污水處理廠生物脫氮碳源問題
我國污水處理廠多采用生物脫氮除磷工藝，碳源一直是傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝的控制因素。碳源是微生物生長所必需的營養(yǎng)元素，主要用于磷釋放、反硝化和異養(yǎng)菌代謝。我國相當一部分污水處理廠進水碳含量低，導致出水脫氮除磷效果差。因此，有效解決城市污水處理廠碳源不足的問題，是提高污水脫氮除磷效率、達標排放的有效途徑。
1內(nèi)碳源
內(nèi)碳源是指污水處理系統(tǒng)本身存在的碳源。包括原污水中可生物降解溶解有機碳、原污水中分離的顆粒狀慢速降解有機物（初沉污泥）和活性污泥微生物死亡或破裂后釋放的可用基質(zhì)。在我國節(jié)能減排環(huán)保政策的指導下，有效開發(fā)利用內(nèi)碳源尤為迫切。既能減少廢物排放，又能有效提高生物脫氮除磷效果，可謂一舉兩得。
1.1多點進水。
又稱分段進水活性污泥法，污水經(jīng)過簡單的物理處理后直接進入生物池。早期多點進水的目的是減少生物池需氧量與供氧量的差異，起到節(jié)能降耗的作用。一方面，該方法的目的是增加脫氮除磷段的碳含量，同時消耗污泥回流和硝化液回流攜帶的剩余溶解氧，優(yōu)化脫氮除磷的反應環(huán)境，提高處理效果。目前，這種運行模式逐漸受到一些新建、改擴建的污水處理廠的青睞。例如，鄭州新建的污水處理廠采用多點進水的改進UCT工藝，排放標準實行一級A排放標準。
由于這種運行模式增加了進水點，從而增加了結(jié)構(gòu)池容量和管道系統(tǒng)，無疑會帶來系統(tǒng)相對復雜、反應池容量和建設(shè)投資增加、運行管理難度增加等問題。與提高處理效果相比，這些弊端也可以忽略不計。
1.2初沉池的合理設(shè)置。
一般來說，初沉池是設(shè)置在沉砂池后面的另一個非常重要的物理處理單元，其作用是進一步去除沉砂池無法去除的更小的無機顆粒，可去除10%~20%的有機物，還具有一定的水解酸化作用，從而減輕后續(xù)生物處理單元的負荷，對提高處理效果起到重要作用。但初沉池的設(shè)置也帶來了后續(xù)脫氮除磷處理階段碳源較低的問題，尤其是對于一些進水量低C/N的污水廠，碳源不足的矛盾會更加突出。這無疑使得初沉池的設(shè)置陷入了兩難境地。業(yè)內(nèi)關(guān)于是否取消初沉池的討論也不絕于耳。據(jù)筆者調(diào)查，初沉池的設(shè)置是否歸納為以下三種主要方式:
(1)直接取消初沉池。目前相當一部分污水廠(如現(xiàn)階段比較流行的延時曝氣氧化溝工藝)是污水經(jīng)過沉砂池后直接進入生物池。這種做法的優(yōu)點是減少了初沉池的建設(shè)投資，簡化了處理流程，對緩解建設(shè)單位資金和占地規(guī)劃的緊張局勢起到了積極作用。筆者認為，這種方法無疑是進水SS濃度低、波動小的污水廠的好選擇。
(2)可在初沉池環(huán)節(jié)設(shè)置超管，根據(jù)實際進水情況決定是否取消初沉池，解決脫氮除磷系統(tǒng)有機碳源不足的問題。筆者認為，這種方法更適合進水SS濃度波動較大的污水廠。也就是說，當進水SS濃度較高時，打開初沉池進一步降低SS；當進水SS濃度較低時，打開超越管超過初沉池，以減少有機物的損失。增加后續(xù)處理過程中有機碳源的含量。
(3)減少初沉池的水力停留時間。一般情況下，初沉池的水力停留時間為1~2h，有業(yè)內(nèi)人士提出將初沉池的停留時間減少到0.5~1h[1]，或適當提高沉砂池的水力停留時間，這樣可以在一定程度上緩解取消初沉池所帶來的一系列弊端。
這三種方法各有優(yōu)缺點，設(shè)計和施工單位需要根據(jù)進水的實際情況和具體施工情況進行合理的設(shè)計和施工。
1.3增加厭氧水解酸化池。
