申请日2013.11.04
公开(公告)日2015.03.18
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种CO2释放量的模型。污水处理中CO2释放量模型，包括污水处理工艺中曝气池中好氧微生物对有机污染物降解时释放的CO2，还包括污水处理工艺中每个处理环节的生化作用、非生化作用释放的CO2。由于采用了上述技术方案，本发明能准确把握污水处理中各环节的CO2释放量，从而使污水处理释放CO2的估算更准确可靠，为污水处理实施CO2减排和开发利用提供科学依据。
权利要求书
1.污水处理中CO2释放量模型，包括污水处理工艺中曝气池中好氧微生物对有机污染物降解时释放的CO2，其特征在于，还包括污水处理工艺中每个处理环节的生化作用、非生化作用释放的CO2;
污水处理工艺中CO2释放总量公式如下：
其中，为生化作用产生的CO2释放量;为非生化作用产生的CO2释放量;
生化作用释放的CO2包括CO2产率、CO2利用率和CO2溶解率;设定污水处理工艺中具有生化作用的一个处理环节中，为CO2的产率;为CO2的利用率;为CO2的溶解率;设定所述处理环节TOC去除量为QTOC，则所述处理环节中微生物作用释放CO2的释放量为：
污水处理过程中，除了上述生化作用释放CO2外，还有溶解的无机碳，污水中无机碳所产生的溶解CO2分压与总碱度、pH值的关系式：
式中，代表污水中无机碳所产生的溶解CO2分压，KH为亨利系数，K1和K2分别是溶解CO2的一级和二级离解常数;由于水的总碱度、pH值、温度可测得，通过公式(3)求得污水中无机碳所产生的溶解CO2分压;
为使生化作用与非生化作用产生的CO2在单位上相一致，根据理想气体状态方程，将无机碳产生的CO2分压转换为质量浓度(g/L)：
式中，m=44.009为CO2的分子量;R=8.314为气体常数;为污水中无机碳所产生的溶解CO2分压(Pa);T为污水温度(K);
则每个处理环节的生化作用每个处理环节的非生化作用 相加后，得到CO2释放总量
2.根据权利要求1所述的污水处理中CO2释放量模型，其特征在于：污水处理工艺中，贮泥池和脱水处理环节CO2释放量与污泥量(Qsludge)和CO2释放率有关，则此处理环节非生化作用CO2释放量为： 式中，Qsludge为污泥量，为CO2释放率。
3.根据权利要求2所述的污水处理中CO2释放量模型，其特征在于：采用倒置A/A/O污水处理工艺建立污水处理中CO2释放量模型，污水处理释放CO2模型如下：
生化作用处理环节CO2的释放量：
1)好氧池CO2释放量：
式中，为好氧池CO2产率、为好氧池CO2的利用率、为好氧池CO2的溶解率、Qaerobic,TOC为好氧池TOC去除量;
2)厌氧池CO2释放量：
式中，为厌氧池CO2产率、为厌氧池CO2的溶解率、Qanaerobic,TOC为厌氧池TOC去除量;
3)缺氧池CO2释放量：
式中，为缺氧池CO2产率用、为缺氧池CO2的溶解率、Qanoxic,TOC为缺氧池TOC去除量;
4)倒置A/A/O污水处理工艺中，生化作用CO2的释放量
非生化作用处理环节CO2的释放量：
1)粗格栅：
2)细格栅：
3)沉砂池：
4)好氧池：
5)厌氧池：
6)缺氧池：
7)二沉池：
8)消毒池：
9)贮泥池：
10)脱水间：
11)倒置A/A/O污水处理工艺中，非生化作用CO2的释放量
倒置A/A/O污水处理工艺中，污水处理释放CO2模型：
式(33)得到倒置A/A/O污水处理工艺的CO2释放总量。
4.根据权利要求2所述的污水处理中CO2释放量模型，其特征在于：采 用A/O污水处理工艺建立污水处理中CO2释放量模型，污水处理释放CO2模型如下：
生化作用处理环节CO2的释放量：
1)好氧池CO2释放量：
式中，为好氧池CO2产率、为好氧池CO2的利用率、为好氧池CO2的溶解率、Qaerobic,TOC为好氧池TOC去除量;
2)缺氧池CO2释放量：
式中，为缺氧池CO2产率用、为缺氧池CO2的溶解率、Qanoxic,TOC为缺氧池TOC去除量;
3)A/O污水处理工艺中，生化作用CO2的释放量
非生化作用处理环节CO2的释放量：
1)粗格栅：
2)细格栅：
3)沉砂池：
4)好氧池：
5)缺氧池：
6)二沉池：
7)消毒池：
8)贮泥池：
9)脱水间：
10)A/O污水处理工艺中，非生化作用CO2的释放量
A/O污水处理工艺中，污水处理释放CO2模型：
式(36)得到A/O污水处理工艺的CO2释放总量。
5.根据权利要求2所述的污水处理中CO2释放量模型，其特征在于：采用活性污泥处理工艺建立污水处理中CO2释放量模型，污水处理释放CO2模型如下：
生化作用处理环节CO2的释放量：
1)好氧池CO2释放量：
式中，为好氧池CO2产率、为好氧池CO2的利用率、为好氧池CO2的溶解率、Qaerobic,TOC为好氧池TOC去除量;
2)活性污泥处理工艺中，生化作用CO2的释放量
非生化作用处理环节CO2的释放量：
1)粗格栅：
2)细格栅：
3)沉砂池：
4)好氧池：
5)二沉池：
6)消毒池：
7)贮泥池：
8)脱水间：
9)活性污泥处理工艺中，非生化作用CO2的释放量
活性污泥处理工艺中，污水处理释放CO2模型：
式(39)得到A/O污水处理工艺的CO2释放总量。
