什么是碳源？

全康環(huán)保:什么是碳源？

碳源（carbonsource）是可為污（廢）水生化處理系統(tǒng)的微生物生長代謝提供營養(yǎng)物的含碳元素化合物。碳源分為單一碳源和復(fù)合碳源，單一碳源是只含有一種有效碳源成分的碳源。復(fù)合碳源是由兩種或兩種以上的有效碳源成分組成、有效碳源成分之間須兼容且無化學(xué)反應(yīng)、不存在安全風(fēng)險的碳源。

碳源有效成分為具有單一分子式和分子結(jié)構(gòu)的、且易被微生物利用的有機化合物，包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙三醇、丁醇、戊醇等小分子醇類，甲酸、乙酸、丙酸、乳酸、丁酸、乙酸鹽、檸檬酸、檸檬酸鹽等小分子有機酸和有機酸鹽類，葡萄糖、果糖、蔗糖等糖類物質(zhì)。規(guī)定有效碳源成分需符合相應(yīng)的國家或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1、碳源的技術(shù)要求

1、用于生產(chǎn)單一碳源和復(fù)合碳源的有效碳源成分應(yīng)符合已發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求和有關(guān)規(guī)定，其安全要求按照GB 12268-2012執(zhí)行，詳見表A.1。

表A.1原料危險性

2、碳源生產(chǎn)工藝宜采用國家鼓勵的先進(jìn)技術(shù)工藝，不應(yīng)使用國家或有關(guān)部門發(fā)布的淘汰或禁止的技術(shù)、工藝或材料，不得超越范圍選用限制使用的材料生產(chǎn)。

3、以不危及自身或他人健康和安全的方式進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)和復(fù)配，碳源產(chǎn)品應(yīng)穩(wěn)定，無后續(xù)化學(xué)反應(yīng)。

4、液體單一碳源產(chǎn)品為無色或微黃色透明液體，不得有與產(chǎn)品原料氣味不相符的氣味。固體產(chǎn)品為無色透明或白色結(jié)晶粉末或結(jié)晶顆粒，無臭無異味，無肉眼可見雜質(zhì)，溶于水。復(fù)合碳源產(chǎn)品為無色至棕黃色透明液體，不得有與產(chǎn)品配方中碳源有效成分不相符的氣味。

5、污（廢）水處理用碳源產(chǎn)品按本文件規(guī)定的試驗方法檢測應(yīng)符合表1要求。

表1污（廢）水處理用碳源產(chǎn)品理化指標(biāo)要求

6、污（廢）水處理用碳源產(chǎn)品的安全性指標(biāo)應(yīng)符合表 2 要求。

表2污（廢）水處理用碳源產(chǎn)品安全性指標(biāo)

2、常用碳源

目前市面上常用的碳源：甲醇、乙酸、乙酸鈉、面粉、葡萄糖、生物質(zhì)碳源及污泥水解上清液等。在使用過程中，需要根據(jù)實際工程情況選擇合適的碳源。

1、甲醇

甲醇作為外碳源具有運行費用低和污泥產(chǎn)量小的優(yōu)勢，在甲醇碳源不足時，存在亞硝酸鹽積累的現(xiàn)象。以甲醇為碳源時的反硝化速率比以葡萄糖為碳源時快3倍，其最佳碳氮比（COD：氨氮）為 2.8～3.2 。

但甲醇作為外加碳源時，有以下3點問題需關(guān)注：

① 甲醇易燃，為甲類?；?，儲存和使用均有嚴(yán)格要求。特別是其儲存需報當(dāng)?shù)毓膊块T備案審批，手續(xù)繁瑣。

② 微生物對甲醇的響應(yīng)時間較慢，甲醇并不能被所有微生物利用，當(dāng)甲醇用于污水處理廠應(yīng)急投加碳源時效果不佳；

③ 甲醇具有一定的毒害作用，將甲醇作為長期碳源，對尾水的排放也會造成一定的影響。

2、乙酸鈉

乙酸鈉的優(yōu)點在于它能立即響應(yīng)反硝化過程，可作為水廠應(yīng)急處置時使用。

乙酸鈉由于是小分子有機酸鹽的原因，反硝化菌易于利用，脫氮效果是最好的。通過實驗發(fā)現(xiàn)，碳氮比在4.6時，可以達(dá)到穩(wěn)定的脫氮效果，而且它的水解物為小分子有機物，能容易被微生物降解，反硝化響應(yīng)時間快，而且無毒，能作為應(yīng)急碳源。但是，它價格較貴，產(chǎn)泥率高，對污水廠的污泥處置會帶來了一定的壓力。