目前，改進脫氮除磷工藝的主要方法是在脫氮除磷反應器前增加厭氧水解酸化池（段）。厭氧水解酸化階段，大分子有機物轉(zhuǎn)化為簡單化合物，分泌給細胞。主要產(chǎn)品有揮發(fā)性脂肪酸(VolatileFatyAcids、VFAs)、醇類、乳酸等。，降低待處理污水的有機負荷，提高污水的可生化性，提高后續(xù)處理效率。梁存珍等[2]采用水解酸化-反硝化-硝化的組合工藝，對土霉素廢水進行連續(xù)處理。
厭氧水解后，廢水的反硝化速率從0.31kg/m3\d提高到0.45kg/m3\d，提高了45.2%。這些研究成果為實際項目的推廣應用提供了強有力的技術(shù)支持。比如鄭州某污水處理廠在氧化溝前設(shè)置前缺氧池(前反硝化池)和厭氧池，10%的進水直接進入前缺氧池段，為回流污泥提供反硝化所需的碳源。在厭氧池中，大分子和難降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解物質(zhì)，為聚磷菌提供碳源。改良氧化溝和改良A2/O都是在此基礎(chǔ)上進化而來的，一些新建和擴建的污水處理廠也積極采用這種方法，取得了良好的處理效果。
結(jié)果表明，水解酸化作為低濃度城市污水生物脫氮工藝的預處理工藝，可以為反硝化段補充一定量的碳源，有效提高脫氮效率。考慮到水解池的建設(shè)和運行成本，以及部分地區(qū)廢水的實際情況，還需要根據(jù)當?shù)厍闆r確定綜合處理效果和經(jīng)濟成本。
1.4利用污泥開發(fā)碳源。
利用污泥開發(fā)碳源，在城市污水處理廠回收污泥，可以在一定程度上解決污泥處理問題，實現(xiàn)污泥的減少、穩(wěn)定和回收。然而，由于污泥微生物的細胞壁半剛性結(jié)構(gòu)很難通過直接厭氧水解產(chǎn)生酸，因此只有對污泥進行預處理，才能破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)和細胞壁，有效釋放細胞內(nèi)物質(zhì)，獲得可溶性有機物，然后水解產(chǎn)生VFAs。近年來發(fā)展起來的污泥預處理方法有:物理法(高壓噴射法、珠磨法、超聲波法、加熱法)、化學法(臭氧氧化法、氯氧化法、濕氧化法)、生物法和一些組合法。VFAs的反硝化速率高于甲醇、乙醇等傳統(tǒng)碳源，因為甲醇和乙醇在生物降解過程中首先轉(zhuǎn)化為相應的VFAs，然后進一步降解。但一般城市污水處理廠進水時，每升水只含VFAs幾十毫克。
目前，越來越多的研究開始利用生物法使污泥水解發(fā)酵產(chǎn)生VFAs。以碳源開發(fā)為目的的污泥水解酸化的研究重點是如何將反應保持在酸產(chǎn)生階段，使VFAs作為后續(xù)生物脫氮除磷的碳源積累。對污泥法中的超聲波法進行了成熟的研究，達到了工程應用程度。利用低頻超聲波開發(fā)碳源，不僅可以增強污水的脫氮除磷效果，還可以減少剩余污泥的排放。
需要注意的是，發(fā)酵液不僅含有大量的溶解有機物，還含有大量的N、P。如果直接作為碳源，必然會增加進水的N、P含量，增加后續(xù)脫氮除磷過程的負擔。因此，發(fā)酵液中的N和P需要回收。目前，磷大多以鳥糞石沉淀的形式回收，其次是磷酸鈣、磷酸鋁和磷酸鐵。利用鳥糞石工藝回收N，P在Mg/N=1.8，pH=10.0，P/N=1.13為最佳N，P回收條件下NH4+-N和SOP的去除率為73.6%和82.2%。
2外加碳源
外加碳源一般可分為兩類:(1)傳統(tǒng)碳源，包括甲醇、乙醇、乙酸等液體有機物和糖；(2)其他類型的碳源，如工業(yè)廢水和垃圾滲濾液。
傳統(tǒng)碳源2.1。
傳統(tǒng)碳源是目前研究成熟、應用廣泛的碳源，主要包括甲醇、乙醇、乙酸等低分子有機物，以及葡萄糖、蔗糖等糖類。在反硝化過程中，添加適量的低分子有機物可以實現(xiàn)完全脫氮[5]。由于每種碳源的代謝途徑不同，反硝化速率也不同，包括乙酸、甲醇、丁酸、丙酸和葡萄糖。反硝化菌要求反硝化過程中的碳源為低生長碳源。由于單碳化合物的生長量最低。
