隨著國內(nei) 大部分受納水體(ti) 的環境容量變小，以及愈加嚴(yan) 格的環境政策，越來越多的市政汙水處理廠出水水質要求達到《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準，並有進一步提高標準的趨勢。
按照《室外排水設計規範》（GB 50014—2006）建議的生物脫氮的汙水碳氮比BOD5／TKN＞4這個(ge) 評價(jia) 指標，如果對全國不同地區的市政汙水處理廠進水水質統計，我們(men) 就能發現，目前我國不同地區汙水廠原水碳源不足、碳氮比低的情況普遍存在。
低碳源汙水特性及問題
之前有人對國內(nei) 127座汙水處理廠的進水水質進行分析，發現80%的汙水處理廠BOD5/TN比值小於(yu) 3.6，隻有10%的汙水處理廠大於(yu) 4。
住建部城鎮汙水處理係統的水質數據分析顯示：我國70%左右的城鎮汙水處理廠進水BOD5/TN比值小於(yu) 4，其中北方城市汙水廠進水BOD5/TN比值為(wei) 4，南方城市汙水廠進水BOD5/TN比值為(wei) 3，可見，碳源不足的情況在全國範圍內(nei) 都是一個(ge) 棘手的問題。
而我國汙水廠多采取的是傳(chuan) 統生物/化學工藝處理低碳源汙水，雖然可以滿足城鎮汙水排放標準，但是汙水廠運行成本較高，同時進水方式複雜、操控困難，也給汙水廠處理低碳源汙水增加了難度，主要存在以下幾個(ge) 問題：
1、汙水廠的運行成本高
由於(yu) 傳(chuan) 統硝化反硝化工藝需要消耗大量有機物，為(wei) 了滿足反硝化，需要投加大量碳源，提高C/N。汙水廠通常選擇乙酸、乙醇、葡萄糖等有機物作為(wei) 外加碳源，其市場均價(jia) 在2500元以上（各地方數據有所偏差）。
近年來，以天然的固體(ti) 有機物為(wei) 主，無毒、價(jia) 格低廉的外加碳源成為(wei) 熱點。比如說有人采用稻殼、玉米芯和陳米作為(wei) 外加碳源，研究不同天然有機碳源對生物脫氮的影響。也有采用玉米芯固體(ti) 碳源生物反應器，研究SND工藝處理低碳氮比汙水的脫氮效果。如果能減少氮的價(jia) 態轉換過程，就可以從(cong) 理論上減少碳源的消耗，從(cong) 而降低有機物的浪費。
2、進水方式複雜
為(wei) 了提高生物脫氮效率，大多數汙水處理廠采用分段進水和周期性改變進水的方法。一方麵改良分段進水擁有充分利用碳源、脫氮效率高、運行管理方便等優(you) 點；另一方麵也存在分段進水工藝操作複雜，運行調控困難的不足。此外該工藝需要多個(ge) 反應器串聯運行，占地麵積大，運行成本也相應增加。
低碳源汙水如何脫氮？
1、投加外部碳源
一般來說，低C/N比汙水中有機物缺乏，活性汙泥係統中微生物之間產(chan) 生資源競爭(zheng) ，導致了硝化與(yu) 反硝化反應平衡被打破，抑製了生物脫氮過程的進行，氮類汙染物質的去除效果不佳，出水水質難以達標。因此，投加碳源仍為(wei) 提高低C/N比汙水生物脫氮率的主要方式。現有的外加碳源大體(ti) 上可以分為(wei) 三大類：以液態有機物為(wei) 主的傳(chuan) 統碳源、可生物降解高分子聚合物及天然纖維素物質。
1）傳(chuan) 統液體(ti) 碳源
目前應用最為(wei) 廣泛的液體(ti) 碳源主要有葡萄糖、乙酸鈉、甲醇和乙酸等。
它們(men) 分子結構簡單，有利於(yu) 微生物的吸收轉化，從(cong) 而促進反硝化細菌的生長繁殖，有效的去除汙水中的氮磷。
在以甲醇、乙醇、葡萄糖、乙酸和麥芽糖為(wei) 外加碳源處理低 C/N 比汙水的研究中發現，乙酸的反硝化速率最好，甲醇、乙醇和葡萄糖次之，麥芽糖效果最差。
以乙酸鈉為(wei) 外加碳源的反硝化速率為(wei) 12 mg · (g · h)-1 , 較以乙醇為(wei) 外碳源的反硝化速率高出約3 mg · (g · h)-1，在相同的投加量下，再以乙酸鈉作為(wei) 反硝化係統的外碳源時，其反硝化能力優(you) 於(yu) 葡萄糖。
當然，除了反硝化能力，運行成本也是汙水廠選擇外加碳源要考慮的重要指標，如下表所示：
液體(ti) 碳源的經濟性對比
從(cong) 表中我們(men) 可以看出投加葡萄糖成本最高，乙酸鈉投加成本較低，甲醇一般隻有在連續投加時成本最低。
