污水厂碳源投加的生物选择机理和控制

在现阶段的污水厂运行管理中，外加碳源是最大的日常药剂成本之一。但是在污水厂运维管理人员心中碳源投加在哪个区域能够实现精准的指标去除和成本控制是最为头疼的问题。这个问题微观上是在决定投加的碳源是被哪种菌群（反硝化菌、聚磷菌、异养好氧菌）优先消耗，以及这些种群之间的消耗竞争。

虽然在污水厂中碳源投加已经成为应对营养物质（氮、磷）超标的主要控制手段，但是如果碳源的投加位置选择不当，不仅会导致碳源被无效消耗，造成成本的浪费，还会引发好氧池曝气量剧增、出水 COD/BOD风险上升，甚至诱发丝状菌污泥膨胀。因此在什么位置进行碳源的投加是控制成本，提高活性污泥的去除能力的重点。在污水厂中，从进水到出水的过程中，主要是在五个区域进行投加，分别是：

进水──►[1.进水渠]──►[2.厌氧池]──►[3.主缺氧池]──►好氧池──►[4.后缺氧池]──►[5.反硝化滤池]──►出水

下面沿着污水处理流程分别对这五个区域进行碳源投加的利弊进行讨论。

1.进水渠/前段预处理区

在进水或者预处理段进行投加主要是为了对污水处理的全局进行补充碳源。这种全面的补充碳源主要针对的是一些村镇污水处理厂站，或者新建城镇污水厂在管网不完善的的低负荷运行状态，进水有机物浓度极低（例如），整个系统处于“严重饥饿”状态，在前短补充，可以改变进水的碳源，从而整体提高进水的有机负荷，而且在进水段进行投加，通过预处理到生化段的管道传输，可以将外加碳源和进水均匀混合，能同时提升厌氧区和缺氧区的与比。

但是这种方式也有比较明显的缺点： 

极低的利用率：进水中携带的高溶解氧（DO）以及预处理段的异养好氧菌会提前消耗掉大量易降解碳源。

经济性最差：大约有 的碳源在进入主体生化池前就被进水中的有机物无用消耗。

2.厌氧池—— 侧重强化生物除磷（EBPR）

在厌氧池进行投加的主要目的就是提供聚磷菌（PAOs）在厌氧环境下释磷所需的碳源。厌氧池的碳源补充针对的是进水比严重不足（或），导致厌氧池无法有效释磷，出水无法依靠生物法达标。还有就是在夏季高温下，聚糖菌GAO对碳源的选择性争夺时，要投加特别的碳源（丙酸）来满足聚磷菌PAOs的需要。

聚磷菌在厌氧条件下迅速吸收小分子脂肪酸（VFAs，如乙酸/丙酸），在体内合成聚--羟基丁酸酯（PHB）并释放磷。在这里投加能从源头上提升生物除磷效率，减少后续化学除磷（如投加PAC/PFS）产生的化学污泥量。

在厌氧池投加碳源的缺点是：

反硝化菌抢夺碳源：若外回流（污泥回流）带来了高浓度的进入厌氧池，反硝化菌数量大，对碳源的响应速度明显快于聚磷菌，会优先抢夺投加的碳源，导致聚磷菌依然“无碳可用”。

严禁过量投加：碳源投加过量或厌氧区的厌氧环境不适合（DO高于0.2mg/L）时，未被聚磷菌完全吸收的碳源如果流向好氧池，优质的碳源会引起好氧池异养菌快速生长，挤压硝化菌的生存空间，导致硝化崩溃（氨氮超标）。

3.主缺氧池——【最经典、最推荐的投加点】

在缺氧池投加碳源，是大部分污水厂通常的碳源使用点，在缺氧池投加碳源是精准服务于悬浮态反硝化菌，保障反硝化所需的碳源，从而使出水总氮（TN）达标。在缺氧池的碳源投加，对碳源的成本利用效益是最高的，可直接将外加碳源（成本）用于将 还原为，同时精准的反硝化点位投加，还可以在反硝化反应中补充碱度，每还原可产生碱度（以计），能够补充好氧池硝化反应消耗的碱度，在进水氨氮较高，好氧池大量消耗碱度时，缺氧池产生的碱度可以节省好氧区加碱成本。对于缺氧段的碳源投加细化可以分为缺氧池前端和中后端进行投加：

缺氧池首段（硝化液回流口附近）：此处 浓度最高，反硝化驱动力强，反应速率最快（阶段）。碳源利用率最高，能最大化发挥反硝化潜力。

缺氧池中后段：当原水碳源已被首段消耗完毕，但残余 仍较高时，在中后段精细补加，避免前段过量投加。

在缺氧池投加碳源需要注意的控制点是：

控制好投加量与混合均匀度。若投加过量，残余碳源随缺氧池出水进入好氧池前段，会消耗好氧池DO，增加风机能耗，如果采用固体粉末投加，会造成投加过程的不均匀，导致反硝化反应的波动，增加能耗和出水总氮的波动。

