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碳源種類不會選?碳源投加量不會算?看完這篇文章就懂了

 

碳源carbonsource)是可為污(廢)水生化處理系統的微生物生長代謝提供營養物的含碳元素化合物。碳源分為單一碳源復合碳源,單一碳源是只含有一種有效碳源成分的碳源。復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反應、不存在安全風險的碳源。

一、碳源的技術要求

1、用于生產單一碳源和復合碳源的有效碳源成分應符合已發布的國家標準、行業標準的質量要求和有關規定,其安全要求按照GB 12268-2012執行,

2、碳源生產工藝宜采用國家鼓勵的先進技術工藝,不應使用國家或有關部門發布的淘汰或禁止的技術、工藝或材料,不得超越范圍選用限制使用的材料生產。

3、以不危及自身或他人健康和安全的方式進行產品的生產和復配,碳源產品應穩定,無后續化學反應。

4、液體單一碳源產品為無色或微黃色透明液體,不得有與產品原料氣味不相符的氣味。固體產品為無色透明或白色結晶粉末或結晶顆粒,無臭無異味,無肉眼可見雜質,溶于水。復合碳源產品為無色至棕黃色透明液體,不得有與產品配方中碳源有效成分不相符的氣味。

5、污(廢)水處理用碳源產品按本文件規定的試驗方法檢測應符合表1要求。

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二、常用碳源選擇

目前市面上常用的碳源:甲醇、乙酸、乙酸鈉、面粉、葡萄糖、生物質碳源及污泥水解上清液等。在使用過程中,需要根據實際工程情況選擇合適的碳源。

1、甲醇

甲醇作為外碳源具有運行費用低和污泥產量小的優勢,在甲醇碳源不足時,存在亞硝酸鹽積累的現象。以甲醇為碳源時的反硝化速率比以葡萄糖為碳源時快3倍,其最佳碳氮比(COD:氨氮)為 2.8~3.2 。

但甲醇作為外加碳源時,有以下3點問題需關注:

① 甲醇易燃,為甲類;,儲存和使用均有嚴格要求。特別是其儲存需報當地公安部門備案審批,手續繁瑣。

② 微生物對甲醇的響應時間較慢,甲醇并不能被所有微生物利用,當甲醇用于污水處理廠應急投加碳源時效果不佳;

③ 甲醇具有一定的毒害作用,將甲醇作為長期碳源,對尾水的排放也會造成一定的影響。

2、乙酸鈉

乙酸鈉的優點在于它能立即響應反硝化過程,可作為水廠應急處置時使用。

乙酸鈉由于是小分子有機酸鹽的原因,反硝化菌易于利用,脫氮效果是最好的。通過實驗發現,碳氮比在4.6時,可以達到穩定的脫氮效果,而且它的水解物為小分子有機物,能容易被微生物降解,反硝化響應時間快,而且無毒,能作為應急碳源。但是,它價格較貴,產泥率高,對污水廠的污泥處置會帶來了一定的壓力。

使用乙酸鈉要考慮以下3點:

① 乙酸鈉多為20%、25%、30%的液體,由于當量COD低,運輸費用高,不能遠距離運輸。

② 產泥量大,污泥處理費用增加;

③ 價格較為昂貴,污水處理廠大規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。但作為工業化產品,用做碳源確實浪費。

但其弊端有四點:

① 乙酸為乙類;,也是揮發性酸,是大氣污染VOC的重要組成部分,環保部門監管多,儲存條件要求高。

② 多數污水處理廠遠離乙酸廠,運輸費用高,不能遠距離運輸。

③ 乙酸代謝后的氫離子有降低出水pH的可能。

④ 乙酸價格市場變化大,高價時做碳源價格昂貴,將乙酸應用于污水處理廠的大規模投加幾乎不可能。

4、糖類

糖類外加碳源中,以面粉、蔗糖、葡萄糖為主,由于葡萄糖是最簡單的糖,所以目前研究比較多。當碳源充足時,以葡萄糖為碳源的最佳碳氮比較甲醇為碳源時高得多,為 6∶1~7∶1。碳源對硝氮的比還原速率幾乎沒有影響,但是對亞硝氮的比積累速率影響較大,在研究中發現只有葡萄糖作為外加碳源時對亞硝氮的比累積速率沒有影響。

以葡萄糖為代表的糖類物質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,容易引起細菌的大量繁殖,導致污泥膨脹,增加出水中COD的值,影響出水水質,同時,與醇類碳源相比,糖類物質更容易產生亞硝態氮積累的現象。

但其弊端有二點:

① 需要現場配置成溶液,勞動強度大,投加精準性差,大型污水處理廠無法使用。

② 工業葡萄糖含雜質多,食品葡萄糖價格貴。

5、生物質碳源

隨著污水脫氮要求的提高,新興起專業生產碳源的企業,他們通過生物工程原理,對一些糖類、農產品廢料等進行發酵,生產無毒無害的生物制品,主要組分是小分子有機酸、醇類、糖類。其較單一的化學品更容易被微生物利用,其使用成本比單一化學品便宜,具備極高的性價比。

