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碳源种类不会选?碳源投加量不会算?看完这篇文章就懂了!

2022-12-29 08:44来源:环保工程师关键词:碳源单一碳源复合碳源收藏点赞

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碳源(carbonsource)是可为污(废)水生化处理系统的微生物生长代谢提供营养物的含碳元素化合物。碳源分为单一碳源复合碳源,单一碳源是只含有一种有效碳源成分的碳源。复合碳源是由两种或两种以上的有效碳源成分组成、有效碳源成分之间须兼容且无化学反应、不存在安全风险的碳源。

一、碳源的技术要求

1、用于生产单一碳源和复合碳源的有效碳源成分应符合已发布的国家标准、行业标准的质量要求和有关规定,其安全要求按照GB 12268-2012执行,详见表A.1。

表A.1原料危险性

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2、碳源生产工艺宜采用国家鼓励的先进技术工艺,不应使用国家或有关部门发布的淘汰或禁止的技术、工艺或材料,不得超越范围选用限制使用的材料生产。

3、以不危及自身或他人健康和安全的方式进行产品的生产和复配,碳源产品应稳定,无后续化学反应。

4、液体单一碳源产品为无色或微黄色透明液体,不得有与产品原料气味不相符的气味。固体产品为无色透明或白色结晶粉末或结晶颗粒,无臭无异味,无肉眼可见杂质,溶于水。复合碳源产品为无色至棕黄色透明液体,不得有与产品配方中碳源有效成分不相符的气味。

5、污(废)水处理用碳源产品按本文件规定的试验方法检测应符合表1要求。

6、污(废)水处理用碳源产品的安全性指标应符合表 2 要求。

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二、常用碳源选择

目前市面上常用的碳源:甲醇、乙酸、乙酸钠、面粉、葡萄糖、生物质碳源及污泥水解上清液等。在使用过程中,需要根据实际工程情况选择合适的碳源。

1、甲醇

甲醇作为外碳源具有运行费用低和污泥产量小的优势,在甲醇碳源不足时,存在亚硝酸盐积累的现象。以甲醇为碳源时的反硝化速率比以葡萄糖为碳源时快3倍,其最佳碳氮比(COD:氨氮)为 2.8~3.2 。

但甲醇作为外加碳源时,有以下3点问题需关注:

① 甲醇易燃,为甲类危化品,储存和使用均有严格要求。特别是其储存需报当地公安部门备案审批,手续繁琐。

② 微生物对甲醇的响应时间较慢,甲醇并不能被所有微生物利用,当甲醇用于污水处理厂应急投加碳源时效果不佳;

③ 甲醇具有一定的毒害作用,将甲醇作为长期碳源,对尾水的排放也会造成一定的影响。

2、乙酸钠

乙酸钠的优点在于它能立即响应反硝化过程,可作为水厂应急处置时使用。

乙酸钠由于是小分子有机酸盐的原因,反硝化菌易于利用,脱氮效果是最好的。通过实验发现,碳氮比在4.6时,可以达到稳定的脱氮效果,而且它的水解物为小分子有机物,能容易被微生物降解,反硝化响应时间快,而且无毒,能作为应急碳源。但是,它价格较贵,产泥率高,对污水厂的污泥处置会带来了一定的压力。

使用乙酸钠要考虑以下3点:

① 乙酸钠多为20%、25%、30%的液体,由于当量COD低,运输费用高,不能远距离运输。

② 产泥量大,污泥处理费用增加;

③ 价格较为昂贵,污水处理厂大规模投加乙酸钠几乎不可能。

3、乙酸

乙酸作为碳源,与乙酸钠类同。但作为工业化产品,用做碳源确实浪费。

但其弊端有四点:

① 乙酸为乙类危化品,也是挥发性酸,是大气污染VOC的重要组成部分,环保部门监管多,储存条件要求高。

② 多数污水处理厂远离乙酸厂,运输费用高,不能远距离运输。

③ 乙酸代谢后的氢离子有降低出水pH的可能。

④ 乙酸价格市场变化大,高价时做碳源价格昂贵,将乙酸应用于污水处理厂的大规模投加几乎不可能。

4、糖类

糖类外加碳源中,以面粉、蔗糖、葡萄糖为主,由于葡萄糖是最简单的糖,所以目前研究比较多。当碳源充足时,以葡萄糖为碳源的最佳碳氮比较甲醇为碳源时高得多,为 6∶1~7∶1。碳源对硝氮的比还原速率几乎没有影响,但是对亚硝氮的比积累速率影响较大,在研究中发现只有葡萄糖作为外加碳源时对亚硝氮的比累积速率没有影响。

以葡萄糖为代表的糖类物质作为外加碳源使得脱氮效果良好,可是,糖类作为多分子化合物,容易引起细菌的大量繁殖,导致污泥膨胀,增加出水中COD的值,影响出水水质,同时,与醇类碳源相比,糖类物质更容易产生亚硝态氮积累的现象。

但其弊端有二点:

① 需要现场配置成溶液,劳动强度大,投加精准性差,大型污水处理厂无法使用。

② 工业葡萄糖含杂质多,食品葡萄糖价格贵。

5、生物质碳源

随着污水脱氮要求的提高,新兴起专业生产碳源的企业,他们通过生物工程原理,对一些糖类、农产品废料等进行发酵,生产无毒无害的生物制品,主要组分是小分子有机酸、醇类、糖类。其较单一的化学品更容易被微生物利用,其使用成本比单一化学品便宜,具备极高的性价比。

