什么是碳源？

1、作者：一氣貫長空什么是碳源？碳源（carbon source）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(xiǎn)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(jī)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(jī)酸和有機(jī)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

2、或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。2、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(xiǎn)性聯(lián)合國編號(hào)名稱類別或項(xiàng)別次要危險(xiǎn)性包裝類別特殊規(guī)定 1120 丁醇33223 1170乙醇（酒精）或乙醇溶液（酒精溶液）31443144、2231230甲醇36.1279 1274 正丙醇33223  1760  腐蝕性液體，未另作規(guī)定的827482748223、274&

3、#160;1987 醇類，未另作規(guī)定的32743223、2742789冰醋酸或乙酸溶液，按質(zhì)量含酸高于80%83 2790乙酸溶液，按質(zhì)量含酸不低于50%，但不超過80%8乙酸溶液，按質(zhì)量含酸不低于10%，但不超過50%82、碳源生產(chǎn)工藝宜采用國家鼓勵(lì)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

4、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(yàn)方法檢測(cè)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 項(xiàng)目液體單一碳源固體單一碳源復(fù)合碳源指標(biāo)指標(biāo)指標(biāo)有 效 碳 源 成 分 含 量 / % 20.058.0/化學(xué)需氧量（CODCr）/（mg/L）               1.5

5、6×105  4.2×105 2.5×105  BOD5/CODCr 0.55pH值4.09.0密度（20）/（g/cm3） 1.001.26/1.001.26水 不 溶 物 的 質(zhì) 量 分 數(shù) /% 0.050.2 0.2凝 點(diǎn) / 供需雙方協(xié)商總磷（以 P 計(jì)）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 0.003 0.010.006總氮（以 N 計(jì)）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 0.030.050.03氯 化 物 （Cl） 的 質(zhì) 量 分 數(shù) /% 0.10.10.1 硫 酸 鹽 （SO4） 的 質(zhì)

6、量 分 數(shù) /% 0.10.10. 1 汞 （Hg） 的 質(zhì) 量 分 數(shù) /% 0.00002.gif"113" valign="top" style="padding: 0px;outline: 0px;word-break: break-all;hyphens: auto;border-top: none;border-right-color: rgb(0, 0, 0);border-bottom-color: rgb(0, 0, 0);border-left: none;box-sizing: border-box !impor

7、tant;">0.00002.gif"113" valign="top" style="padding: 0px;outline: 0px;word-break: break-all;hyphens: auto;border-top: none;border-right-color: rgb(0, 0, 0);border-bottom-color: rgb(0, 0, 0);border-left: none;box-sizing: border-box !important;">0.00002.gif&quo

8、t;outline: 0px;height: 23px;box-sizing: border-box !important;">鎘 （Cd） 的 質(zhì) 量 分 數(shù) /% 0.0002.gif"113" valign="top" style="padding: 0px;outline: 0px;word-break: break-all;hyphens: auto;border-top: none;border-right-color: rgb(0, 0, 0);border-bottom-color: rgb(0, 0, 0);b

9、order-left: none;box-sizing: border-box !important;">0.0002.gif"113" valign="top" style="padding: 0px;outline: 0px;word-break: break-all;hyphens: auto;border-top: none;border-right-color: rgb(0, 0, 0);border-bottom-color: rgb(0, 0, 0);border-left: none;box-sizing: bo

10、rder-box !important;">0.0002.gif"outline: 0px;height: 23px;box-sizing: border-box !important;">鉻 （Cr） 的 質(zhì) 量 分 數(shù) /% 0.00050.00050.0005砷 （As） 的 質(zhì) 量 分 數(shù) /% 0.00050.00050.0005鉛 （Pb） 的 質(zhì) 量 分 數(shù) /% 0.00050.00050.0005注：表中產(chǎn)品的總磷、總氮、氯化物、硫酸鹽、Hg、Cd、Cr、As及Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均按化學(xué)需氧量（CODCr） 最低臨界值計(jì)，即液體單一碳源按

11、1.56×105 mg/L計(jì)，固體單一碳源按4.2×105 mg/L計(jì)，復(fù)合碳源按2.5×105 mg/L計(jì)。當(dāng)CODCr大于上述最低臨界值時(shí)，按實(shí)際化學(xué)需氧量折算成同類產(chǎn)品的CODCr最低臨界值的比例計(jì)算出相應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 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)序號(hào)環(huán)境安全控制指標(biāo)指標(biāo)1易燃易爆危險(xiǎn)性，閃點(diǎn)/93.02金屬腐蝕速率/(mm/a)6.253、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(shí)際工程情況選擇合適的碳