但其弊端:

① 產品的穩定性待提高,使用前需對每批次產品當量COD進行檢測。

6、污泥水解上清液

生物轉化揮發酸VFA 來源于污泥水解的上清液,由于水解所產生的 VFA 擁有很高的反硝化速率,碳源可以直接由污水廠內部提供,在污泥減容的同時還減少了碳源運輸方面的問題,所以它是目前比較有優勢的碳源。

對于污泥水解利用做外碳源的研究,目前不同的結論有很多,但總體認為它作為反硝化脫氮系統的碳源是一種很有價值的方法?墒,對于不同的污泥,不同的水解條件,所產生的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,如何將污泥水解的產物VFA統一化研究應用,還是一個比較大的難題。

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,勢必會增加污水處理廠的氮磷負荷,如何解決這個問題,是利用污泥水解液的另一大難題。

三、碳源投加量的計算思路

1、工藝的判斷

很多小伙伴對于碳源的投加認知,還停留在初學階段,只認識CNP比100:5:1,CN比控制在4-6,但是,這些比例到底啥時候用?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?

如何區分?

很簡單!記住這幾個判斷點:除碳工藝就是單純的曝氣(例如單純的曝氣池、單純的MBR、接觸氧化、經典SBR等);脫氮是經歷的缺氧和好氧的交替(例如AO帶內回流,氧化溝、AAO等);除磷是經歷的厭氧與好氧的交替(AO不帶內回流、AAO、氧化溝等);脫氮除磷是經歷了厭氧、缺氧、好氧環境的交替(AAO、氧化溝等)。

脫氮工藝碳源一定要投加到缺氧池進口,除磷工藝碳源一定是投加到厭氧池進口!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,要不等理解計算后會有疑問,除碳工藝不只是除COD,還協同除氮除磷,就如同筆者顏胖子雖然看著很帥,其實,心靈也是很美的!所以,除碳工藝中你只要負責把這幾個營養比例配齊就行了,本文是碳源投加,設定的是N、TP充足的情況下,但在正常情況下,TP往往太多了,實際上不會以TP的數值去配平的,這一點要關注一下!

2、營養比例的選擇

分清自己是什么工藝之后,就要選著營養比例了!

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15:1

3、碳的數值選擇

很多同行對碳源計算使用COD還是BOD比較疑惑,個人的思路是工程中使用COD計算,這樣就有一個余量的緩沖,不至于碳源投加的過量,既然一切為實際服務,那什么情況下計算都選擇COD是錯不了的!

所以,選擇COD還是BOD?

那就COD吧!

4、氮的數值選擇

對于氮的數值選擇,大部分小伙伴是分不清的,也常常忽略這一點!

記住一點!

除碳工藝選擇TKN(凱氏氮,氨氮+有機氮的值),不過對于市政污水,沒有工業廢水混合的情況下,有機氮很少的,可以直接用氨氮,反正你自己的來水有沒有有機氮自己清楚,自己判斷!

脫氮工藝選擇TN(總氮,氨氮+硝態氮+有機氮的值),為什么除碳工藝沒有硝態氮,這里說清楚一下,大家理解后就能記住了,因為單純的除碳工藝,微生物無法利用硝態氮代謝(合成+分解)只能利用氨氮,而硝態氮對于脫氮工藝的反硝化階段恰恰是必須的電子受體(受氫體)!

5、 磷的數值選擇

沒什么好說的,數值多少就是多少!不過前面說過TP一般過量,這個數值不用!

6、單位換算

對于碳源投加的計算,我一直強調其實就是單位的換算,這一步,很多小伙伴會算出錯,這個考驗的是高中的物理知識。

不過,筆者顏胖子把換算過程寫下來,記住這個比例以后就不會出錯了

1PPM=1mg/L=1g/m^3=0.001kg/m^3

7、通用公式

平常碳源投加公式都不詳細且不統一,本文給大家統一一下:

1、除碳工藝:

X=進水量*(20*N差值1-C差值)/碳源COD當量

其中:

X——除碳工藝碳源投加量

N差值1——進水氨氮(或TKN)-排放要求的氨氮

C差值——進水COD-出水COD

2、脫氮工藝:

Y=進水量*(5*N差值2-C差值)/碳源COD當量

其中:

Y——脫氮工藝碳源投加量

N差值2——進水TN-排放要求的TN

C差值——進水COD-出水COD

3、除磷工藝:

Z=進水量*(15*TP差值-C差值)/碳源COD當量

其中:

Z——除磷工藝碳源投加量

TP差值——進水TP-排放要求的TP

C差值——進水COD-出水COD

脫氮除磷工藝:

W=進水量*(5*N差值2+15*TP差值-C差值)/碳源COD當量

其中:

W——脫氮除磷工藝碳源投加量

N差值2——進水TN-排放要求的TN

TP差值——進水TP-排放要求的TP

C差值——進水COD-出水COD

 

 

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