使用乙酸鈉要考慮以下3點：

① 乙酸鈉多為20%、25%、30%的液體，由于當(dāng)量COD低，運輸費用高，不能遠(yuǎn)距離運輸。

② 產(chǎn)泥量大，污泥處理費用增加；

③ 價格較為昂貴，污水處理廠大規(guī)模投加乙酸鈉幾乎不可能。

3、乙酸

乙酸作為碳源，與乙酸鈉類同。但作為工業(yè)化產(chǎn)品，用做碳源確實浪費。

但其弊端有四點：

①乙酸為乙類危化品，也是揮發(fā)性酸，是大氣污染VOC的重要組成部分，環(huán)保部門監(jiān)管多，儲存條件要求高。

②多數(shù)污水處理廠遠(yuǎn)離乙酸廠，運輸費用高，不能遠(yuǎn)距離運輸。

③乙酸代謝后的氫離子有降低出水pH的可能。

④ 乙酸價格市場變化大，高價時做碳源價格昂貴，將乙酸應(yīng)用于污水處理廠的大規(guī)模投加幾乎不可能。

3、糖類

糖類外加碳源中，以面粉、蔗糖、葡萄糖為主，由于葡萄糖是最簡單的糖，所以目前研究比較多。當(dāng)碳源充足時，以葡萄糖為碳源的最佳碳氮比較甲醇為碳源時高得多，為 6∶1～7∶1。碳源對硝氮的比還原速率幾乎沒有影響，但是對亞硝氮的比積累速率影響較大，在研究中發(fā)現(xiàn)只有葡萄糖作為外加碳源時對亞硝氮的比累積速率沒有影響。

以葡萄糖為代表的糖類物質(zhì)作為外加碳源使得脫氮效果良好，可是，糖類作為多分子化合物，容易引起細(xì)菌的大量繁殖，導(dǎo)致污泥膨脹，增加出水中COD的值，影響出水水質(zhì)，同時，與醇類碳源相比，糖類物質(zhì)更容易產(chǎn)生亞硝態(tài)氮積累的現(xiàn)象。

但其弊端有二點：

①需要現(xiàn)場配置成溶液，勞動強度大，投加精準(zhǔn)性差，大型污水處理廠無法使用。

②工業(yè)葡萄糖含雜質(zhì)多，食品葡萄糖價格貴。

5、生物質(zhì)碳源

隨著污水脫氮要求的提高，新興起專業(yè)生產(chǎn)碳源的企業(yè)，他們通過生物工程原理，對一些糖類、農(nóng)產(chǎn)品廢料等進(jìn)行發(fā)酵，生產(chǎn)無毒無害的生物制品，主要組分是小分子有機酸、醇類、糖類。其較單一的化學(xué)品更容易被微生物利用，其使用成本比單一化學(xué)品便宜，具備極高的性價比。

但其弊端：

①產(chǎn)品的穩(wěn)定性待提高，使用前需對每批次產(chǎn)品當(dāng)量COD進(jìn)行檢測。

6、污泥水解上清液

生物轉(zhuǎn)化揮發(fā)酸VFA 來源于污泥水解的上清液，由于水解所產(chǎn)生的 VFA 擁有很高的反硝化速率，碳源可以直接由污水廠內(nèi)部提供，在污泥減容的同時還減少了碳源運輸方面的問題，所以它是目前比較有優(yōu)勢的碳源。

對于污泥水解利用做外碳源的研究，目前不同的結(jié)論有很多，但總體認(rèn)為它作為反硝化脫氮系統(tǒng)的碳源是一種很有價值的方法?？墒?，對于不同的污泥，不同的水解條件，所產(chǎn)生的VFA 的組分有較大的差別，而由于組分不同，又能引起反硝化速率的不同（這也是為何很多研究不一致的原因），所以，如何將污泥水解的產(chǎn)物VFA統(tǒng)一化研究應(yīng)用，還是一個比較大的難題。

除此以外，若直接將水解污泥作為外碳源，還要考慮到污泥水解過程中氮磷的釋放問題，這部分氮磷若以碳源的形式投加到污水中，勢必會增加污水處理廠的氮磷負(fù)荷，如何解決這個問題，是利用污泥水解液的另一大難題。

3、碳源投加量的計算思路

1、工藝的判斷

很多小伙伴對于碳源的投加認(rèn)知，還停留在初學(xué)階段，只認(rèn)識CNP比100：5：1，CN比控制在4-6，但是，這些比例到底啥時候用？啥工藝用呢？可能分不清楚！所以，碳源投加首先必須分清楚自己是什么工藝！除碳？脫氮？除磷？還是脫氮除磷？

