一、微生物營養平衡

在污水處理過程中，微生物的生長和代謝需要多種營養物質，碳源、氮源、磷源的比例對其活性和處理效果影響顯著。通常認為，活性污泥法處理系統中，微生物生長適宜的營養比例為 BOD?：N：P = 100：5：1 。BOD?代表可生物降解的碳源，當污水中實際碳氮磷比例偏離此值，且碳源相對不足時，需投加碳源以維持微生物的正常代謝和繁殖。比如在一些食品加工廢水處理中，可能氮、磷含量較低，碳源相對充足，但在與其他廢水混合處理或微生物脫氮除磷過程中，若碳源比例不符合需求，就可能需要調整碳源投加量。

不同微生物的特殊需求

不同種類的微生物對碳源的需求存在差異。除了常見的異養菌利用有機碳源進行生長，自養菌如硝化細菌雖然不依賴有機碳源作為能源，但在生態系統中與異養菌相互關聯。當進行同步硝化反硝化等復雜處理工藝時，需要考慮不同菌群對碳源的綜合需求。例如反硝化聚磷菌，在缺氧條件下同時進行反硝化和吸磷，對碳源的類型和數量有特定要求，以實現高效的脫氮除磷。

二、水質特性分析

通過檢測污水中碳源相關指標來判斷碳源的充足程度。BOD?能直接反映可生物降解的有機碳含量，但測定時間較長。COD（化學需氧量）可快速測定，包含了可生物降解和難生物降解的有機物，通過分析 COD 中可生物降解部分（BOD?/COD 比值），能更好了解污水中實際可被微生物利用的碳源量。若該比值較低，且 BOD?含量不能滿足微生物營養需求，就可能需要投加碳源。例如制藥廢水，其 COD 高但 BOD?/COD 比值低，意味著難生物降解有機物多，微生物可利用碳源少，可能需額外投加碳源。

氮磷及其他污染物

污水中氮、磷等污染物含量與碳源投加緊密相關。在脫氮過程中，反硝化細菌利用碳源將硝態氮還原為氮氣，碳源不足會導致反硝化不完全，總氮去除率低。例如，當污水中總氮含量較高，而碳源相對不足時，為了提高脫氮效率，需投加碳源。同樣，在生物除磷過程中，聚磷菌在厭氧條件下釋磷需要充足的碳源，若碳源缺乏，會影響磷的去除效果。

三、處理工藝與目標

不同污水處理工藝對碳源的需求和利用方式不同。例如 A2/O（厭氧 - 缺氧 - 好氧）工藝，厭氧段聚磷菌釋磷需要易生物降解的碳源，缺氧段反硝化需要碳源作為電子供體。與單純的好氧活性污泥法相比，A2/O 工藝對碳源的數量和質量要求更高。在選擇碳源投加時，需根據工藝特點，確保碳源在各處理單元合理分配和有效利用。

出水水質標準

污水處理廠的出水必須滿足相應的水質標準，如國家或地方的排放標準，或特定的回用標準。若處理目標對總氮、總磷、COD 等指標要求嚴格，為確保達標排放，需根據實際水質與標準的差距，合理投加碳源以強化處理效果。例如，對于要求達到一級 A 排放標準的污水處理廠，若總氮指標接近限值且碳源不足，投加碳源可進一步提高反硝化效率，確保總氮穩定達標。

四、處理系統運行狀態下不同情況的調整

活性污泥的性能指標能反映微生物對碳源的利用情況。SV30（30 分鐘沉降比）、SVI（污泥體積指數）可反映活性污泥的沉降性能和結構。若 SV30 異常升高、SVI 增大，可能意味著活性污泥結構松散，微生物代謝異常，此時即使碳源理論量充足，也可能需要調整碳源投加，改善活性污泥性能。此外，通過顯微鏡觀察活性污泥中微生物的種類、數量和活性，如原生動物、后生動物的種類和數量變化，可判斷微生物活性，進而調整碳源投加策略。

若污水中碳氮磷比例嚴重失調，碳源相對氮源和磷源過少，微生物因缺乏足夠碳源，無法正常合成細胞物質與提供能量，導致活性污泥結構松散，使得 SV30 異常升高、SVI 增大。例如，在一些以含氮工業廢水為主的污水中，碳氮比可能遠低于適宜的 100：5 ，此時微生物的生長代謝受到抑制，活性污泥性能變差。這種情況下，需要增加碳源的投加量。補充碳源能夠滿足微生物生長代謝對碳的需求，有助于微生物恢復正常的生理功能，重新形成結構緊密的活性污泥絮體。例如，可以適量投加甲醇、乙酸鈉等易被微生物利用的碳源，觀察活性污泥性能的恢復情況，根據 SV30、SVI 等指標的變化，逐步調整碳源投加量，直至活性污泥性能恢復正常。

當污水中碳源過多，而其他營養物質相對不足時，可能會引發絲狀菌的過度繁殖。絲狀菌比表面積大，在碳源豐富的環境下具有競爭優勢，大量絲狀菌穿插在活性污泥絮體之間，使絮體結構變得松散，體積膨脹，從而導致 SV30 異常升高、SVI 增大。比如，在一些食品加工廢水處理中，如果碳源投加過量，且氮源相對缺乏，就容易出現這種情況。此時應減少碳源的投加量。降低碳源濃度，削弱絲狀菌的生長優勢，抑制其過度繁殖。同時，可以適當補充氮源、磷源等其他營養物質，調整污水中的營養比例，使微生物群落結構恢復平衡。在減少碳源投加后，密切關注活性污泥的變化，如通過顯微鏡觀察絲狀菌數量的變化，結合 SV30、SVI 指標，判斷處理效果，必要時進一步微調碳源及其他營養物質的投加量。

污水中突然進入重金屬離子（如汞、鎘等）、有毒有機物（如酚類、氰化物等），會抑制或毒害活性污泥中的微生物，破壞微生物的細胞結構和生理功能，導致活性污泥解體，SV30 和 SVI 異常。這種情況下，問題并非出在碳源的多少上。

曝氣過量或不足都可能影響活性污泥性能。曝氣過量產生的剪切力會破壞活性污泥絮體結構；曝氣不足則導致微生物缺氧，代謝異常。例如，曝氣池中溶解氧長期高于 6mg/L（正常 2 - 4mg/L）或低于 1mg/L，都可能使活性污泥出現問題。

溫度驟變或長期處于不適宜微生物生長的范圍，會影響微生物體內酶的活性，進而影響其代謝和生長，導致活性污泥性能變差。如在冬季，水溫過低，微生物活性降低，可能出現 SV30 升高、SVI 增大的現象。

五、系統沖擊與恢復

污水處理系統可能面臨水質、水量沖擊，如工業廢水的突然排放或暴雨導致水量激增。沖擊會影響微生物的活性和處理效果。在系統受到沖擊后，微生物需要一定時間恢復，此時投加碳源可幫助微生物快速適應變化，恢復處理能力。例如，當進水水質突然變化，有毒有害物質抑制微生物活性，投加適量碳源可提供能量，促進微生物修復和增殖，使系統盡快恢復正常運行。

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