说明书
污水处理中CO2释放量模型
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种CO2释放量的模型。
背景技术
在污水处理工程设计的最初认为CO2是无毒无害，它的排放不会引起不良的环境问题。因此利用物理、化学、生物等方法将水中的污染物(主要是碳水化合物)转化为CO2排放到大气环境中，见下式：
C10H19O3N+12.25O2=10CO2↑+NH4++7.5H2O
后来发现大气中的CO2具有较强的温室效应，并且大气中的CO2浓度在急剧增加，由此带来的环境问题(如气候异常)越来越明显、越来越严重。从此在全球范围内实施了温室气体减排行动。
据上述化学反应方程式计算，每去除1g碳可产生3.7g的CO2，中国2010年污水量617亿m3，假定单位体积污水处理掉的碳是0.23g/m3，CO2排放量为5251万吨，约占全国排放总量的1%(全国CO2排放51亿吨)，由此可以看出污水处理是不可忽视的CO2排放大户，并且是随着人口的增加、城市不断扩大而增加。但是全球气候变化专业委员会IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)，却以污水处理释放的CO2是生物(微生物)作用的结果，还可被生物(植物)所利用为由，将其排除在温室气体清单之外，致使污水处理至今仍在毫无顾忌地排放着CO2。事实上大气中的CO2无论其源自何处，所产生的温室效应是相同的，而植物对大气CO2的吸收也是不分来源的，因此，人们逐渐意识到IPCC观点的局限。为污水处理实施减排和开发利用提供科学依据，有必要准确把握污水处理中CO2释放量。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种污水处理中CO2释放量模型，解决以上技 术问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
污水处理中CO2释放量模型，包括污水处理工艺中曝气池中好氧微生物对有机污染物降解时释放的CO2，其特征在于，还包括污水处理工艺中每个处理环节的生化作用、非生化作用释放的CO2;
污水处理工艺中CO2释放总量Mco2公式如下：
Mco2=Mbio-co2+Mno-bio-co2 (1)
其中，Mbio-co2为生化作用产生的CO2释放量;Mno-bio-co2为非生化作用产生的CO2释放量。
传统的观念认为污水处理释放的CO2主要是曝气池中好氧微生物对有机污染物降解的产物，本发明认为除了有曝气池好氧微生物产生的CO2外，还包括其他生化作用产生的CO2，如厌氧池的厌氧微生物、缺氧池的缺氧微生物，好氧池的硝化、缺氧池的反硝化微生物，以及各处理环节的非生化作用产生的CO2。从而使污水处理释放CO2的估算更准确可靠，为污水处理实施CO2减排和开发利用提供科学依据。
污水处理过程中，生化作用释放的CO2绝大部分是微生物对有机污染物(C10H19O3N)降解的产物。生化作用释放的CO2可以包括CO2产率、CO2利用率和CO2溶解率;假定污水处理工艺中具有生化作用的一个处理环节中，Rco2，TOC为CO2的产率;Rnitric，co2为CO2的利用率;Rdissolved，co2为CO2的溶解率;假定所述处理环节TOC去除量为QTOC，则所述处理环节中微生物作用释放CO2的释放量Mbio-co2为：
Mbio-co2=(Rco2，TOC-Rnitric，co2-Rdissolved，co2)QTOC (2)
污水处理过程中，除了上述生化作用释放CO2外，还有溶解的无机碳(如碳酸盐、重碳酸盐、碳酸、CO2等)，污水中无机碳所产生的溶解CO2分压与总碱度、pH值的关系式：
式中，P废水,co2代表污水中无机碳所产生的溶解CO2分压，KH为亨利系数，K1和K2分别是溶解CO2的一级和二级离解常数，KH、K1和K2与温度有关，可以在现有技术中得到，在此不在详述。由于水的总碱度(Alk)、pH值、温度可以测得，通过公式(3)可求得污水中无机碳所产生的溶解CO2分压。为使生物作用与非生物作用产生的CO2在单位上相一致，根据理想气体状态方程，将无机碳产生的CO2分压转换为质量浓度(g/L)：
Mno-bio-co2=m·P溶解co2/RT=5.293·P溶解co2/T (4)
式中，m=44.009为CO2的分子量;R=8.314为气体常数;P溶解co2为污水中无机碳所产生的溶解CO2分压(Pa);T为污水温度(K);
则污水处理释放CO2模型：
CO2释放总量Mco2=每个处理环节的生化作用Mbio-co2+每个处理环节的非生化作用Mno-bio-co2 (5)
在污水处理工艺中，贮泥池或脱水处理环节CO2释放量与污泥量(Qsludge)和CO2释放率(Rco2)有关，则此处理环节非生化作用CO2释放量Mno-bio-co2为：
Mno-bio-co2=Qsludge-Rco2 (6)
式中，Qsludge为污泥量，Rco2为CO2释放率。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明能准确把握污水处理中各环节的CO2释放量，从而使污水处理释放CO2的估算更准确可靠，为污水处理实施CO2减排和开发利用提供科学依据。
