CN114550836B - 啤酒废液在污水中投放量的计算方法 - Google Patents

啤酒废液在污水中投放量的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了啤酒废液在污水中投放量的计算方法，属于市政污水处理技术领域。啤酒废液作为替代性碳源应用于城镇污水处理厂，但目前没有啤酒废液投加量的计算方法，本发明通过理论计算并且结合实际运行参数修正，得出一种啤酒废液作为外加碳源在污水中投加量的计算方法。

Description

啤酒废液在污水中投放量的计算方法
技术领域
本发明涉及市政污水处理技术领域，具体涉及啤酒废液在污水中投放量的计算方法。
背景技术
啤酒是继茶、碳酸饮料、牛奶、咖啡之后的世界第五大消费饮料。2020年我国啤酒产量为3411万千升，每生产1升啤酒，将产生3-10升废液，啤酒热凝固物产量巨大，并且含有较高浓度的蛋白质、脂肪、纤维、碳水化合物等有机成分，可生化性较高。目前国内外对于啤酒废水资源化利用主要集中在利用啤酒废水生产单细胞蛋白、培养微藻、制备微生物絮凝剂、发酵产氢和微生物燃料电池处理啤酒废水。用于市政污水处理厂的传统反硝化碳源主要为低分子醇、低分子酸、糖类物质，运行成本较高，考虑到啤酒废液的特性适合作为外加碳源。本发明致力于计算市政污水处理厂啤酒废液作为外加碳源投加量的计算方法。
发明内容
目前啤酒废水作用外加碳源处于起步阶段，并没有一种适合的投加量的计算方法，本发明提供了啤酒废液在污水中投放量的计算方法，能够有效解决上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了啤酒废液在污水中投放量的计算方法，
Figure GDA0003734216890000011
其中：Q2为啤酒废液投加量，单位t；
Q1为处理污水量，单位t；
CTN1为污水总氮浓度，单位mg/L；
CTN2为啤酒废液总氮浓度，单位mg/L；
CTN3为污水处理后出水总氮浓度，单位mg/L；
CSCOD1为污水SCOD浓度，单位mg/L；
CSCOD2为啤酒废液SCOD浓度，单位mg/L；
CSCOD3为污水处理后出水COD浓度，单位mg/L；
Figure GDA0003734216890000021
为污水处理后出水氨氮浓度，单位mg/L；
300/49为碳源需求量，单位g·COD/g·N；
α为CSCOD1的修正系数。
作为优化，所述α的取值范围为0.66～0.69。
作为优化，所述α的计算方法为理论污水SCOD与实际污水SCOD的比值。
作为优化，所述碳源需求量由以下方法计算得到：
根据反硝化化学反应，得到初步碳源需求量为2.5×16/14＝20/7；
根据微生物同化反应方程式为，得到所述碳源需求量为300/49。
本发明相较于现有技术取得了以下技术效果：啤酒废液作为替代性碳源应用于城镇污水处理厂，但目前没有啤酒废液投加量的计算方法，本发明通过理论计算并且结合实际运行参数修正，得出一种啤酒废液在污水中投放量的计算方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为微生物三项代谢活动之间的数量关系；
图2为修正系数散点图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了啤酒废液在污水中投放量的计算方法，一种啤酒废液作为污水厂外加碳源的投加量计算方法，能够计算出污水中添加的啤酒废液的量，使啤酒废液作为外加碳源合理使用。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
污水处理系统中，碳源的利用途径主要包括反硝化菌对硝态氮的反硝化作用、微生物自身合成及代谢。因此啤酒废液投加量计算公示推导主要从反硝化反应、污泥产率以及微生物内源呼吸作用。
反硝化化学反应：
NO3 -+2H++2e-→NO2 -+H2O+Energy············............①
NO2 -+4H++3e-→1/2N2+2H2O+Energy··········............②
