污水厂投加碳源去除总氮的指导准则

1CTE-T-SJ-GY-BG201910010污水厂投加碳源去除总氮的指导准则技术及应用中心2019年10月10号2Contents1.背景.32.不同类型碳源的理论COD...42.1不同类型碳源的理论COD.42.2不同类型碳源的理论COD推算53.不同类型碳源的反硝化理论药剂剂量和现场推荐药剂剂量.63.1不同类型碳源的反硝化理论药剂剂量和理论COD剂量(NO3-和TN的单位是以N计)...63.2不同类型碳源的反硝化现场投加需要的药剂剂量和COD剂量74.碳源的评估和选择94.1不同类型的碳源的药耗成本..94.2现场不同碳源的选择..94.3水厂对常规碳源的评估标准和步骤125.去除总氮的碳源投加指导准则..145.1碳源投加量和现场剂量合理化评估145.2.碳源投加点和总氮去除优化准则...156.结论..163污水厂投加碳源去除总氮的指导准则1.背景水厂的总氮一般包括有机氮，氨氮（NH4+和NH3），硝态氮(NO3-)和亚硝态氮（NO2-）。为了实现总氮的有效去除，有机氮要先氨化转变成氨氮，这一步一般是在厌氧池或者水解酸化池里实现。氨氮通过硝化反应转变成亚硝氮（NO2-），这一步是通过氨氧化菌（ammoniumoxidizingbacteria,AOB）在曝气的情况下实现的。接着亚硝氮（NO2-）通过亚硝氮氧化菌(nitriteoxidizingbacteria,NOB)在曝气情况下进一步氧化成硝态氮(NO3-)。NH4++1.5O2=NO2-+2H++H2O(1)NO2-+0.5O2=NO3-(2)总的反应式如下:NH4++2O2=NO3-+2H++H2O(3)硝化反应过程中，每克氨氮硝化反应需要消耗4.57克氧气，同时需要消耗7.14克CaCO3碱度。硝化反应必须在好氧池实现。在缺氧环境或者厌氧环境下，反硝化菌会利用碳源把硝态氮先还原成亚硝态氮，接着进一步还原成氮气，最终实现总氮的有效去除。6NO3-+2CH3OH=6NO2-+2CO2+4H2O(4)6NO2-+3CH3OH=3N2+3CO2+3H2O+6OH-(5)总的反应如下：6NO3-+5CH3OH=3N2+5CO2+7H2O+6OH-(6)为了实现有效的反硝化过程，反硝化菌必须利用碳源还原硝态氮（NO3-）或者亚硝态氮（NO2-）。如果以甲醇作为碳源,理论上还原一克硝态氮（NO3--N）需要消耗1.90克甲醇，在反硝化过程中，每克硝态氮（NO3--N）反应可以生成3.57克CaCO3碱度。当进水可生化COD不足以做碳源实现去除总氮和出水总氮稳定达标的时候，现场就需4要额外添加碳源以保证反硝化反应的顺利进行和出水总氮的稳定达标。现场目前使用的碳源主要有工业级甲醇，乙酸钠固体，25%乙酸钠液体，工业级葡萄糖和食品级葡萄糖。2.不同类型碳源的理论COD2.1不同类型碳源的理论COD不同类型的碳源由于本身分子结构的不同，它的理论COD值也是不同的，表1列出了不同类型碳源对应的理论COD值。表1.各种类型碳源的理论COD值序号碳源类型摩尔质量（g/mol）理论COD(gCOD/g碳源)现场实际测的COD1乙酸（CH3COOH）601.07没有数据2无水乙酸钠（CH3COONa）820.78没有数据3三水合乙酸钠（CH3COONa·3H2O）1360.47没有数据425%乙酸钠溶液(CH3COONa）820.195220000-250000mgCOD/L碳源593%工业级葡萄糖（C6H12O6）1801.07*0.93=0.9950.93-0.95gCOD/g碳源699%食品级葡萄糖（C6H12O6）1801.07*0.99=1.059>0.95gCOD/g碳源7甲醇（CH3OH）321.50没有数据注：•氧气的摩尔质量是32g/mol,氮的摩尔质量是14g/mol。100%葡萄糖的理论COD是1.07gCOD/g葡萄糖。•目前事业一部东北片区的几个水厂用的是甲醇作为碳源。5•事业4部的勃发厂，新汶厂用的是25%乙酸钠作为碳源，新泰厂从25%乙酸钠改用葡萄糖作为碳源。•剩余的水厂用的都是葡萄糖，有的是工业级葡萄糖，有的是食品级葡萄糖。2.2不同类型碳源的理论COD推算1）乙酸CH3COOH+2O2=2CO2+2H2O(7)602x321.01.07结论：100%乙酸的理论COD是1.07gCOD/g乙酸。2)无水乙酸钠&3水乙酸钠CH3COONa+H2O=CH3COOH+OH-+Na+(8)82601.00.732结论：无水乙酸钠固体的理论COD=1.07*0.732=0.783gCOD/g无水乙酸钠。3水乙酸钠固体的理论COD=60/136*1.07=0.472gCOD/g3水乙酸钠。3）甲醇2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O(9)2*323*3211