反硝化碳源的选择原则

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城市污水普遍存在反硝化碳源不足的问题,碳源不足已成为制约生物脱氮效率的重要因素,污水处理厂选择外加碳源成为必要的手段。
一、反硝化碳源的选择原则
市面上常用的碳源:甲醇、乙酸钠、面粉、葡萄糖、生物质碳源等。在使用过程中,需要根据实际工程情况选择合适的碳源。现对各种常用的碳源进行对比,分析各种碳源的优缺点:

1、乙酸钠
乙酸钠的优点在于它能立即响应反硝化过程,可作为水厂应急处置时使用。
普遍认为乙酸钠反硝化速率不如甲醇高,但由于它没有毒性,污泥产率与甲醇相差不多,所以认为它可以作为甲醇的替代碳源。以乙酸钠为碳源,硝酸盐为电子受体时,佳的C/N=5,碳源缺乏时会引起亚硝酸盐积累。
使用乙酸钠要考虑以下3点:
① 乙酸钠多为20%、25%、30%的液体,由于当量COD低,运输费用高,不能远距离运输。
② 产泥量大,污泥处理费用增加;
③ 价格较为昂贵,污水处理厂大规模投加乙酸钠成本太高。

2、甲醇
普遍认为甲醇作为外碳源具有运行费用低和污泥产量小的优势,甲醇作为碳源时,C/N〉5时能达到较好效果。
但其弊端有:
①作为化学药剂,成本相对较高;
②响应时间较慢,甲醇并不能被所有微生物利用,当投加甲醇后,需要一定的适应期直到它完全富集,发挥全部效果,当用于污水处理厂应急投加碳源时效果不佳;
③甲醇具有一定的毒害作用,长期用甲醇作为碳源,对尾水的排放也会造成一定影响。

3、糖类
以葡萄糖为代表的糖类物质作为外加碳源处理效果不错,可是,它作为一种多分子化合物,容易引起细菌的大量繁殖,导致污泥膨胀,增加出水中COD的值,影响出水水质,同时,与醇类碳源相比,糖类物质更容易产生亚硝态氮积累的现象,所以,并不提倡大量使用葡萄糖作为外投碳源。
缺点:
① 需要现场配置成溶液,劳动强度大,投加精准性差,大型污水处理厂无法使用。
② 工业葡萄糖含杂质多,食品葡萄糖价格贵。

4、生物质碳源
随着污水脱氮要求的提高,新兴起专业生产碳源的企业,他们通过生物工程原理,对一些糖类、农产品废料等进行发酵,生产无毒无害的生物制品,主要组分是小分子有机酸、醇类、糖类。其较单一的化学品更容易被微生物利用,其使用成本比单一化学品便宜,具备极高的性价比。
弊端:产品的稳定性待提高,使用前需对每批次产品当量COD进行检测。

二、脱氮为什么对碳源有需求?
硝化过程主要由自养微生物完成,亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌,硝化过程所需碳源来自 CO2-、HCO-等无机碳源;硝化菌的世代期较异养菌长得多,生长繁殖速度缓慢, 产率较低,若进水中有机污染物(COD)大大超过氨氮时,异养菌大量繁殖,并在与硝化菌竞争中占优势,逐渐成为优势菌种,从而降低反应器的硝化效率。一般认为处理系统的 BOD 负荷小于0.15BOD/(gMLSS.d)时,硝化反应才能正常进行。
反硝化菌利用碳源作为电子供体,NO-和NO-作为电子受体,将 NO-、NO-还原成氮气,达到脱氮的效果。当有溶解氧存在时,反硝化菌分解有机物利用分子态氧作为电子受体。在无氧情况时,反硝化菌利用硝态氮和亚硝态氮作为能量的电子受体,O2-作为受氢体生成 HO和 OH-碱度,有机物作为碳源及电子供体提供能量并被氧化稳定。
硝化、反硝化过程对有机物的存在是矛盾的:自养硝化菌适宜在低碳源环境下生存,在大量有机物存在时,对氧气和营养物质的竞争不如好氧异养菌,致使反应器内异养菌成为优势菌种;而反硝化反应需要有机碳源作为电子供体完成脱氮过程。

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