如何區(qū)分？

很簡單！記住這幾個判斷點：除碳工藝就是單純的曝氣（例如單純的曝氣池、單純的MBR、接觸氧化、經(jīng)典SBR等）；脫氮是經(jīng)歷的缺氧和好氧的交替（例如AO帶內(nèi)回流，氧化溝、AAO等）；除磷是經(jīng)歷的厭氧與好氧的交替（AO不帶內(nèi)回流、AAO、氧化溝等）；脫氮除磷是經(jīng)歷了厭氧、缺氧、好氧環(huán)境的交替（AAO、氧化溝等）。脫氮工藝碳源一定要投加到缺氧池進(jìn)口，除磷工藝碳源一定是投加到厭氧池進(jìn)口！脫氮除磷工藝可以分布投加！除碳工藝為什么加碳源？這里必須??嗦幾句，要不等理解計算后會有疑問，除碳工藝不只是除COD，還協(xié)同除氮除磷，就如同筆者顏胖子雖然看著很帥，其實，心靈也是很美的！所以，除碳工藝中你只要負(fù)責(zé)把這幾個營養(yǎng)比例配齊就行了，本文是碳源投加，設(shè)定的是N、TP充足的情況下，但在正常情況下，TP往往太多了，實際上不會以TP的數(shù)值去配平的，這一點要關(guān)注一下！

2、營養(yǎng)比例的選擇

分清自己是什么工藝之后，就要選著營養(yǎng)比例了！除碳工藝：CNP比100：5：1脫氮工藝：CN比4-6，取中間值5除磷工藝：CP比15：1

3、碳的數(shù)值選擇

很多同行對碳源計算使用COD還是BOD比較疑惑，個人的思路是工程中使用COD計算，這樣就有一個余量的緩沖，不至于碳源投加的過量，既然一切為實際服務(wù)，那什么情況下計算都選擇COD是錯不了的！所以，選擇COD還是BOD？那就COD吧！

4、氮的數(shù)值選擇

對于氮的數(shù)值選擇，大部分小伙伴是分不清的，也常常忽略這一點！記住一點！除碳工藝選擇TKN（凱氏氮，氨氮+有機氮的值），不過對于市政污水，沒有工業(yè)廢水混合的情況下，有機氮很少的，可以直接用氨氮，反正你自己的來水有沒有有機氮自己清楚，自己判斷！脫氮工藝選擇TN（總氮，氨氮+硝態(tài)氮+有機氮的值），為什么除碳工藝沒有硝態(tài)氮，這里說清楚一下，大家理解后就能記住了，因為單純的除碳工藝，微生物無法利用硝態(tài)氮代謝（合成+分解）只能利用氨氮，而硝態(tài)氮對于脫氮工藝的反硝化階段恰恰是必須的電子受體（受氫體）！

5、磷的數(shù)值選擇

沒什么好說的，數(shù)值多少就是多少！不過前面說過TP一般過量，這個數(shù)值不用！

6、單位換算

對于碳源投加的計算，我一直強調(diào)其實就是單位的換算，這一步，很多小伙伴會算出錯，這個考驗的是高中的物理知識。

不過，筆者把換算過程寫下來，記住這個比例以后就不會出錯了

1PPM=1mg/L=1g/m^3=0.001kg/m^3

7、通用公式

平常碳源投加公式都不詳細(xì)且不統(tǒng)一，本文給大家統(tǒng)一一下：1、除碳工藝：

X=進(jìn)水量*（20*N差值1-C差值）/碳源COD當(dāng)量其中:X――除碳工藝碳源投加量N差值1――進(jìn)水氨氮（或TKN）-排放要求的氨氮C差值――進(jìn)水COD-出水COD2、脫氮工藝：

Y=進(jìn)水量*（5*N差值2-C差值）/碳源COD當(dāng)量其中:Y――脫氮工藝碳源投加量N差值2――進(jìn)水TN-排放要求的TNC差值――進(jìn)水COD-出水COD

3、除磷工藝：

Z=進(jìn)水量*（15*TP差值-C差值）/碳源COD當(dāng)量其中:Z――除磷工藝碳源投加量TP差值――進(jìn)水TP-排放要求的TPC差值――進(jìn)水COD-出水COD脫氮除磷工藝：

W=進(jìn)水量*（5*N差值2+15*TP差值-C差值）/碳源COD當(dāng)量其中:W――脫氮除磷工藝碳源投加量N差值2――進(jìn)水TN-排放要求的TNTP差值――進(jìn)水TP-排放要求的TPC差值――進(jìn)水COD-出水COD