碳源計(jì)算公式

1、碳源選擇

 

通常反硝化可利用的碳源分為快速碳源(如甲醇、乙酸、乙酸鈉等)、慢速碳源(如淀粉、蛋白質(zhì)、葡萄糖等)和細(xì)胞物質(zhì)。不同的外加碳源對(duì)系統(tǒng)的反硝化影響不同，即使外加碳投加量相同，反硝化效果也不同。

 

與慢速碳源和細(xì)胞物質(zhì)相比，甲醇、乙醇、乙酸、乙酸鈉等快速碳源的反硝化速率最快，因此應(yīng)用較多。表1 對(duì)比了四種快速碳源的性能。

2、碳源投加量計(jì)算

 

1）氮平衡

 

進(jìn)水總氮和出水總氮均包括各種形態(tài)的氮。進(jìn)水總氮主要是氨氮和有機(jī)氮，出水總氮主要是硝態(tài)氮和有機(jī)氮。

 

進(jìn)水總氮進(jìn)入到生物反應(yīng)池，一部分通過(guò)反硝化作用排入大氣，一部分通過(guò)同化作用進(jìn)入活性污泥中，剩余的出水總氮需滿足相關(guān)水質(zhì)排放要求。

 

2）碳源投加量計(jì)算

 

同化作用進(jìn)入污泥中的氮按BOD5 去除量的5%計(jì)，即0.05(Si-Se)，其中Si、Se 分別為進(jìn)水和出水的BOD5 濃度。

 

反硝化作用去除的氮與反硝化工藝缺氧池容大小和進(jìn)水BOD5 濃度有關(guān)。

 

反硝化設(shè)計(jì)參數(shù)的概念，是將其定義為反硝化的硝態(tài)氮濃度與進(jìn)水BOD5 濃度之比， 表示為Kde(kgNO3--N/kgBOD5)。

 

由此可算出反硝化去除的硝態(tài)氮

[NO3--N]=KdeSi。

 

從理論上講，反硝化1kg 硝態(tài)氮消耗2.86kgBOD5，即：

Kde=1/2.86(kg NO3--N/kgBOD5)

=0.35(kg NO3--N/kgBOD5)

 

污水處理廠需消耗外加碳源對(duì)應(yīng)氮量的計(jì)算公式為：

N=Ne 計(jì) - NsNe 計(jì)=Ni - KdeSi - 0.05(Si-Se)

 

式中：

N—需消耗外加碳源對(duì)應(yīng)氮量，mg/L；

Ne 計(jì)—根據(jù)設(shè)計(jì)的污水水質(zhì)和設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)計(jì)算出能達(dá)到的出水總氮，mg/L；

Ns— 二沉池出水總氮排放標(biāo)準(zhǔn)， mg/L； 

Kde—0.35，kg

NO3--N/kgBOD5；

Si—進(jìn)水BOD5 濃度，mg/L；

Se—出水BOD5 濃度，mg/L；

Ne 計(jì)需通過(guò)建立氮平衡方程計(jì)算，生化反應(yīng)系統(tǒng)的氮平衡見(jiàn)圖1。

通過(guò)計(jì)算出的氮量，折算成需消耗的碳量。

除磷計(jì)算公式

1、除磷藥劑投加量的計(jì)算

國(guó)內(nèi)較常用的是鐵鹽或鋁鹽，它們與磷的化學(xué)反應(yīng)如式(1)?(2)?

Al3++PO3-4→AlPO4↓(1)

Fe3++PO3-4→FePO4↓(2)

與沉淀反應(yīng)相競(jìng)爭(zhēng)的反應(yīng)是金屬離子與OH-的反應(yīng)，反應(yīng)式如式(3)?(4)?

Al3++3OH-→Al(OH)3↓(3)

Fe3++3OH-→Fe(OH)3↓(4)

由式(1)和式(2)可知去除1mol的磷酸鹽，需要1mol的鐵離子或鋁離子?

由于在實(shí)際工程中，反應(yīng)并不是100%有效進(jìn)行的，加之OH^-會(huì)參與競(jìng)爭(zhēng)，與金屬離子反應(yīng)，生成相應(yīng)的氫氧化物，如式(3) 和式(4)，所以實(shí)際化學(xué)沉淀藥劑一般需要超量投加，以保證達(dá)到所需要的出水 P濃度?

《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》第5冊(cè)和德國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范中都提到了同步沉淀化學(xué)除磷可按1mol磷需投加1.5mol的鋁鹽 (或鐵鹽)來(lái)考慮?

為了計(jì)算方便，實(shí)際計(jì)算中將摩爾換算成質(zhì)量單位?如：

1molFe=56gFe，1 molAl=27gAl，1molP=31gP；

也就是說(shuō)去除1kg 磷，當(dāng)采用鐵鹽時(shí)需要投加:1.5×(56/31)=2.7 kgFe/kgP；

 

當(dāng)采用鋁鹽時(shí)需投加:1.5×(27/31)= 1.3kgAl/kgP?

 

2、需要輔助化學(xué)除磷去除的磷量計(jì)算

同步沉淀化學(xué)除磷系統(tǒng)中，想要計(jì)算出除磷藥劑的投加量，關(guān)鍵是先求得需要輔助化學(xué)除磷去除的磷量?對(duì)于已經(jīng)運(yùn)行的污水處理廠及設(shè)計(jì)中的污水處理廠其算法有所不同?

1）已經(jīng)運(yùn)行的污水處理廠 PPrec=PEST-PER 

(5) 式中 

PPrec——需要輔助化學(xué)除磷去除的磷量，mg/L；
PEST——二沉池出水總磷實(shí)測(cè)濃度，mg/L；
PER——污水處理廠出水允許總磷濃度，mg/L? 

2）設(shè)計(jì)中的污水處理廠

根據(jù)磷的物料平衡可得: PPrec=PIAT-PER-PBM -PBioP 

(6) 式中 

PIAT——生化系統(tǒng)進(jìn)水中總磷設(shè)計(jì)濃度，mg/L； 
PBM ——通過(guò)生物合成去除的磷量，PBM= 0.01CBOD，IAT，mg/L；
CBOD，IAT——生化系統(tǒng)進(jìn)水中 BOD5 實(shí)測(cè)濃度， mg/L； 
PBioP——通過(guò)生物過(guò)量吸附去除的磷量，mg/L?

PBioP值與多種因素有關(guān)，德國(guó) ATV-A131標(biāo)準(zhǔn)中推薦PBioP的取值可根據(jù)如下幾種情況進(jìn)行估算：

(1)當(dāng)生化系統(tǒng)中設(shè)有前置厭氧池時(shí)，
PBioP可按(0.01~0.015)CBOD，IAT進(jìn)行估算? 

(2)當(dāng)水溫較低?出水中硝態(tài)氮濃度≥15mg/L，即使設(shè)有前置厭氧池，生物除磷的效果也將受到一定的影響，
PBioP可按 (0.005~0.01)CBOD，IAT 進(jìn)行估算? 

(3)當(dāng)生化系統(tǒng)中設(shè)有前置反硝化或多級(jí)反硝化池，但未設(shè)厭氧池時(shí)，
PBioP可按≤0.005CBOD，IAT進(jìn)行估算?

(4)當(dāng)水溫較低，回流至反硝化區(qū)的內(nèi)回流混合液部分回流至厭氧池時(shí)(此時(shí)為改善反硝化效果將厭氧池作為缺氧池使用)，
PBioP可按≤0.005CBOD，IAT進(jìn)行估算?