人類的生活和經(jīng)濟社會的發(fā)展都離不開水，影響人們生活和制約社會經(jīng)濟發(fā)展的，不僅是水資源在水量上的匱乏，更重要的是由于水環(huán)境惡化而造成的水質(zhì)型缺水。我國農(nóng)村水環(huán)境問題日益突出，生活污染加劇，面源污染加重，工礦污染凸顯，飲水安全存在隱患，呈現(xiàn)出污染從城市向農(nóng)村轉(zhuǎn)移的態(tài)勢。
氮在水中主要以有機氮和無機氮兩種形態(tài)存在，來源于生活污水、農(nóng)業(yè)廢棄液、工業(yè)廢水等。含氮物質(zhì)可以通過自然過程和人類活動等途徑進入水環(huán)境中，天然水體中的亞硝酸氮濃度很低，人類活動是引起氮含量過多的主要原因，主要通過面污染和點污染進入水體。常見的面污染源有：農(nóng)業(yè)面源污染、城市雨水徑流污染、氣載污染物污染、水體流失和水產(chǎn)養(yǎng)殖等。常見的點污染源有：城市污水與工業(yè)廢水直接排放、污水處理廠的尾水排放、生活垃圾場和工業(yè)廢料場等。大量的氮污染物進入水體會加速水體的富營養(yǎng)化，惡化水體質(zhì)量，影響漁業(yè)發(fā)展和危害人體健康，影響供水水質(zhì)和增加制水成本。
根據(jù)社會用水健康循環(huán)的基本策略，污水深度處理與再生利用是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是我國水環(huán)境恢復的切入點。如果在城市污水二級處理的基礎(chǔ)上深度處理和再生利用，可以將排放水變成再生水作為城市的第二水源，不但緩解了水資源的不足，還減輕了水環(huán)境的污染，對社會用水健康循環(huán)具有重要的戰(zhàn)略意義。因此，為了保護水環(huán)境，以及實現(xiàn)城鎮(zhèn)污水廠污水二次利用，嚴格控制出水氮含量是極其必要的。
傳統(tǒng)生物脫氮工藝
在城市污水中，氮有多種存在形式，包括有機氮、氨氮、硝酸氮、亞硝酸氮和氣態(tài)氮等，并且它們在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化。傳統(tǒng)生物法脫氮途徑一般包括三個階段：氨化作用、硝化作用和反硝化作用，這三個階段分別在氨化菌、硝化菌和反硝化菌的作用下完成，如下圖1所示。有機氮化合物在氨化菌的作用下，被分解轉(zhuǎn)化為氨氮，這一過程稱為氨化作用。在硝化菌和亞硝酸菌的作用下，氨氮進一步分解氧化為亞硝酸氮，轉(zhuǎn)化為硝化氮，這個過程稱為硝化作用。然后，在生物反硝化系，反硝化菌利用碳源電子供體，亞硝酸氮、硝酸氮作為電子受體，將亞硝酸氮、硝酸氮還原為氣態(tài)氮，同時去除有機物和氮污染物。通過上述三個階段的反應，實現(xiàn)從廢水中脫氮的目的。當然，氮的去除還包括微生物細胞的同化作用將氨轉(zhuǎn)化細胞原生質(zhì)成分。
基于上述原理設(shè)計的脫氮工藝為前置反硝化生物脫氮工藝，即廣泛使用的A/O（缺氧/好氧）工藝。在A/O工藝中，回流液中的大量硝酸鹽回流到缺氧池，從原污水中得到充足的有機物，使得反硝化脫氮充分進行。目前，我國大部分污水處理廠普遍存在著碳源不足的問題，污水的碳氮比（C/N）偏低，多數(shù)城填污水的C/N僅為3～4，導致脫氮效率低，尤其進入低溫季節(jié)，情況更為嚴重。因為好氧池中的一部分流量沒有回流到缺氧池而直接排放掉，所以該A/O工藝脫氮效果受到限制，致使許多污水處理廠二級出水中殘余總氮含量偏高，主要以硝酸氮形態(tài)出現(xiàn)。常規(guī)混凝-過濾-消毒的再生水處理工藝對氮的去除作用不明顯，因此反硝化生物脫氮成為再生水深度脫氮的首選工藝。為提高系統(tǒng)脫氮效率，可以向缺氧池中外加碳源。
碳源是反消化過程不可少的一種物質(zhì)。傳統(tǒng)的碳源物質(zhì)包括甲醇、乙酸和一些低分子糖類等，甲醇、乙酸等小分子液體碳源反硝化作用率高，脫氮效果好，但其投加量不易控制，運輸和運行成本較高，具有一定的毒性和危害。研究者對外加碳源問題進行了新的探索和嘗試研究，開始探索開發(fā)新型外加碳源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)碳源。
復合碳源是用于促進反硝化脫氮異養(yǎng)菌群快速繁殖，提高微生物凈化能力，生化系統(tǒng)處理能力和抗沖擊力的一種新型復合性營養(yǎng)素。
復合碳源由多種有機物氨基酸組成，投加量少，可以起到快速培菌的作用，且使用后水質(zhì)比較穩(wěn)定，具有快速、低耗、生物友好的特點。
復合碳源兼具幾種傳統(tǒng)碳源的優(yōu)點，化學性質(zhì)穩(wěn)定，反硝化速率快，污泥產(chǎn)量低，污泥菌種適應快，脫氮效果好，處理成本低于其他幾種常規(guī)碳源藥劑，適用于污水廠的應急投加處理，滿足水質(zhì)排放要求的同時達到大經(jīng)濟效果。