yùn)行中調(diào)試取得，故運(yùn)行中也應(yīng)注意這一點(diǎn)。
結(jié)論：
碳源投加屬于反硝化處理的關(guān)鍵因素之一，其控制直接影響了TN出水是否能達(dá)標(biāo)。不同的碳源物質(zhì)種類，不同的投加量、投加濃度和投加方式均會(huì)影響反硝化系統(tǒng)處理的效率和最終出水TN指標(biāo)的高低。
在市政污水處理廠的技術(shù)管理中，應(yīng)根據(jù)運(yùn)行場(chǎng)所的實(shí)際情況，選擇合理的碳源種類、投加量、投加方式等因素，并應(yīng)結(jié)合其他工藝環(huán)節(jié)的實(shí)際情況綜合考慮。