污水深度處理的硝化與反硝化

污水深度處理的硝化與反硝化污水深度處理的硝化與反硝化一。硝化(1)

微生物：自營(yíng)養(yǎng)型亞硝酸菌(Nitrosmohas)自營(yíng)養(yǎng)型硝酸菌（Nitrobacter）(2)

反應(yīng)：

城市污水中的氮化物主要是NH3,硝化菌的作用是將NH3—N氧化為NO3—NNH+4+1.5O2———NO2+H2O+H+－ΔE亞硝酸菌

ΔE=278.42kJNO2+0.5O2———NO-3－ΔE硝酸菌

ΔE=278.42kJNH+4+2.0O2———NO-3+H2+2H+－ΔE硝酸菌

ΔE=351kJ研究表明,硝化反應(yīng)速率主要取決于氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng)速率。硝酸菌的細(xì)胞組織表示為C5H7NO255NH+4+76O2+109HCO-3———C5H7NO2+54NO-2+57H2O+104H2Co3

亞硝酸菌

400NO2+NH+4+4H2Co3+HCO-3+195O2

———C5H7NO2+3H2O+400NO-3

硝酸菌

NH+4+1.86O2+1.98HCO-3———0.02C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO-3+1.88H2Co3

硝酸菌

(3)

保證硝化反應(yīng)正常進(jìn)行的必要條件：

pH

8~9

水溫

亞硝酸菌反應(yīng)最佳溫度t=35

0C

t>15

0C為碳源，電子供體提供能量并得到氧化降解，利用硝酸中的氧作電子受體。其反應(yīng)：NO3+1.08CH3OH+0.24H2CO3

———0.056C3H7O2N+0.47N2

+1.68H2O+HCO3

NO2+0.67CH3OH+0.53H2CO3

———0.04C5H7O2N+0.48N2

+1.23H2O+HCO3上述反應(yīng)也可以用下式表達(dá)2NO

2

+3H

2———N

2

+2OH

+2H

2O

2NO

3

+5H———N

2

+2OH

+2H

2O當(dāng)廢水中碳源不足時(shí)，NO的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)可被利用的氫供體，反硝化生成的N2減少，會(huì)使N2O增多。（3）反硝化動(dòng)力學(xué)上述反應(yīng)在NO濃度高于0.1mg/L時(shí)為零級(jí)反應(yīng)，反硝化反應(yīng)速率與NO濃度高低無(wú)關(guān)，只與反硝化菌數(shù)量有關(guān)。

SNe－SNO＝qDN（ＸＶ）ｔSNe

———進(jìn)水NO3濃度

mg/L；SNO

———出水NO3濃度

mg/L；qDN

———反硝化速率常數(shù)ｇNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d；ＸＶ———揮發(fā)性懸浮固體濃度，mg/L；ｔ———停留時(shí)間，h。

（4）反硝化反應(yīng)速率

第一反硝化速率：初始快速反硝化階段，一般為5～15min，消耗易降解的碳源，約50mgNO3/L.hqD1

=0.72×1.2(T－20)gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·dT=20oC

qD1=0.72gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·dT=25oC

qD1=1.79gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d（）T=30oC

qD1=4.46gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·dT=35oC

qD1

=11.09gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d第二反硝化速率：中速反硝化階段，約16mgNO3/L.h,在此階段易降解的碳源已經(jīng)耗盡，只能利用顆粒狀和復(fù)雜的可緩慢降解的有機(jī)物作為碳源。

qD2

=0.1×1.04(T－20)gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d

T=20oC

qD2

=0.104gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d第三反硝化速率：內(nèi)源代謝反硝化，5.4mgNO3/L.h,由于外碳源已消耗盡，反硝化菌只能通過(guò)內(nèi)源代謝產(chǎn)物作碳源，反應(yīng)速率更低。

qD3

=0.072×1.03(T－20)gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d

T=20oC

qD3

=0.074gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d綜合的反硝化速率約為：2～8mgNO3—Ｎ/ｇMLＳＳ·h②0.048~0.192kgNO3—Ｎ/kｇMLＳＳ·d硝化及反硝化的堿平衡NH4+1.86O2+1.98HCO———（0.0181+0.0025）C５H７O２N+1.04H２O+0.98NO３+1.88H２CO３根據(jù)上式每氧化1mgNH4—N為NO3—N需消耗堿7.14mg（以CaCO3）如果沒(méi)有足夠的堿度，硝化反應(yīng)將導(dǎo)致pH下降，使消化反應(yīng)減緩。硝化最佳pH7.0～7.8；亞硝化最佳pH7.7～8.1；生物脫氮過(guò)程硝化段，pH值一般控制在7.2～8.0之間。反硝化時(shí)，還原1mgNOi—N生成3.57mg堿度（以CaCO3）,消耗2.74mg甲醇（3.7mgCOD約3.0mgBOD），產(chǎn)生0.45mg反硝化細(xì)菌。實(shí)際工程設(shè)計(jì)K＝ΔCOD／ΔNO—N＝6.3。反硝化的適宜ｐＨ值6.5～7.5；6.0＜適宜ｐＨ值＜8.0。

