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：自營養(yǎng)型亞硝酸菌(Nitrosmohas)自營養(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：pH8~9水溫亞硝酸菌反應(yīng)最佳溫度t=350Ct>150CDO2~3mg/L>1.0mg/L硝化1克NH3—N：消耗4。57克O2消耗7。14克堿度（擦CaCo3計(jì)）生成0。17克硝酸菌細(xì)胞(4)亞硝酸菌的增殖速度t=25OC活性污泥中μ(Nitrosmohas)=0.18e0.116(T-15)day–1μ(Nitrosmohas)=0.322day–1（20ＯＣ）純種培養(yǎng)：μ(Nitrosmohas)=0.41e0.018(T-15)day-1河水中μ(Nitrosmohas)=0.79e0.069(T-15)day-1一般它營養(yǎng)型細(xì)菌的比增長速度μ=1。2day–1(5)泥齡SRT硝化菌的比增長速度μ：μ=0.47e0.098(T-15)[N/(N+100.051T-1.158)][O2/(KO+O2)]N－－－－出水氨氮濃度㎎/LT－－－－最低溫度15COO2－－－－好氧區(qū)溶解氧濃度㎎/LKO－－－－KO=1.3T＝20CO、O2＝2㎎/L、出水氨氮濃度N＝10㎎/L時(shí)，μ=0.433d-1SRT=1/μ當(dāng)N=5㎎/LT=15COO2=2㎎/LKO=1.3時(shí),μ=0.28(d-1)SRT=1/μ=1/0.28(d-1)=3.6(d)安全系數(shù)取2.5設(shè)計(jì)泥齡為9.0(d)為污泥穩(wěn)定，取污泥泥齡15(d)(6)硝化污泥負(fù)荷及產(chǎn)泥率0.05㎏NH3—N／㎏MLVS·d7mgNH4—N/gVSS·h即0.168kgNH4—N/kgVSS·d②硝化產(chǎn)泥率：亞硝化0.04～0.13mgVSS／mgNH4—N硝化0.02～0.07mgVSS／mgNO—N硝化全程0.06～0.20mgVSS／mgNH4—N。二反硝化(1)微生物：自營養(yǎng)型反硝化菌(以無機(jī)鹽為基質(zhì))它營養(yǎng)型反硝化菌(以有機(jī)物為基質(zhì))(2)反應(yīng)：反硝化反應(yīng)是指硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽在反硝化菌的作用下還原成氣態(tài)氮的過程。反硝化菌是一類化學(xué)能異養(yǎng)兼性缺氧型微生物，反應(yīng)過程中利用有機(jī)物為碳源，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+HCO3NO2+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)2NO2+3H2———N2+2OH+2H2O2NO3+5H———N2+2OH+2H2O當(dāng)廢水中碳源不足時(shí)，NO的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過可被利用的氫供體，反硝化生成的N2減少，會使N2O增多。（3）反硝化動力學(xué)上述反應(yīng)在NO濃度高于0.1mg/L時(shí)為零級反應(yīng)，反硝化反應(yīng)速率與NO濃度高低無關(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=20oCqD1=0.72gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·dT=25oCqD1=1.79gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d（）T=30oCqD1=4.46gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·dT=35oCqD1=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·dT=20oCqD2=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·dT=20oCqD3=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，硝化菌則受抑制。五溶解氧DO硝化過程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；S0.5～2時(shí)，（Ｎti/Sti）＝最大TKN／COD＝0.15反硝化過程需要有機(jī)物：K＝ΔCOD／ΔNO—N＝6.3①廢水的厭氧生物處理265頁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?。篟S；求得：ｍXV、MXV、ｍXａ、MXａ；選?。篗LVSS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）=0.97Cｒ＝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=1.193gVSS.d/gCOD1/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.dMLVSS=7.0kg/m3氨氮硝化容積負(fù)荷=0.017×7＝0.119kgNH3—N/m3.d硝化容積Vn=0.15×3600÷0.119=4537.8m3反硝化速率＝0.07kgNO3—N/kgLMVSS·d反硝化容積負(fù)荷＝0.07×7＝0.49kgNO3—N/m3.d反硝化容積VDN=0.15×0.8×3600÷0.49=881.6m3COD容積負(fù)荷＝0.838×7＝5.87去除COD所需容積＝（2.0－0.150）3600÷5.87＝1134.6m3目前常采用的生物脫氮的流程是首先經(jīng)過硝化過程，然后利用反硝化細(xì)菌進(jìn)行反硝化，將NO三和NO三轉(zhuǎn)化為N2.N2逸人大氣，完成脫氮過程。根據(jù)硝化細(xì)菌的特點(diǎn)，影響污水處理系統(tǒng)中硝化過程的主要因素有以下幾點(diǎn)：1、污泥齡硝化菌在各種污水處理系統(tǒng)中雖有存在，但數(shù)量不多；加之自養(yǎng)型硝化菌世代時(shí)間長，生長速度慢，因此硝化菌數(shù)量及硝化速率是生物脫氮處理的關(guān)鍵制約因素。除給予適宜的環(huán)境條件外，應(yīng)注意增加污泥齡，即污泥停留時(shí)間（一般要大于20~30d）。2、溶解氧（DO）

