總氮（TN）控制過程中變量的探討！
目前國內對于總氮指標控制非常嚴格，在實際運行中總氮的控制也相對滯后，在線硝態(tài)氮儀表還沒有普及，往往出現(xiàn)出水TN升高，大量投加碳源，但出水TN仍然上升，甚至COD還會出現(xiàn)波動，而在幾個小時或者十幾個小時后，出水TN開始大幅下降，遠遠低于排放標準，這不僅導致了總氮指標的不穩(wěn)定性，而且外加碳源浪費，今天咱們就探討總氮控制過程中，最重要的控制變量：內循環(huán)回流量和外碳源類型。
一、內循環(huán)回流量
通過內循環(huán)將好氧段產生的硝態(tài)氮回流到缺氧區(qū)，反硝化才能順利進行，過高或過低的回流量都會造成不利影響，過低的回流量會導致好氧段產生的硝態(tài)氮不能及時回流到缺氧區(qū)，同時缺氧區(qū)的反硝化潛力發(fā)揮不出來，而外加的碳源由于沒有硝態(tài)氮而進入好氧區(qū)，即浪費了碳源，又會消耗了溶解氧，人為提高了系統(tǒng)的負荷；過高的回流量會導致大量的溶解氧帶到缺氧區(qū)，破壞缺氧區(qū)環(huán)境。
在污水系統(tǒng)運行過程中，有兩種總氮控制思路，分別做介紹：
1、低內循環(huán)量，低缺氧區(qū)出水TN
根據理論脫氮率確定出最低內循環(huán)量，執(zhí)行最低的內循環(huán)量，外加碳源后，確保缺氧區(qū)出水的硝態(tài)氮在1-2mg/L，此時由于內循環(huán)量不高，此時缺氧區(qū)出水的TN在15mg/L左右，在好氧段和二沉池會有一部分同化或反硝化去除效果，保證出水TN小于15mg/L。
2、高內循環(huán)量，高缺氧區(qū)出水TN
根據理論脫氮率確定出內循環(huán)量，執(zhí)行內循環(huán)量+1，比如計算出內循環(huán)量為200%，即執(zhí)行300%，外加碳源后，確保缺氧區(qū)出水的硝態(tài)氮在7-8mg/L，缺氧區(qū)出水的TN在15mg/L以內，好氧區(qū)的硝態(tài)氮在8-12mg/L，確保出水的TN在15mg/L以內。
咱們對比一下這兩種方式，第一種運行方式適合進水水質相對穩(wěn)定，波動小，同樣的缺氧區(qū)池容的情況下，缺氧區(qū)的實際水力停留時間相對于第二種模式要長，因此對于一些反硝化速率低的碳源也會有比較好的效果，比如葡萄糖類的碳源，該方式的優(yōu)點是盡可能的降低了好氧區(qū)的溶解氧對于缺氧段的環(huán)境的破壞，會降低碳源的額外消耗，咱們簡單舉例，比如內回流增加100%，好氧段DO控制在3mg/L，以葡萄糖為例，1kg固體葡萄糖消耗0.44kg氧，相當于額外增加了1.5mg/L的TN，這1.5是3除以0.44折算出葡萄糖的量再除以4.66，需要額外投加7mg/L的固體葡萄糖。該方式的缺點是當進水波動的時候，特別是進水TN大幅上升的時候，由于內回流量不足，好氧回流的硝態(tài)氮不足，雖然缺氧區(qū)出水硝態(tài)氮仍然控制在1-2mg/L，但TN會超過15mg/L，會出現(xiàn)出水TN的波動，因此這種方式雖然非常節(jié)省碳源，但并不適用于進水波動大的水質。
第二種運行方式適合進水水質波動大的情況，通過大比例的內回流量，將好氧段的硝態(tài)氮盡可能回流到缺氧段，缺氧區(qū)硝態(tài)氮的控制在7-8mg/L，好氧段的硝態(tài)氮控制在8-12mg/L左右，這種控制方式會最大程度的減少了進水波動帶來的不利影響，由于內循環(huán)量比較大，會導致缺氧段的實際水力停留時間大幅下降，比如以常規(guī)的缺氧區(qū)4小時的名義停留時間來看，當內循環(huán)量在300%，外回流量在100%，缺氧區(qū)的實際停留時間在4/(1+3+1)=0.8小時，從前面咱們看到的反硝化速率來看，葡萄糖類的碳源由于反硝化速率慢，會導致在缺氧段不能完全反應，其他類碳源相對要好些，但也會造成一部分碳源進入好氧段，這也說明了為什么碳源投加到缺氧段，第一種方式可以實現(xiàn)缺氧區(qū)出水硝態(tài)氮在1-2mg/L，而第二種方式只能實現(xiàn)出水硝態(tài)氮在7-8mg/L，因此第二種方式實現(xiàn)了穩(wěn)定達標而犧牲了碳源投加成本。
二、外碳源類型
當進水碳源明顯不足時，必須外加碳源，碳源的選型非常重要，除小規(guī)模系統(tǒng)使用固體碳源外，目前絕大部分都在使用液體碳源，液體碳源不僅節(jié)省溶藥投資成本和人工成本，而且濃度均一，不存在濃度波動。常用的液體碳源有乙酸鈉、葡萄糖、新型碳源，少數(shù)地方會選擇甲醇、乙酸。
液體乙酸鈉：COD當量在20萬左右（乙酸鈉的有效量在25%），含量繼續(xù)升高的情況下，會出現(xiàn)結晶現(xiàn)象。
液體葡萄糖：以食品級為主，COD當量在60萬左右，（單糖有效含量85%以上）
新型碳源：COD當量20萬-40萬之間，以小分子醇類、酸類復配。
生物質碳源：COD當量100萬左右，含有較多大分子物質。
四種類型碳源各有優(yōu)劣勢：
反硝化速率：新型碳源≥乙酸鈉＞液體葡萄糖或生物質碳源
污泥產量：液體葡萄糖或生物質碳源≥乙酸鈉＞新型碳源
性價比：新型碳源＞液體葡萄糖或生物質碳源＞乙酸鈉
在安全性有保障的情況下，應優(yōu)先選擇甲醇、乙酸，常用的碳源類型中，醇類產泥量最小，其次是酸類，再次是糖類或生物質碳源類。
具體到項目上：活性污泥法工藝、低負荷系統(tǒng)，需要良好的污泥活性可以考慮使用葡萄糖類，反硝化濾池工藝應優(yōu)先選擇新型碳源、乙酸鈉類，活性污泥法工藝、常規(guī)負荷系統(tǒng)可以考慮選擇新型碳源類，反硝化速率快，產泥量少。
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