但其弊端:

① 产品的稳定性待提高,使用前需对每批次产品当量COD进行检测。

6、污泥水解上清液

生物转化挥发酸VFA 来源于污泥水解的上清液,由于水解所产生的 VFA 拥有很高的反硝化速率,碳源可以直接由污水厂内部提供,在污泥减容的同时还减少了碳源运输方面的问题,所以它是目前比较有优势的碳源。

对于污泥水解利用做外碳源的研究,目前不同的结论有很多,但总体认为它作为反硝化脱氮系统的碳源是一种很有价值的方法。可是,对于不同的污泥,不同的水解条件,所产生的VFA 的组分有较大的差别,而由于组分不同,又能引起反硝化速率的不同(这也是为何很多研究不一致的原因),所以,如何将污泥水解的产物VFA统一化研究应用,还是一个比较大的难题。

除此以外,若直接将水解污泥作为外碳源,还要考虑到污泥水解过程中氮磷的释放问题,这部分氮磷若以碳源的形式投加到污水中,势必会增加污水处理厂的氮磷负荷,如何解决这个问题,是利用污泥水解液的另一大难题。

三、碳源投加量的计算思路

1、工艺的判断

很多小伙伴对于碳源的投加认知,还停留在初学阶段,只认识CNP比100:5:1,CN比控制在4-6,但是,这些比例到底啥时候用?啥工艺用呢?可能分不清楚!所以,碳源投加首先必须分清楚自己是什么工艺!除碳?脱氮?除磷?还是脱氮除磷?

如何区分?

很简单!记住这几个判断点:除碳工艺就是单纯的曝气(例如单纯的曝气池、单纯的MBR、接触氧化、经典SBR等);脱氮是经历的缺氧和好氧的交替(例如AO带内回流,氧化沟、AAO等);除磷是经历的厌氧与好氧的交替(AO不带内回流、AAO、氧化沟等);脱氮除磷是经历了厌氧、缺氧、好氧环境的交替(AAO、氧化沟等)。

脱氮工艺碳源一定要投加到缺氧池进口,除磷工艺碳源一定是投加到厌氧池进口!脱氮除磷工艺可以分布投加!

除碳工艺为什么加碳源?

这里必须啰嗦几句,要不等理解计算后会有疑问,除碳工艺不只是除COD,还协同除氮除磷,就如同笔者颜胖子虽然看着很帅,其实,心灵也是很美的!所以,除碳工艺中你只要负责把这几个营养比例配齐就行了,本文是碳源投加,设定的是N、TP充足的情况下,但在正常情况下,TP往往太多了,实际上不会以TP的数值去配平的,这一点要关注一下!

2、营养比例的选择

分清自己是什么工艺之后,就要选着营养比例了!

除碳工艺:CNP比100:5:1

脱氮工艺:CN比4-6,取中间值5

除磷工艺:CP比15:1

3、碳的数值选择

很多同行对碳源计算使用COD还是BOD比较疑惑,个人的思路是工程中使用COD计算,这样就有一个余量的缓冲,不至于碳源投加的过量,既然一切为实际服务,那什么情况下计算都选择COD是错不了的!

所以,选择COD还是BOD?

那就COD吧!

4、氮的数值选择

对于氮的数值选择,大部分小伙伴是分不清的,也常常忽略这一点!

记住一点!

除碳工艺选择TKN(凯氏氮,氨氮+有机氮的值),不过对于市政污水,没有工业废水混合的情况下,有机氮很少的,可以直接用氨氮,反正你自己的来水有没有有机氮自己清楚,自己判断!

脱氮工艺选择TN(总氮,氨氮+硝态氮+有机氮的值),为什么除碳工艺没有硝态氮,这里说清楚一下,大家理解后就能记住了,因为单纯的除碳工艺,微生物无法利用硝态氮代谢(合成+分解)只能利用氨氮,而硝态氮对于脱氮工艺的反硝化阶段恰恰是必须的电子受体(受氢体)!

5、 磷的数值选择

没什么好说的,数值多少就是多少!不过前面说过TP一般过量,这个数值不用!

6、单位换算

对于碳源投加的计算,我一直强调其实就是单位的换算,这一步,很多小伙伴会算出错,这个考验的是高中的物理知识。

不过,笔者颜胖子把换算过程写下来,记住这个比例以后就不会出错了

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详细且不统一,本文给大家统一一下:

1、除碳工艺:

X=进水量*(20*N差值1-C差值)/碳源COD当量

其中:

X——除碳工艺碳源投加量

N差值1——进水氨氮(或TKN)-排放要求的氨氮

C差值——进水COD-出水COD

2、脱氮工艺:

Y=进水量*(5*N差值2-C差值)/碳源COD当量

其中:

Y——脱氮工艺碳源投加量

N差值2——进水TN-排放要求的TN

C差值——进水COD-出水COD

3、除磷工艺:

Z=进水量*(15*TP差值-C差值)/碳源COD当量

其中:

Z——除磷工艺碳源投加量

TP差值——进水TP-排放要求的TP

C差值——进水COD-出水COD

脱氮除磷工艺:

W=进水量*(5*N差值2+15*TP差值-C差值)/碳源COD当量

其中:

W——脱氮除磷工艺碳源投加量

N差值2——进水TN-排放要求的TN

TP差值——进水TP-排放要求的TP

C差值——进水COD-出水COD



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