DO對硝化菌的生長及活性都有顯著的影響。在DO低于0.5mg/L時(shí)，亞硝酸氧化菌的活性受到抑制，而氨氧化菌對低溶解氧的耐受程度高于亞硝酸氧化菌，DO低于0.5mg/L時(shí)仍能正常代謝。在活性污泥中，要維持正常的硝化效果，混合液的DO一般應(yīng)大于2mg/L,而生物膜法則應(yīng)大于3mg/L.3、溫度溫度對硝化活性有重要的影響。溫度低于12℃，硝化活性明顯下降，30℃時(shí)活性最大，溫度超過30℃時(shí)，由于酶的變性，活性反而降低。4、pH

氨氧化菌的最適pH范圍為7.O~7.8,而亞硝酸氧化菌的最適pH范圍為7.7~8.10pH值過高或過低都會抑制硝化活性。硝化過程常大量產(chǎn)酸，使pH值降低，運(yùn)行中應(yīng)隨時(shí)調(diào)節(jié)pH值。5、營養(yǎng)物質(zhì)

污水水質(zhì)，特別是C/N比影響活性污泥中硝化細(xì)菌所占的比例。因硝化菌為自養(yǎng)微生物，生活不需有機(jī)質(zhì)，所以污水中BOD5/TN越小，即BOD5濃度越低硝化菌的比例越大，硝化反應(yīng)越易進(jìn)行。在城市污水處理系統(tǒng)中，硝化菌所占比例一般低于0.086,不能滿足硝化作用的需要。氨氮是硝化作用的主要基質(zhì)，應(yīng)保持一定濃度。但氨氮濃度大于100~200mg/L時(shí)，對硝化反應(yīng)呈現(xiàn)抑制作用，氨氮濃度越高，抑制程度越大。6、毒物

硝化菌對毒物的敏感度大于一般細(xì)菌，大多數(shù)重金屬和有機(jī)物對硝化菌具有抑制作用。一般來說，氨氧化菌比亞硝酸氧化菌對毒物更敏感。能進(jìn)行反硝化作用的細(xì)菌絕大多數(shù)是異養(yǎng)的兼性厭氧菌，它們需利用有機(jī)物作為反硝化過程中的電子供體。影響反硝化作用的因素主要有以下幾點(diǎn)：1、營養(yǎng)物質(zhì)：反硝化作用需要足夠的有機(jī)碳源，一般認(rèn)為污水中的BOD5與總氮之比大于3時(shí)，無需外加碳源，即可達(dá)到脫氮的目的。低于此值時(shí)需要添加碳源。甲醇、乙醇、乙酸、苯甲酸、葡萄糖等都曾被選擇作為碳源，其中利用最多的是甲醇，因?yàn)樗鼉r(jià)廉，而且其氧化分解產(chǎn)物為水和二氧化碳。但