四

硝化菌最適宜的溫度

最佳溫度為30OC

高于35OC，亞硝化菌占優(yōu)勢(shì)，硝化菌則受抑制。五

溶解氧DO

硝化過(guò)程DO一般維持在1.0～2.0mg/L

每氧化1mgNH4—N為NO—N需4.57mgO2六

有效的硝化和完全的除去硝酸鹽所允許的最大TKN／COD比值①

當(dāng)SRT6～20d；T14～25OC；

回流比α0～4；S

0.5～2時(shí)，

（Ｎti/Sti）＝最大TKN／COD＝0.15

反硝化過(guò)程需要有機(jī)物：

K＝ΔCOD／ΔNO—N＝6.3

①?gòu)U水的厭氧生物處理265頁(yè)賀延齡著

活性污泥中硝化菌所占比例與BOD5／TKN的關(guān)系：BOD5／TKN活性污泥中硝化菌所占比例0.50.351.00.212.00.123.00.0864.00.0645.00.0546.00.0437.00.0378.00.033

七.活性污泥工藝中的活性污泥量、泥齡RS（SRT）、剩余污泥量（①p260）泥齡RS（SRT）：存在于系統(tǒng)中的污泥量與每日排放污泥量之比。RS＝MXV／MEVRS——泥齡MXV——系統(tǒng)中的污泥量MEV——每日排放污泥量（每日剩余污泥量）系統(tǒng)中的污泥量與泥齡RS等因素的關(guān)系ｍXV＝MXV／MSｔiｍXV——系統(tǒng)中的污泥量與每日進(jìn)入系統(tǒng)的COD總量之比1/ｍXV——污泥有機(jī)負(fù)荷，

gCOD/1gVSS.dMXV——系統(tǒng)中的污泥量,以VSS計(jì)。MSｔi——每日進(jìn)入系統(tǒng)的COD總量。系統(tǒng)中的活性污泥量與每日進(jìn)入系統(tǒng)的COD總量之比ｍXａ＝MXａ／MSｔi=（１－fUS

－fUP

）CｒｍXａ——系統(tǒng)中的活性污泥量與每日進(jìn)入系統(tǒng)的COD總量之比MXａ——系統(tǒng)中的活性污泥量Cｒ——泥齡依賴常數(shù)

Cｒ＝Y(jié)aRS／（1＋BhRS）＝MXａ／MSｔi（１－fUS－fUP

）

（１－fUS

－fUP

）——進(jìn)水中可生化降解的COD占總COD的比例1／Cｒ＝每日進(jìn)入系統(tǒng)的可生化降解的COD總量／系統(tǒng)中的活性污泥量1／Cｒ＝（1＋BhRS）／YaRS1／ｍXａ——活性污泥有機(jī)負(fù)荷，gCOD/1gMLVSSd活性污泥濃度2～3gMLVSS／L或3～5gMLSS已知：（COD總量、、）或（BOD總量）、Bh＝0.24×1.04t-20

、Ya＝0.45gVSS/gCOD；選取：RS；求得：ｍXV

、MXV

、ｍXａ、MXａ；選取：MLVSS或MLSS；求得：反應(yīng)池總?cè)莘eV。已知：MXV、RS；求得：MEV——每日排放污泥量（每日剩余污泥量）。例題計(jì)算:巴陵石油化工

已知:

COD2000mg/L,

BOD5800mg/L,

NH3—N150mg/L,MLSS11000mg/L,

SRT（RS）100d,

Q150m3/h（3600m3/d）

求:

ｍXV

、MXV

、ｍXａ、MXａ；反應(yīng)池總?cè)莘eV。ｍXａ＝MXａ／MSｔi=（１－fUS－fUP）Cｒ（１－fUS－fUP）=0.97

Cｒ＝Y(jié)aRS／（1＋BhRS）Bh＝0.24×1.04t-20

、Ya＝0.45gVSS/gCOD；RS=100dCｒ＝0.45×100／（1＋0.24×1.0430－20×100）=45/36.53=1.23ｍXａ＝0.97×1.23=1.193

gVSS.d/gCOD

1/ｍXａ＝0.838

（kgCOD/kgVSS.d）

反硝化消耗的COD=0.15×0.8×3600×6.3=2721.6kg/d

硝化段BOD/NH3－N=（7200－2721.6）×0.35/540=2.9

硝化菌占生物量的比例

硝化菌／MLVSS＝10％

硝化速率＝7mgNH3－N/g硝化菌·h（0.168kgNH3－N/kg硝化菌·d）

硝化速率=0.017kgNH3—N/kgLMVSS.d

MLVSS=7.0kg/m3

氨氮硝化容積負(fù)荷=0.017×7＝0.119kgNH3—N/m3.d

硝化容