产业园区污水处理厂碳源不足问题的对策分析

产业园区污水处理厂碳源不足问题的对策分析

庄伟涛

身份证号码：440582199110216756

摘要：污水处理过程中进水碳源不足，C/N比过小，是污水反硝化脱氮的主要瓶颈。结合当前国内外反硝化碳源最新研究成果及工程设计运行实践经验，可以从充分利用内部碳源和引进外碳源两个方面应对污水碳源不足的问题。其中，内部碳源充分利用主要是对剩余活性污泥进行水解发酵后的再利用，而外碳源引进则是通过外加碳源来提高水体C/N，外碳源的来源有商品类碳源和含碳量高的污废水。随着政策的开放，针对特定产业园区，部分食品废水的加入将有效提高C/N比，以废治废，环保性高、成本低。

引言

当前污水处理工程中，微生物反硝化脱氮因其工艺成熟、脱氮效果好、投资少等原因，成为脱氮应用中最广泛的一种技术。大部分产业园区为工业污废水，C/N比低，可生化性差，碳源不足是制约生物脱氮的重要因素。因此，多数污水厂采用外加碳源的方式提高反硝化工艺中的C/N比，从而实现污水快速脱氮。传统的外加碳源有乙酸钠、乙醇、葡萄糖等[1]。随着时代进步，探索开发环境友好型、价格低廉、“以废治废”的新型外加碳源，或开发系统自身潜能更好利用内部碳源，成为研究热点。

1碳源在反硝化脱氮中的作用

1.1脱氮机理

生物脱氮是指在氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌作用下，将污水中的含氮化合物转化为氮气并逸出大气的过程[2]。主要分为氨化、硝化和反硝化作用。其中反硝化作用时，反硝化细菌代谢活动中，硝酸盐氮有同化反硝化和异化反硝化两种转化途经。同化反硝化是利用硝酸盐还原产物进行细胞合成，最终转化成无机氮化合物成为菌体的一部分，异化反硝化是将硝酸盐最终分解为氮气[3]。研究发现，异化反硝化是最常见的反硝化过程，也是去除硝酸盐有效的方式[4]。

1.2碳源对反硝化脱氮的影响

碳源作为反硝化反应的重要物质之一，对反硝化过程的影响尤为重要，而C/N比是预判微生物脱氮效果的基本参数，研究表明，C/N比过高会加剧反应体系中硝化菌（亚硝化菌）与异养菌的竞争，抑制硝化反应，从而造成资源浪费；C/N比过低，则会使得反硝化过程中缺乏充足的有机物质作为电子供体，限制反硝化反应的持续发生，进而影响整个工艺的总氮去除[5]。对于可生化性较差，碳源含量不足的产业园区废水，探索获得碳源的更多方式，成了尤为重要的事情。

2.应对碳源不足问题的对策分析

污水处理系统中微生物可利用碳源根据其来源，可分为系统自身含有的碳源和外加碳源两大类，即内碳源和外碳源。在进水碳源含量不足，C/N比较低的前提下，可先考虑尽可能开发利用自身碳源，如依旧无法达到较好的反硝化效果，则可通过外加碳源的形式提高脱单效果。

2.1内碳源充分利用

由于产业园区废水一般来说可生化性较差，且经常存在碳源不足的问题，如PCB线路板废水、造纸废水等。此类废水，在处理工艺设计时一般通过在传统生化系统前设置水解酸化反应工艺段来提高废水的可生化性，将难降解的大分子有机物水解成较容易被微生物利用的小分子有机物，同时，由于水解酸化池还具有将剩余活性污泥进行水解发酵的功能，剩余活性污泥通过水解发酵可产生易生物降解有机物（RBCOD）和挥发性脂肪酸（VFAs），再进入后续生化系统为反硝化提供所需的碳源。因此，可利用工艺本身的特点，将后续生化系统中的剩余活性污泥回流至水解酸化池，提高生化系统进水的C/N比，解决碳源不足的问题。同时，剩余污泥的再利用也能降低污泥排放量，降污泥处理费用，对环境更友好。