從(cong) 長期投加成本上看，葡萄糖＞乙酸鈉＞甲醇，甲醇經過馴化後，投加成本最低。但是甲醇對運輸、儲(chu) 存和使用的安全要求極高，一般在進水碳源長期不足、總氮長期不達標時，甲醇是最經濟的碳源。而乙酸鈉在成本、安全性、反應速度各方麵而言，具有明顯的優(you) 勢，是汙水廠較好的備用外加碳源。
2）可生物降解高分子聚合物
早在1991年就有學者提出以PHB作為(wei) 反硝化碳源去除水中的硝酸氮的設想，並取得了較好的脫氮效果。
研究認為(wei) PHB和PCL均能維持7周以上穩定的反硝化脫氮效果，硝酸鹽氮的負荷可達10 mg · (L · h)-1。
利用PLA顆粒作為(wei) 反硝化的固體(ti) 碳源及生物膜載體(ti) ，在係統溫度為(wei) 30℃，硝酸鹽氮初始濃度為(wei) 50mg· L -1 的條件下，PLA的平均反硝化速率可達2.6x10³ mg · (g · h)-1，硝酸氮在13h內(nei) 可以得到完全去除。
3）天然維生素類物質
天然纖維素類物質作為(wei) 固體(ti) 碳源，具有來源廣泛、易獲取、價(jia) 格低廉、易生物降解、無毒等優(you) 點。
豌豆藤、花生藤、更豆藤、綠豆藤因單位質量釋碳量較低，不適宜用作反硝化水處理碳源。相比之下，玉米芯、秸稈等更具備作為(wei) 理想的固體(ti) 碳源和生物載體(ti) 的性能。研究發現，以玉米葉水解液為(wei) 反硝化碳源，反硝化速率可達24. 30 mg· (g· h)-1，脫氮率高達 97. 20% 。
2、優(you) 化進水方式
傳(chuan) 統的進水方式中，大多數碳源在好氧段消耗，在缺氧反硝化階段將無碳源可用。在合理利用碳源研究中，通過優(you) 化進水方式可以保證有機碳源應用於(yu) 缺氧反硝化階段，主要有兩(liang) 種優(you) 化方式：分段進水和周期性改變進水方式。
分段進水方式具有汙泥濃度高、水力停留時間短、碳源利用率高等優(you) 點。近年來，分段進水多段A/O工藝是國外針對低碳源汙水開發的新技術。在碳氮比條件下采用分段進水A/0工藝處理高氨氮汙水，通過曝氣量控製獲得較高的脫氮效能，平均去除率都達到了90％以上。
周期性改變進水方式可將兩(liang) 個(ge) 相同的反應器串聯，將其作為(wei) 定期進水的第一級反應器，改變每個(ge) 反應器的周期性功能，以保證充分利用進水中有機碳源。
3、生物脫氮新工藝
針對低碳源汙水的處理，大多數汙水廠選擇外加碳源的方式來滿足排放標準要求，這勢必增加了汙水廠的運行處理費用。
而針對低碳源汙水的新型生物脫氮工藝（包括短程硝化反硝化工藝、同步硝化反硝化工藝、厭氧氨氧化工藝以及SHARON-ANAMMOX聯合工藝等）突破了傳(chuan) 統理念，縮短了脫氮時間，降低了碳源的消耗，節省了運行成本，而且依舊可以達到水質排放標準。
新型脫氮工藝與(yu) 傳(chuan) 統硝化反硝化工藝的比較
1）同步硝化反硝化是指在低溶解氧、碳源易降解的條件下，硝化與(yu) 反硝化同時在同一個(ge) 反應器內(nei) 完成，並能夠一步達到汙水脫氮效果的新型生物脫氮工藝。同步硝化反硝化的出現，突破了硝化、反硝化不能同時發生的傳(chuan) 統觀念，加快了反應進程，能維持係統中的pH平衡。
2）短程硝化反硝化工藝將反應維持在亞(ya) 硝化階段，阻止亞(ya) 硝酸鹽的進一步氧化，能夠減少對碳源的需求，降低反應過程的能量消耗，縮小反應器的占地麵積，可以最大程度地降低處理成本，具有一定的經濟效益。
結語
傳(chuan) 統硝化反硝化工藝主要應用於(yu) 低氨氮廢水，對於(yu) 低碳源的廢水達不到理想的處理效果，因此需要對工藝進行優(you) 化，以盡可能降低出水的總氮，使其汙水達標排放。
而短程硝化反硝化、同步硝化反硝化、厭氧氨氧化等新興(xing) 生物脫氮技術都是基於(yu) 傳(chuan) 統生物脫氮技術的改進，可以較大程度上節省脫氮處理投資運營費用，使工藝運行更加高效、穩定。當然，這些新型技術都還處於(yu) 發展應用的起步階段，並非特別成熟，希望未來在應用中能有更多的探索和改進。
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