垃圾渗滤液处理投加碳源到底投多少？理论计算与简易与经验计算方式相结合

垃圾渗滤液处理投加碳源到底投多少？理论计算与简易与经验计算方式相结合垃圾渗滤液处理工艺，典型成熟的就是A/O与MBR膜结合的以脱氮为主体工艺的MBR膜生物反应系统。该MBR膜生物反应系统是以脱氮为目的而进行设计，也就是A/O与外置超滤（内置膜）相结合。那么这里的硝化反硝化A/O也就是传统的生物脱氮工艺了。该工艺用在垃圾渗滤液这样的高氨氮，低C/N比的水质中，并且出水要达到TN40mg/l的严格要求，对于垃圾填埋场及其高的氨氮来说，外加碳源是必不可少了，听说碳源是要加很多的，但是具体多少呢？下面我们理论结合实际的来分析一下：1.生物法机理——生物硝化和反硝化机理在污水的生物脱氮处理过程中，首先在好氧条件下,通过好氧硝化菌的作用,将污水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐;然后在缺氧条件下,利用反硝化菌(脱氮菌)将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从污水中逸出。因而,污水的生物脱氮包括硝化和反硝化两个阶段。硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐的过程,包括两个基本反应步骤:由亚硝酸菌参与的将氨氮转化为亚硝酸盐的反应;由硝酸菌参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应。在缺氧条件下,由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用,将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成N2的过程,称为反硝化。反硝化过程中的电子供体是各种各样的有机底物(碳源)

2.硝化菌和反硝化菌理论反应公式一、硝化细菌硝化反应过程：在有氧条件下，氨氮被硝化细菌所氧化成为亚硝酸盐和硝酸盐。他包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌（Nitrosomonassp）参与将氨氮转化为亚硝酸盐的反应；硝酸菌（Nitrobactersp）参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应，亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，它们利用CO2、CO32-、HCO3-等做为碳源，通过NH3、NH4+、或NO2-的氧化还原反应获得能量。硝化反应过程需要在好氧（Aerobic或Oxic）条件下进行，并以氧做为电子受体，氮元素做为电子供体。其相应的反应式为：亚硝化反应方程式：55NH4++76O2+109HCO3→C5H7O2N﹢54NO2-+57H2O+104H2CO3硝化反应方程式：400NO2-+195O2+NH4-+4H2CO3+HCO3-→C5H7O2N+400NO3-+3H2O硝化过程总反应式：NH4-+1.83O2+1.98HCO3→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3通过上述反应过程的物料衡算可知，在硝化反应过程中，将1克氨氮氧化为硝酸盐氮需好氧4.57克（其中亚硝化反应需耗氧3.43克，硝化反应耗氧量为1.14克），同时约需耗7.14克重碳酸盐（以CaCO3计）碱度。在硝化反应过程中，氮元素的转化经历了以下几个过程：氨离子NH4-→羟胺NH2OH→硝酰基NOH→亚硝酸盐NO2-→硝酸盐NO3-。二、反硝化细菌反硝化反应过程：在缺氧条件下，利用反硝化菌将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从无水中逸出，从而达到除氮的目的。反硝化是将硝化反应过程中产生的硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气的过程，反硝化菌是一类化能异养兼性缺氧型微生物。