Denitryfikacja ścieków – kalkulator NO₃-N, NO₂-N i dawki węgla

Jak obliczyć zapotrzebowanie na węgiel do denitryfikacji?

Denitryfikacja polega na wykorzystaniu azotanów lub azotynów jako akceptorów elektronów podczas rozkładu materii organicznej w warunkach anoksycznych. Zależność jest przydatna do obliczenia bilansu węgla przed doborem systemu dozowania, ale wymaga rozróżnienia minimalnego równoważnika COD i ilości konkretnego preparatu.

Jeżeli znasz już ładunek azotu lub przepływ w oczyszczalni, możesz przejść z kalkulatora ładunku zanieczyszczeń do analizy zapotrzebowania na węgiel w strefie denitryfikacji. Dla pełnego bilansu procesu azotowego przydatny jest również kalkulator nitryfikacji i alkaliczności.

Wzory: NO₃-N, NO₂-N i COD w kg/d

Dla stężeń wyrażonych w mg N/l i strumienia Q w m³/d ładunek azotu wynosi L_N = Q × C_N / 1000 [kg N/d]. Teoretyczny równoważnik zużycia COD przy całkowitej redukcji azotanów do azotu cząsteczkowego wynosi około 2,86 kg COD/kg NO₃-N, natomiast dla azotynów około 1,71 kg COD/kg NO₂-N. W obliczeniach stosowane są niezaokrąglone równoważniki elektronowe: 20/7 i 12/7.

Jeśli oba wskaźniki zmierzono na wejściu i wyjściu tej samej strefy, dla opisanego modelu: COD_teor. = (20/7) × ΔL(NO₃-N) + (12/7) × ΔL(NO₂-N). Wzrost stężenia NO₂-N może oznaczać gromadzenie się produktu pośredniego – wtedy drugi składnik ma znak ujemny. Nie należy dodawać do siebie dwóch niezależnych „procentów usunięcia”, bo może dojść do podwójnego liczenia przemian.

Jak przeliczyć niedobór COD na dawkę produktu?

Najpierw oblicz teoretyczny COD. W wariancie dozowania możesz uwzględnić dodatkowy, jawnie określony współczynnik korekty technologicznej i odejmiesz COD rzeczywiście dostępny do denitryfikacji w analizowanym strumieniu. Nie jest nim automatycznie całe ChZT dopływających ścieków – część substancji nie będzie dostępna podczas retencji anoksycznej.

Dawkę produktu wyznacza się z deficytu COD, efektywnego wykorzystania COD i oznaczonego równoważnika COD produktu w kg COD/kg. Dla ciekłego produktu masa dzielona jest przez jego gęstość w kg/l. Godzinowa wydajność dawkowania zależy dodatkowo od godzin pracy. Ten wynik jest orientacyjną wartością bilansową, nie nastawą automatyki dozującej.

Przykład obliczenia azotanów i węgla

Do strefy dopływa 1000 m³/d ścieków o stężeniu 30 mg NO₃-N/l, a na odpływie stężenie wynosi 5 mg NO₃-N/l. Azotany zmniejszają się o 25 mg N/l, czyli 25 kg N/d. Daje to teoretyczny równoważnik 71,428571… kg COD/d. Przy braku uwzględnionej dostępnej frakcji organicznej i współczynniku korekty 1 tyle wynosi obliczeniowy deficyt COD. Rzeczywiste zużycie zewnętrznego produktu może być większe.

Jeśli w tym samym strumieniu NO₂-N wzrośnie z 0 do 2 mg N/l, należy uwzględnić powstawanie produktu pośredniego. Wówczas wynik dla całej przemiany jest mniejszy niż przy założeniu pełnej denitryfikacji azotanów bez akumulacji azotynów.

Co może zafałszować wynik przy eksploatacji?

• Jednostki: mg NO₃⁻/l i mg NO₃-N/l nie są równoważne. Stężenie azotanów oznaczone jako jon wymaga przeliczenia na masę azotu.
• Próby i przepływy: próbki z różnych okresów lub różnych miejsc instalacji nie tworzą automatycznie jednego spójnego bilansu.
• Węgiel organiczny: ChZT całkowite nie odpowiada zawsze biodegradowalnemu COD dostępnemu w strefie anoksycznej.
• Tlen dopływający do strefy: DO zużywa łatwo dostępny węgiel, zmniejszając jego ilość na denitryfikację. Uproszczony bilans tego nie oblicza.
• Inne drogi przemian: nitryfikacja, DNRA, anammox, asymilacja azotu i tworzenie N₂O wymagają pełniejszego modelu technologicznego.
• Kinetyka: ilość dostępnego węgla nie dowodzi, że proces osiągnie wymagany efekt w danym czasie retencji i temperaturze.