12、源。1、甲醇甲醇作為外碳源具有運(yùn)行費(fèi)用低和污泥產(chǎn)量小的優(yōu)勢(shì)，在甲醇碳源不足時(shí)，存在亞硝酸鹽積累的現(xiàn)象。以甲醇為碳源時(shí)的反硝化速率比以葡萄糖為碳源時(shí)快3倍，其最佳碳氮比（COD：氨氮）為 2.83.2 。但甲醇作為外加碳源時(shí)，有以下3點(diǎn)問題需關(guān)注： 甲醇易燃，為甲類?；?，儲(chǔ)存和使用均有嚴(yán)格要求。特別是其儲(chǔ)存需報(bào)當(dāng)?shù)毓膊块T備案審批，手續(xù)繁瑣。 微生物對(duì)甲醇的響應(yīng)時(shí)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(shí)效果不佳； 甲醇具有一定的毒害作用，將甲醇作為長期碳源，對(duì)尾水的排放也會(huì)造成一定的影響。2、乙酸鈉乙酸鈉的優(yōu)點(diǎn)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(shí)使用。

13、乙酸鈉由于是小分子有機(jī)酸鹽的原因，反硝化菌易于利用，脫氮效果是最好的。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，碳氮比在4.6時(shí)，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(jī)物，能容易被微生物降解，反硝化響應(yīng)時(shí)間快，而且無毒，能作為應(yīng)急碳源。但是，它價(jià)格較貴，產(chǎn)泥率高，對(duì)污水廠的污泥處置會(huì)帶來了一定的壓力。使用乙酸鈉要考慮以下3點(diǎn)： 乙酸鈉多為20%、25%、30%的液體，由于當(dāng)量COD低，運(yùn)輸費(fèi)用高，不能遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。 產(chǎn)泥量大，污泥處理費(fèi)用增加； 價(jià)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(shí)浪費(fèi)。但其弊端有四點(diǎn)： 乙酸為乙類?；?/p>

14、，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(chǔ)存條件要求高。 多數(shù)污水處理廠遠(yuǎn)離乙酸廠，運(yùn)輸費(fèi)用高，不能遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。 乙酸代謝后的氫離子有降低出水pH的可能。 乙酸價(jià)格市場(chǎng)變化大，高價(jià)時(shí)做碳源價(jià)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。4、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(jiǎn)單的糖，所以目前研究比較多。當(dāng)碳源充足時(shí)，以葡萄糖為碳源的最佳碳氮比較甲醇為碳源時(shí)高得多，為 6171。碳源對(duì)硝氮的比還原速率幾乎沒有影響，但是對(duì)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(shí)對(duì)亞硝氮的比累積速率沒有影響。以葡萄

15、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(shí)，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(diǎn)： 需要現(xiàn)場(chǎng)配置成溶液，勞動(dòng)強(qiáng)度大，投加精準(zhǔn)性差，大型污水處理廠無法使用。 工業(yè)葡萄糖含雜質(zhì)多，食品葡萄糖價(jià)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(duì)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(jī)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

16、，具備極高的性價(jià)比。但其弊端： 產(chǎn)品的穩(wěn)定性待提高，使用前需對(duì)每批次產(chǎn)品當(dāng)量COD進(jìn)行檢測(cè)。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(shí)還減少了碳源運(yùn)輸方面的問題，所以它是目前比較有優(yōu)勢(shì)的碳源。對(duì)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(jià)值的方法?？墒?，對(duì)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

17、的產(chǎn)物VFA統(tǒng)一化研究應(yīng)用，還是一個(gè)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(shì)必會(huì)增加污水處理廠的氮磷負(fù)荷，如何解決這個(gè)問題，是利用污泥水解液的另一大難題。4、碳源投加量的計(jì)算思路1、工藝的判斷很多小伙伴對(duì)于碳源的投加認(rèn)知，還停留在初學(xué)階段，只認(rèn)識(shí)CNP比100：5：1，CN比控制在4-6，但是，這些比例到底啥時(shí)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(jiǎn)單！記住這幾個(gè)判斷點(diǎn)：除碳工藝就是單純的曝氣（例如單純的曝氣池、單純的MB

18、R、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？ 這里必須啰嗦幾句，要不等理解計(jì)算后會(huì)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(shí)，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(gè)營養(yǎng)比例配齊就行了，本文是碳源投加，設(shè)定的是N

19、、TP充足的情況下，但在正常情況下，TP往往太多了，實(shí)際上不會(huì)以TP的數(shù)值去配平的，這一點(diǎn)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15：13、碳的數(shù)值選擇 很多同行對(duì)碳源計(jì)算使用COD還是BOD比較疑惑，個(gè)人的思路是工程中使用COD計(jì)算，這樣就有一個(gè)余量的緩沖，不至于碳源投加的過量，既然一切為實(shí)際服務(wù)，那什么情況下計(jì)算都選擇COD是錯(cuò)不了的！ 所以，選擇COD還是BOD？ 那就COD吧！4、氮的數(shù)值選擇 對(duì)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(diǎn)！ 記住一點(diǎn)！ 除碳工藝選擇TKN（凱氏氮，氨氮+有機(jī)氮的值），不過對(duì)于市政污水，沒有工業(yè)廢水混合的情況下，有機(jī)氮很少的，可以直接用氨氮，反正你自己的來水有沒有有機(jī)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(jī)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?yàn)閱渭兊某脊に嚕⑸餆o法利用硝態(tài)氮代謝（合成+分解）只能利用氨