①式+②式＝NO3 -+6H++5e-→1/2N2+3H2O·······............③
由③式可知反硝化1mol N，需要5mol e-，1molCOD被氧化成O2+后能提供2mol e-，即反硝化1mol N需要2.5mol COD，初步碳源需求量为2.5×16/14＝20/7g·COD/g·N。
根据美国污水生物处理专家麦金尼对活性污泥微生物在曝气池内所进行的有机物氧化分解、细胞质合成以及内源代谢三项反应，提出如下所示的数量关系，如图1所示。即可降解有机物中1/3用于氧化的碳源需求量为20/7g·COD/g·N。由图中关系可知，可知污泥产率为2/3。
考虑污泥产率的碳源需求量：
Figure GDA0003734216890000031
微生物同化反应方程式为：
Figure GDA0003734216890000032
但同化作用合成新的微生物细胞物质后，细胞物质会通过内源代谢作用消亡，仍然需要消耗COD，上式中C5H7NO2为微生物细胞物质，微生物内源代谢以其自身的细胞物质为主，其反应方程式为：
(C5H7NO2)n+5nO2→5nCO2+2nH2O+nNH3+ΔH
式中N与O2的分子量之比为14n/160n，
微生物内源代谢作用去除的氮：
Figure GDA0003734216890000041
因此微生物同化作用去除的氮总量为：
Figure GDA0003734216890000042
因此得到碳源需求量为：
Figure GDA0003734216890000043
根据反硝化反应过程中SCOD与其去除N的比值为碳源需求量得到啤酒废液添加量Q的计算公式：
Figure GDA0003734216890000044
化简后得到：
Figure GDA0003734216890000045
Q为初步计算的啤酒废液投加量，单位t；
Q1为处理污水量，单位t；
CTN1为污水总氮浓度，单位mg/L；
CTN2为啤酒废液总氮浓度，单位mg/L；
CTN3为污水处理后出水总氮浓度，单位mg/L；
CSCOD1为污水SCOD浓度，单位mg/L；
CSCOD2为啤酒废液SCOD浓度，单位mg/L；
CSCOD3为污水处理后出水COD浓度，单位mg/L；
Figure GDA0003734216890000052
为污水处理后出水氨氮浓度，单位mg/L；
300/49为碳源需求量，单位g·COD/g·N；
考虑到实际污水处理过程中污水中的SCOD不能完全被利用，需要通过实际生产数据进行修正，通过上述公式结合下表中的生产数据反推理论污水SCOD，并且将理论污水SCOD与实际污水SCOD的比值即为实际生产过程中SCOD的利用比例，即CSCOD1的修正系数α。
如图2所示，修正系数在0.44～1.00区间有52个，占所有修正系数的65％，均值为0.69。而修正系数理论上不应该大于1，但由于取样偶然性较大，瞬时污水SCOD波动较大，应舍去。在0.44～1.00区间的52个修正系数所对应的平均理论污水SCOD为212.96mg/L，平均污水SCOD为320.64mg/L，比值为0.66，因此α的取值范围为0.66～0.69。
将α代入上述公式进行修正得到
Figure GDA0003734216890000051
其中：Q2为啤酒废液投加量，单位t；
Q1为处理污水量，单位t；
CTN1为污水总氮浓度，单位mg/L；
CTN2为啤酒废液总氮浓度，单位mg/L；
CTN3为污水处理后出水总氮浓度，单位mg/L；
CSCOD1为污水SCOD浓度，单位mg/L；
CSCOD2为啤酒废液SCOD浓度，单位mg/L；
CSCOD3为污水处理后出水COD浓度，单位mg/L；
Figure GDA0003734216890000062
为污水处理后出水氨氮浓度，单位mg/L；
300/49为碳源需求量，单位g·COD/g·N；
α为CSCOD1的修正系数，范围为0.66～0.69。
上述数据中，Q1、CTN1、CTN2、CTN3、CSCOD1、CSCOD2、CSCOD3、均为仪器读取。
实施例1：
Q2为啤酒废液投加量t；
Q1＝80000t处理污水量t；
CTN1＝45mg/L污水总氮浓度mg/L；
CTN2＝1000mg/L啤酒废液总氮浓度mg/L；