2.2外碳源引进

用于生物脱单的外碳源种类众多，但不同碳源的性质和代谢途径及获取途径等都存在一定差异。随着污水治理行业的发展，微生物脱氮反应的外加碳源也随之从乙酸钠、乙酸、乙醇等简单的有机物转变成更多新型环保型碳源。

（1）传统型外碳源

传统型外加碳源主要有乙酸钠、乙酸、乙醇、甲醇、葡萄糖等，其分子量低，代谢途径简单，有利于微生物对碳源的利用。传统型外碳源对提升微生物脱氮反应效果显著，但同时也存在制取成本、运输成本高等特点。如甲醇作为碳源启动和驯化时间长，不能作为应急碳源，同时其只能被甲烷同化菌利用，会导致单一微生物富集，对其他有机物利用率大大降低[6]；而葡萄糖则反应时间较长，亚硝酸盐积累量大。

（2）新型外碳源

新型外碳源由于其可得性强、成本低、兼具环境友好的原因，被越来越多污水处理厂所接受。固体碳源有天然纤维素类物质，玉米秸秆、木屑、棉花等。液体碳源有高浓度食品工业废水、餐厨废弃物水解液等。

结合产业园区污水水质特点，将可生化性差的工业废水与高浓有机食品废水均匀混合后，使其达到一定的C/N比，具备环保性高、成本低的特点，同时还能达到“以废治废”的目的。某啤酒生产企业与污水处理厂签订水污染物约定排放浓度限值协议，啤酒生产企业的生产废水只需厌氧发酵预处理后，即可按照约定主要污染物浓度限值排入污水处理厂，不再执行行业排放标准。与此同时，啤酒废水为进水浓度一直偏低的污水处理厂提供稳定的碳源。经测算统计，在完成协议签订的前提下，啤酒生产企业每年节约污水处理相关费用100多万元，下游污水处理厂节约碳源等购买成本20多万元。协作处理污水大大降低了啤酒生产企业和污水处理厂的运行成本。

随着污水治理行业的发展，相关行业政策的完善，越来越多的有机食品废水可以与产业园区污水处理厂废水结合治理，从而达到合作共赢的效果，既降低运行成本，同时又不浪费社会资源。

结论与展望

废水治理过程中，为更好发挥反硝化作用，提高总氮去除率，需保障在反硝化过程中碳源充足。针对碳源不足的废水可通过开发内碳源和引进外碳源两种方式提高废水C/N比。其中，内碳源的开发可利用剩余活性污泥回流至水解酸化池，水解发酵后转化为可生化碳源，外碳源的引进除直接投加乙酸钠等商业类碳源外，还可考虑结合食品类废水特别是酒类生产废水中有机碳含量高的特点，将酒类废水与碳源不足的废水混合治理，提升碳氮比。

在将来的产业园区规划时，即可同时考虑废水治理的问题，在招商阶段，合理布局，如可生化性较差的工业企业与食品生产类工业企业结合，使得污水处理厂进水可生化性就能达到较好的水平，无需大量采购外碳源，大大节约污水处理厂的运营成本。

参考文献

[1] 于萍、于方田、张晓敏，等. 污水反硝化脱氮外加碳源应用前景[J] 资源与环境，2022，48（6）：197-199；

[2] 吴昌永. A2/O工艺脱氮除磷及其优化控制的研究[D]. 哈尔滨工业大学，2010；

[3] 张仲玲. 反硝化脱氮外加碳源的选择[D]. 哈尔滨工业大学，2009；

[4] Park J B K, Graggs R J, Sukias J P S. Removal of nitrate and phosphorus from hytroponic wastewater using a hybrid denitrification filter(HDF)[J]. Bioresource Technology, 2009,100(13):3175-3179；

[5] 王开乐. 剩余污泥作为反硝化外加碳源的制备及应用[D]. 大连理工大学，2021；

[6] 朱启荣、操家顺、张腾，等. 污水厂反硝化传统及可替代碳源研究进展[J] 应用化工，2021，50（6）：1600-1606。