碳源在反硝化系統(tǒng)中作用的原理以及碳源的種類、投加方式等，研究表明：應根據(jù)運行場所的實際情況，選擇合理的碳源種類、投加量等因素，并應結合其他工藝環(huán)節(jié)的實際情況綜合考慮。

研究城市污水處理廠反硝化階段外加碳源的研究，找到碳源投加的種類、投加量計算方法、投加方式，為污水廠經(jīng)營過程中的措施管理和成本管理提供借鑒經(jīng)驗。

1.反硝化的原理

反硝化反應是將硝化反應過程中產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成N2的過程。反硝化細菌包括假單胞菌屬，反硝化桿菌屬，螺旋菌數(shù)和無色桿菌屬等，是一類化能異氧兼性微生物。在有分子態(tài)氧存在時，它們以有機物為底物對其進行氧化分解，并以氧作為最終電子受體，而在缺氧條件下，則利用廢水中各種有機基質(zhì)作為碳源和電子供體，以NO2--N和NO3--N作為電子受體而進行缺氧呼吸，通過異化和同化作用完成反硝化脫氮過程。同化反硝化最終形成有機氮化合物，成為菌體的組成部分，異化反硝化最終產(chǎn)物是氣態(tài)氮。

反硝化過程中，部分反硝化菌只含有硝酸鹽還原酶時，NO3--N只能還原至NO2--N。硝酸鹽還原酶是一種含有鉬輔基的蛋白質(zhì)復合物，它在催化反硝化時有如下電子轉移過程。

即首先由黃素蛋白FAD或FMN接受從還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸NADH2轉移來的電子，并將它轉移給醌和細胞色素b，然后將電子轉移給含鉬的硝酸鹽還原酶，使Mo6+還原為Mo5+，而Mo5+再將電子轉移給NO3--N而使其還原為NO2--N。

反硝化過程中，約96%的NO3--N經(jīng)異化過程還原，約4%經(jīng)同化過程合成微生物。

影響反硝化生物處理的環(huán)境因素有碳源、pH、溶解氧和溫度；控制因素有水力攪拌強度、硝化液回流比、污泥濃度、泥齡等。本文主要研究碳源因素。

2.碳源投加的現(xiàn)狀

反硝化系統(tǒng)需要碳源，碳源是有機物。在市政污水處理廠中，入網(wǎng)的生活污水可生化性較好，其中BOD占比較高，可以做反硝化細菌所需的碳源，但是多數(shù)情況下該部分碳源的含量不足。尤其是納管混入工業(yè)廢水后，所有指標均可能升高。TN升高的同時，BOD的占比降低，反硝化所需的碳源更加不足。

多數(shù)情況下，原水帶進處理系統(tǒng)的碳源不足，需要外加碳源，投加何種碳源，投加多少，什么情況時投加，投加在何處，何種方式投加均成為碳源投加對于反硝化系統(tǒng)處理能效高低所應考慮的問題。