CTN3＝12mg/L污水处理后出水总氮浓度mg/L；
CSCOD1＝300mg/L污水SCOD浓度mg/L；
CSCOD2＝20000mg/L啤酒废液SCOD浓度mg/L；
CSCOD3＝20mg/L污水处理后出水COD浓度mg/L；
Figure GDA0003734216890000063
污水处理后出水氨氮浓度mg/L；
α为CSCOD1修正系数，取值范围0.66～0.69，将以上数值代入下述公式。
Figure GDA0003734216890000061
得到Q2＝103.98～155.69t，即向80000t污水中添加103.98～155.69t范围内任意一值的啤酒废液。
实施例2：
Q2为啤酒废液投加量t；
Q1＝90000t处理污水量t；
CTN1＝50mg/L污水总氮浓度mg/L；
CTN2＝1000mg/L啤酒废液总氮浓度mg/L；
CTN3＝13mg/L污水处理后出水总氮浓度mg/L；
CSCOD1＝350mg/L污水SCOD浓度mg/L；
CSCOD2＝20000mg/L啤酒废液SCOD浓度mg/L；
CSCOD3＝20mg/L污水处理后出水COD浓度mg/L；
Figure GDA0003734216890000072
污水处理后出水氨氮浓度mg/L；
α为CSCOD1修正系数，取值范围0.66～0.69。
带入公式
Figure GDA0003734216890000071
得到Q2＝52.27～120.08t，即向90000t污水中添加52.27～120.08t范围内任意一值的啤酒废液。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.啤酒废液在污水中投放量的计算方法，其特征在于，
Figure FDA0003756979310000011
其中：Q2为啤酒废液投加量，单位t；
Q1为处理污水量，单位t；
CTN1为污水总氮浓度，单位mg/L；
CTN2为啤酒废液总氮浓度，单位mg/L；
CTN3为污水处理后出水总氮浓度，单位mg/L；
CSCOD1为污水SCOD浓度，单位mg/L；
CSCOD2为啤酒废液SCOD浓度，单位mg/L；
CSCOD3为污水处理后出水COD浓度，单位mg/L；
Figure FDA0003756979310000012
为污水处理后出水氨氮浓度，单位mg/L；
300/49为碳源需求量，单位g·COD/g·N；
α为CSCOD1的修正系数；
所述α的计算方法为理论污水SCOD与实际污水SCOD的比值；
所述碳源需求量由以下方法计算得到：
根据反硝化化学反应：
NO3 -+2H++2e-→NO2 -+H2O+Energy…………①
NO2 -+4H++3e-→1/2N2+2H2O+Energy………②
①式+②式＝NO3 -+6H++5e-→1/2N2+3H2O……③
由③式可知反硝化1molN，需要5mole-，1molCOD被氧化成O2+后能提供2mole-，即反硝化1molN需要2.5molCOD，初步碳源需求量为2.5×16/14＝20/7g·COD/g·N；
根据微生物同化反应方程式：
Figure FDA0003756979310000021
同化作用合成新的微生物细胞物质后，细胞物质会通过内源代谢作用消亡，仍然需要消耗COD，上式中C5H7NO2为微生物细胞物质，微生物内源代谢以其自身的细胞物质为主，其反应方程式为：
(C5H7NO2)n+5nO2→5nCO2+2nH2O+nNH3+ΔH
式中N与O2的分子量之比为14n/160n，
微生物内源代谢作用去除的氮：
Figure FDA0003756979310000022
因此微生物同化作用去除的氮总量为：
Figure FDA0003756979310000023
因此得到碳源需求量为：
Figure FDA0003756979310000031
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述α的取值范围为0.66～0.69。
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