当有分子态氧存在时，反硝化菌氧化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体，当无分子态氧存在时，反硝化细菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N3+和N5+做为电子受体，O2-作为受氢体生成水和OH-碱度，有机物则作为碳源提供电子供体提供能量并得到氧化稳定，由此可知反硝化反应须在缺氧条件下进行。从NO3-还原为N2的过程如下：NO3-→NO2-→NO→N2O→N2反硝化过程中，反硝化菌需要有机碳源（如碳水化合物、醇类、有机酸类）作为电子供体，利用NO3-中的氧进行缺氧呼吸。其反应过程可以简单用下式表示：NO3-+4H(电子供体有机物)→1/2N2+H2O+2OH-NO2-+3H(电子供体有机物)→1/2N2+H2O+OH-污水中含碳有机物做为反硝化反应过程中的电子供体。由上式可知，每转化1gNO2-为N2时，需有机物（以BOD表示）1.71g;每转化1gNO3-为N2时，需有机物（以BOD表示）2.86g。同时产生3.57g重碳酸盐碱度（以CaCO3计）。如果污水中含有溶解氧，为使反硝化完全，所需碳源有机物（以BOD表示）用下式计算：C=2.86Ni+1.71N0+DO0其中：C为反硝化过程有机物需要量（以BOD表示），mg/l;Ni为初始硝酸盐氮浓度（mg/l）N0为初始亚硝酸盐氮浓度（mg/l）DO0为初始溶解氧浓度（mg/l）3.碳源不足时候，碳源的理论投加计算公式如果污水中碳源有机物浓度不足时，应补充投加易于生物降解的碳源有机物（甲醇、乙醇或糖类）。以甲醇为例，则NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7O2N+0.47N2↑+1.68H2O+HCO3-如果水中有NO2-,则会发生下述反应：NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7O2N+0.48N2↑+1.23H2O+HCO3-由上式可见，每还原1gNO2-和1gNO3-分别需要消耗甲醇1.53g和2.47g。当水中有溶解氧存在时，氧消耗甲醇的反应式为：O2+0.93CH3OH+0.056NO3-→0.056C5H7O2N+1.64H2O+0.056HCO3-+0.59H2CO3综上所述，可得反硝化过程需要有机碳源（甲醇）的投加量公式为：Cm=2.47Ni+1.53N0+DO0具体，按照渗滤液进水氨氮浓度3000mg/l，出水是TN40mg/l，那么就是要把3000-40=2960的氨氮硝化反硝化，当作全部2960的氨氮全部转化为了NO3-，则需要甲醇：2960*2.47=7311mg/l根据折算，按照甲醇3100元/吨，则每吨渗滤液需要甲醇：7.3*3.1=22.63元/吨3.碳源不足时候，碳源的理论投加简单与经验计算方式在实际渗滤液过程中，情况要复杂得多，不仅污水中有很多对反硝化有利和不利的物质，同时工艺过程也受工程环境条件的限制，很难达到理想的反应条件，这种理论和工程实践的差异如果不予考虑，将会造成较大的误差｡当前的主流工艺是单段活性污泥脱氮工艺，其生态系统更为复杂，影响因素更多，如果生搬硬套多段活性污泥脱氮工艺的数据，也会出现明显的误差｡如果测量前置缺氧池进水中的NO-3-N和NO-2-N，代入式(1)中得到的不仅是外部碳源，还包含原污水中的内部碳源，计算起来相当麻烦，很难操作推荐外部碳源投加量简易计算方法当前使用的外部碳源除甲醇外，还有乙酸､乙酸钠､葡萄糖等｡甲醇最经济，但属于易燃易爆的危险化学药品，适用于长期使用且用量大的污水处理厂，偶尔使用或用量较小时，宜采用其他较安全的碳源｡把理论计算值修正为实际工程检验后的数值。德国ATV标准是针对单段活性污泥法污水处理厂设计的指导性文件，其中规定反硝化1kgNO-3-N需投加外部碳源(以COD计)5kg，(相当于甲醇3.33kg)，这是从大量工程实践中得出的经验值，应该更接近实际情况｡那么按照经验计算，根据按照渗滤液进水氨氮浓度3000mg/l，出水是TN40mg/l，那么就是要把3000-40=2960的氨氮硝化反硝化，若按照硝化反硝化，全部2960的氨氮全部转化为了NO3-，按照甲醇为外加碳源：则需要甲醇：2960*3.3=9768mg/l根据折算，按照甲醇3100元/吨，则每吨渗滤液需要甲醇投加费用