中國污水處理廠多采用生物脫氮除磷工藝，碳源一直是傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝的控制因素，碳源是微生物生長必須的營養(yǎng)元素，主要消耗于釋磷、反硝化和異養(yǎng)菌代謝。中國有相當一部分污水處理廠的進水都存在碳源含量低，造成出水脫氮除磷效果較差。因此有效解決城市污水處理廠碳源不足問題，是提高污水脫氮除磷效率從而實現(xiàn)達標排放的有效途徑。
文章擬從內(nèi)碳源和外加碳源兩個方面，對城鎮(zhèn)污水處理廠碳源的開發(fā)利用進行分析。
內(nèi)碳源
內(nèi)碳源是指存在于污水處理系統(tǒng)本身的碳源。包括原污水中的可生物降解溶解性有機碳，從原污水中分離出來的顆粒態(tài)慢速降解有機物(初沉污泥)和活性污泥微生物死亡或破裂后自溶釋放出來的可被利用的基質(zhì)。在中國節(jié)能減排的環(huán)保政策指引下，內(nèi)碳源的有效開發(fā)利用便顯得尤為迫切。不但可以減少廢物排放量，還可以有效提高生物脫氮除磷效果，可謂一舉兩得。
多點進水
也稱為分段進水活性污泥法，污水經(jīng)過簡單的物理處理后，直接進入生物池。早期采用多點進水方式的目的是減少生物池需氧量和供氧量的差異，起到節(jié)能降耗的作用。目前采用該方式的目的一方面是增加脫氮除磷段的碳源含量，同時也是消耗污泥回流和硝化液回流所攜帶的剩余的溶解氧，優(yōu)化脫氮除磷的反應(yīng)環(huán)境，從而提高處理效果。這種運行方式目前逐漸受到了一些新建和改擴建的污水廠的青睞，如鄭州市新建的某污水處理廠就是采用多點進水的改良型UCT工藝，排放標準執(zhí)行一級A的排放標準。
這種運行方式由于是增加了進水點，從而增加構(gòu)筑物池容和管線系統(tǒng)，無疑會帶來系統(tǒng)相對復雜，反應(yīng)池容積和建設(shè)投資的增加，運行管理難度增大等問題，相對于提高處理效果來講，這些弊端也是可以忽視的。
初沉池的合理設(shè)置
常規(guī)來講，初沉池是設(shè)置在沉砂池之后的另一個非常重要的物理法處理單元，其作用是進一步去除沉砂池不能去除的更加細小的無機顆粒，可去除10%~20%的有機物，還具有一定的水解酸化的作用，從而減少后續(xù)生物處理單元的負荷，對提高處理效果起到了重要的促進作用。然而初沉池的設(shè)置同時也帶來了后續(xù)脫氮除磷處理階段碳源量更低的問題，尤其是對于某些進水低C/N的污水廠來講，其碳源不足的矛盾將更加突出。這無疑使得關(guān)于初沉池的設(shè)置與否陷入了兩難的尷尬境地。業(yè)內(nèi)關(guān)于是否取消初沉池的討論也是不絕于耳。據(jù)筆者的調(diào)查了解，目前初沉池的設(shè)置與否歸納為以下三種主要方式：
(1)直接取消初沉池。目前相當一部分污水廠(如現(xiàn)階段較為流行的延時曝氣氧化溝工藝)，是污水經(jīng)過沉砂池之后，直接進入生物池。這種做法的優(yōu)勢是減少了初沉池的建設(shè)投資，簡化了處理流程，對于緩解建設(shè)單位的資金和占地規(guī)劃緊張狀況起到積極作用。筆者認為這種方式對于進水SS濃度較低且波動不大的污水廠無疑是個不錯的選擇。
(2)可在初沉池環(huán)節(jié)處設(shè)置超越管，根據(jù)實際進水情況決定是否取消初沉池，以解決脫氮除磷系統(tǒng)中有機碳源不足的狀況。筆者認為，這種方式更適合進水SS濃度波動較大的污水廠。即當進水SS濃度較高時，開啟初沉池進一步降低SS;當進水SS濃度較低時，開啟超越管超越初沉池來減少有機物的損失。以期增加后續(xù)處理工藝中有機碳源的含量。
(3)減少初沉池的水力停留時間。常規(guī)來講，初沉池的水力停留時間為1~2h，有些業(yè)內(nèi)人士提出將初沉池的停留時間減少至0.5~1h，或者適當提高沉砂池池的水力停留時間，這樣可以在一定程度上緩解取消初沉池所帶來的一系列弊端。
這三種方式各有利弊，需要設(shè)計和建設(shè)單位根據(jù)進水的實際情況以及具體的建設(shè)情況，進行合理的設(shè)計和建設(shè)。
增設(shè)厭氧水解酸化池
改進脫氮除磷工藝，目前常用的主要方式是在脫氮除磷反應(yīng)器前增加厭氧水解酸化池(段)。在厭氧水解酸化階段，大分子有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的化合物并分泌到細胞外，主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸(VolatileFattyAcids，VFAs)，醇類，乳酸等，削減待處理污水的有機負荷，改善了污水的可生化性，提高后續(xù)處理的效率。梁存珍等采用水解酸化-反硝化-硝化的組合工藝對土霉素廢水進行了實驗室規(guī)模的連續(xù)處理。
廢水經(jīng)過厭氧水解，反硝化速率從0.31kg/m3˙d增加到0.45kg/m3˙d，提高了45.2%。這類研究成果為實際工程的推廣和應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持，如鄭州市某污水處理廠在氧化溝前設(shè)置前置缺氧池(前置反硝化池)和厭氧池，10%的進水直接進入前置缺氧池段給回流污泥提供反硝化所需碳源，在厭氧池內(nèi)，大分子和難降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于生物降解的物質(zhì)為聚磷菌提供碳源。改良型氧化溝和改良型A2/O等均是在此基礎(chǔ)上演化而來，有一些新建和改擴建的污水處理廠也積極采納了這種方式，并取得了較好的處理效果。
結(jié)果表明，將水解酸化過程作為低濃度城市污水生物脫氮工藝的預處理工藝可以為反硝化段補充一定量的碳源，有效提高脫氮效率。考慮到水解池的建設(shè)運行費用，以及一些地區(qū)廢水的實際情況，還需要綜合處理效果和經(jīng)濟費用等因素因地制宜地確定運行工藝及工藝條件。