3.碳源投加分析
3.1碳源的種類：
碳源是有機物，有機物作為電子供體，其本身的分子結構和所含化學鍵能的高低以及該有機物是否易于生物降解、對微生物有沒有毒害影響是判斷碳源種類的重要依據(jù)。 目前反硝化補充碳源主要使用的有機物質(zhì)有：甲醇、乙醇、葡萄糖、淀粉、乙酸鈉、糞便、有機廢水等。其中成本、安全和適用性成為選擇哪一種碳源的依據(jù)。 甲醇和乙醇分子式簡單，屬于微生物可以快速降解的有機物，可以作為良好的碳源供反硝化細菌使用。但甲醇和乙醇價格較高，增大了市政污水處理廠的運行成本，不利于成本管理?？梢岳靡约状己鸵掖紴橹鞯墓I(yè)廢料作為碳源，成本較低，但該工業(yè)廢料應考慮碳源濃度和有毒有害雜質(zhì)的問題。甲醇和乙醇投加還必須注意防火防爆的問題。甲醇和乙醇作為易燃易爆物質(zhì)，存在較高的危險性，在成品管理，投加動力機械的電機防爆等方面必須嚴格要求和控制，避免出現(xiàn)生產(chǎn)安全事故。另外工業(yè)級甲醇和乙醇存在低毒性，投加時操作人員必須注意勞動防護問題。
乙酸鈉作為強堿弱酸鹽和有機物，微生物可快速降解，價格稍高。但其作為碳源同時還可以作為pH緩沖劑，均有良好的效果。并且在市政污水處理廠使用乙酸鈉作為碳源，由于其投加量的限制，并不會產(chǎn)生鹽分對微生物的影響，可以放心使用。同理甲酸和乙酸等簡單的有機酸均可以作為碳源，只要控制好反硝化系統(tǒng)中的pH即可。
糞便作為最廉價的碳源，具有較高的效果。但應注意糞便應使用進行過漚肥后的糞便，其中的有機質(zhì)已腐殖化，否則難以被反硝化細菌快速、高效的利用。糞便中含有較多的有毒有害物質(zhì)和異種微生物，使用投加應根據(jù)廠內(nèi)生化系統(tǒng)的實際狀況謹慎考慮。糞便投加還存在環(huán)境衛(wèi)生的問題，所以目前糞便作為碳源使用并不廣泛。
3.2碳源投加量：
反硝化碳源的投加量應通過物料衡算進行，理論計算可知，每轉化1克NO3--N或NO2--N約需要2.6克的BODu。根據(jù)原水中NH3-N含量（包括有機氮氨化后的NH3-N量）計算出理論上NH3-N全部硝化成為NO3--N或NO2--N的含量，再加上原水中原有的NO3--N或NO2--N的含量，計算出反硝化所需的BODu總量。
該BODu總量減去原水中的BOD5總量，即為所需要外加的理論碳源總量。一般情況下，實際碳源投加量為理論碳源需求總量的3倍。實際運行中，加藥泵的流量范圍選型應根據(jù)實際碳源投加量的0.5到3倍總量進行。
3.3碳源投加控制：
市政污水處理廠進水管網(wǎng)中TN的含量相對穩(wěn)定，但如果接納工業(yè)廢水，由于缺乏調(diào)節(jié)池的環(huán)節(jié)，可能會出現(xiàn)進水TN的指標波動，在系統(tǒng)進水流量不變的情況下，需要及時控制碳源投加量的大小。
由于化驗室TN檢測時間較長，無法滿足及時調(diào)整的要求，可以采用在線監(jiān)測的手段，將TN、COD、NH3-N等數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過計算自動調(diào)整碳源加藥泵的流量或調(diào)節(jié)閥開度，實現(xiàn)碳源自動投加控制。
3.4碳源投加位置：
碳源投加點應在反硝化池前端進行，必須實現(xiàn)投藥與進水及回流液充分混合?；旌虾笤陔A段曝氣和潛水攪拌機的作用下，與反硝化污泥繼續(xù)充分混合。只有碳源、污水和污泥充分混合的情況下，才能保證反硝化細菌與污染物質(zhì)充分接觸并進行足夠時間的反硝化作用，達到最佳的處理效果。
投加點可以設置在進水管道上，也可以設置在反硝化池進水端口，需要注意的是盡量避免短流，并保證反硝化池的充分攪拌。攪拌不應過度，過大的水力攪拌強度會造成水力切削和污泥過度碰撞，造成污泥絮體的物理性解體，并且造成碳源難以吸附在污泥表面上，影響反硝化效率。
3.5碳源投加方式：
碳源的投加以粗放式和精確式進行，碳源補充應盡量以液態(tài)方式進行。條件不滿足的情況下，可以根據(jù)技術人員的經(jīng)驗，以固態(tài)碳源的形式，稱重后撒入反硝化池前端。該方式誤差較大，并應考慮固態(tài)碳源入水后的溶解和水解、電離等過程的時間問題。
條件滿足的情況下，應盡量以溶液形式投加碳源，并做好計量或自動控制。碳源溶液的濃度以高量、較低濃度為宜。
投加前還應注意藥品的預處理，包括葡萄糖等的溶藥，加藥泵前過濾，藥品質(zhì)量控制等問題。
4.碳源投加與其他處理環(huán)節(jié)的關聯(lián)
碳源投加以過量的有機物加入原水中，但反硝化消耗的碳源基本與理論碳源消耗量一致，故造成原水中COD升高。此時還應考慮后續(xù)好氧池有機負荷的沖擊及納污能力。避免在TN處理目標達成的同時，COD超標。
碳源在反硝化系統(tǒng)中的投加不能太過超量，否則會影響反硝化池中的微生物菌種優(yōu)勢。太過量的BOD會造成在缺氧條件下，出現(xiàn)過多的厭氧細菌。也會出現(xiàn)較多的好氧細菌，消耗BOD和溶解氧。從而導致好氧細菌、厭氧細菌與反硝化細菌菌群的競爭關系，影響反硝化處理效果。
前置反硝化工藝中，后續(xù)好氧池的硝化液回流比控制與碳源總量控制也有關聯(lián)性，硝化液回流比越高，碳源投加量越高，該線性關系應于實際運行中調(diào)試取得，故運行中也應注意這一點。
結論：
碳源投加屬于反硝化處理的關鍵因素之一，其控制直接影響了TN出水是否能達標。不同的碳源物質(zhì)種類，不同的投加量、投加濃度和投加方式均會影響反硝化系統(tǒng)處理的效率和最終出水TN指標的高低。
在市政污水處理廠的技術管理中，應根據(jù)運行場所的實際情況，選擇合理的碳源種類、投加量、投加方式等因素，并應結合其他工藝環(huán)節(jié)的實際情況綜合考慮。