4.后缺氧池——极限脱氮（如多级AO、Bardenpho工艺）

在一些采用多级AO或者Bardenpho（A2O+AO）的工艺中，把碳源投加在后缺氧池，可以突破前缺氧池的内回流比限制，实现二段ＡＯ的“补漏”式脱氮。这种投加方式主要是针对进水TN过高（超过１００mg/L）或者出水要求极高（如），且内回流比已达到极限（），主缺氧池无法进一步削减TN。通过二段的碳源投加，可以针对好氧池硝化后的最终混合液进行后置反硝化，符合生物脱氮的常规流程，相对AO的倒置缺氧区工艺，可以不受内回流循环稀释倍数的限制。

在后缺氧池进行碳源投加需要注意的是：

出水 COD 超标风险极大：后缺氧池位于生化系统末端，后方没有好氧池对反硝化剩余的碳源进行好氧消化，如果碳源投加过量，会直接进入二沉池导致出水 COD/BOD 超标。

必须配置后曝气池：对于设置后缺氧池的，并且采取后缺氧加碳源进行反硝化保底处理的，在生物池出口必须设置分钟的水力停留时间（HRT）进行微曝气（DO控制在），目的有两个：①吹脱反硝化产生的泡，防止二沉池污泥浮渣；②消耗掉微量残留的碳源。

5.深度处理段/反硝化滤池——终极保障

在深度处理段进行碳源投加，主要是对在生化段未能完全去除的总氮进行最后的补救投加，是通过反硝化深床滤池上固着相（生物膜）进行的高效深度脱氮。在深度处理段进行碳源投加主要针对的是高标准提标改造（如准Ⅳ类水），主生化池容积不足，或者是满足的极限总氮排放指标的工艺类型。深度处理段碳源投加后，被生物膜快速利用，而生物膜的密度极高，停留时间可以缩短到分钟，因此可以设置较小的体积来满足总氮的达标。而碳源的投加量直接与滤池进水的 实时流量挂钩，控制精度比悬浮污泥系统高得多。采用的深床滤池还可以通过滤料截留SS和微量总磷，实现脱氮和过滤的双重功能。

在深度单元反硝化池进行碳源投加需要注意的是：

碳源投加过量会导致滤池内异养菌膜过度滋生，造成滤头堵塞、水头损失剧增、反冲洗频率翻倍，如果后端没有曝气生物滤池对剩余碳源的好氧消化，可能会造成出水的COD的超标。

在了解污水处理流程中不同阶段进行碳源投加的生物吸收机理后，还有就是针对不同微生物的吸收机理，采用什么样的碳源才能满足不同微生物种群的需要，在市场上存在各种不同的碳源，有乙酸钠，葡萄糖，复合碳源，甲醇等，这些不同碳源的生物利用速率差异巨大，根据不同的微生物种群的所需，污水厂内的不同的投加位置与碳源类型必须高度匹配，下面通过一张简表，把不同类型的碳源和投加区域进行对比说明：

污水厂的碳源投加是污水厂药剂成本支出的主要构成，污水厂的运维人员不仅要了解碳源投加的基础，还要注意碳源投加的精准控制，针对本文讨论的几个投加区域，污水厂可以从这几个方面进行碳源的合理控制：

１、“以氮定碳”的精准投加反馈：在缺氧池末端或好氧池首段安装在线仪表。根据仪表数据进行碳源的投加控制，以出水TN为１５ｍｇ／Ｌ为控制时：

当缺氧池末端 ，（或正常值的＋２０％）说明碳源不足，逐渐增加主缺氧池碳源投加量。

当缺氧池末端（或正常值的－２０％）且好氧池前段DO异常下降，说明碳源过量，应立即回调投加量。

２、通过工程手段解决“厌氧池碳源被反硝化菌抢夺”：如果必须在厌氧池投加碳源来除磷，前提是控制好外回流（r）的硝态氮。可以通过在生化池外回流前增加缺氧脱氮，或者降低外回流比，把进入厌氧池的控制在以下，才能保证投加给聚磷菌的碳源不被反硝化占有，降低生物除磷的效果。

３、后置投加的安全保障设计：若在后缺氧池或反硝化滤池投加碳源，需要进行联动出水COD在线仪表和ORP（氧化还原电位）。当仪表出现异常：COD数值高于３０ｍｇ／ｌ，ORP降至-200mV以下时，往往预示着碳源严重过量、系统进入强还原状态，需触发自动扣减程序。

污水厂碳源投加是一个与生物结合紧密的系统化工艺调控手段，碳源投加要充分认识生物反应的机理，这样才能实现碳源成本效益的最大化实现，同时也能保障出水指标的稳定达标。