德国生物脱氮工艺中曝气池的设计计算

德国生物脱氮工艺中曝气池的设计计算摘要：德国是世界上环境保护工作开展较好的国家，在污水处理的脱氮除磷方面积累了很多值得借鉴的经验。现将德国排水技术协会(ATV)最新制定的城市污水设计规范A131中关于生物脱氮(硝化和反硝化)的曝气池设计方法介绍给大家，以供参考。关键字：生物脱氮曝气池脱氮除磷A131的应用条件：①进水的COD/BOD5≈2，TKN/BOD5≤0.25；②出水达到废水规范VwV的规定。对于具有硝化和反硝化功能的污水处理过程，其反硝化部分的大小主要取决于：①希望达到的脱氮效果；②曝气池进水中硝酸盐氮NO－3－N和BOD5的比值；③曝气池进水中易降解BOD5占的比例；④泥龄ts；⑤曝气池中的悬浮固体浓度X；⑥污水温度。图1为前置反硝化系统流程。1计算NDNN/BOD5和VDN/VTNDN表示示需经反硝化化去除的氮，它它与进水的BOD5之比决定了了反硝化区体体积VDN占总体积VT的大小。由氮平平衡计算NDN/BODD5：NDN=TKNNi-Noe-Nme-Ns式中TKNi——进水总凯氏氏氮，mg/LNoe——出水中有机机氮，一般取取1～2mg/LNme——出水中无机机氮之和，包包括氨氮、硝硝酸盐氮和亚亚硝酸盐氮，是是排放控制值值。按德国标标准控制在18mg//L以下，则设设计时取0.67××18＝12mg//LNs——剩余污泥排排出的氮，等等于进水BOD5的0.05倍，mg/L由此可可计算NDN/BODD5之值，然后后从表1查得VDN/VT。表1晴天和一一般情况下反反硝化设计参参考值反硝化前置周步VDN/VT反硝化能力，以以kgNDNN/kgBOOD5计，（t=10℃）0.200.700.050.300.100.080.400.120.110.500.140.142泥龄泥龄ts是是活性污泥在在曝气池中的的平均停留时时间，即ts=曝气气池中的活性性污泥量/每天从曝气气池系统排出出的剩余污泥泥量tS＝（X×VT）/（QS×XR＋Q×XE）式中tS——泥龄，dX——曝气池中的的活性污泥浓浓度，即MLSS，kg/m3VT——曝气池总体体积，m3QS——每天排出的的剩余污泥体体积，m3/dXR——剩余污泥浓浓度，kg/m3Q——设计污水流流量，m3/dXE——二沉池出水水的悬浮固体体浓度，kg/m3根据要求达到的的处理程度和和污水处理厂厂的规模，从从表2选取应保证证的最小泥龄龄。表2处理程度度及处理厂规规模和最小泥泥龄的关系处理程度污水处理厂规模模≤2万人口当量量≤10万人口当当量无硝化的污水处处理54有硝化的污水处处理（设计温温度10℃）108硝化/反硝化的的污水处理（设设计温度10℃）VDN/VVT=0.22=0.3=0.4=0.5121315118101113116硝化/反硝化和和污泥稳定稳稳定的污水处处理25不推荐注12℃时达达到稳定硝化化需按10℃设计3剩余污泥量量污泥比产率率Y＝YBOD5＋YP式中YY——污泥产率，kg干固体/kgBOOD5YBOD5——剩余污泥产产率，kg干固体/kgBOOD5YP——同步沉淀的的化学污泥产产率(当未投加化化学混凝剂除除磷时无此项项)，kg干固体/kgBOOD5剩余污污泥产率YBOD5与泥泥龄、进水SS和BOD5的比例、温温度等有关，约约为0.52～1.22kg干固体/kgBOOD5，可从表3中选取。表3YBODD5与泥龄、进进水SS和BOD5的比例之关关系SSi/（BOOD5）i泥龄（d）4681015250.40.740.700.670.640.590.520.60.860.820.790.760.710.640.80.980.940.910.880.830.761.01.101.061.031.000.950.881.21.221.181.151.121.071.004计算曝气池池体积首先计算曝曝气池的污泥泥负荷N，即N＝l/(tS×Y)式中N——曝气池的污污泥负荷，kgBODD5/(kg干固体·d)再根据据表4选定曝气池池中的活性污污泥浓度X。表4曝气池中中活性污泥浓浓度的推荐值值处理程度活性污泥浓度XX（kg/m3）有初沉池无初沉池无硝化硝化和反硝化带污泥稳定-除磷（加混凝剂剂同步沉淀）应特别注意意，必须校验验二沉池能否否使曝气池中中的活性污泥泥浓度达到所所选取的X值。所以，曝曝气池的体积积为：VT＝(BOD5)i×Q/(NN×X)VT＝VDN＋VN5回流比内循环回流流比R1＝QR1/Q，外循环回回流比R2＝QR2/Q，总回流比R＝R1＋R2。在前前置反硝化工工艺中，硝酸酸盐氮通过内内循环和外循循环回流进入入反硝化区。只只要回流的硝硝酸盐氮不超超过表1中的反硝化化能力，则可可能达到的最最大反硝化程程度取决于回回流比R。因此，可可根据反硝化化率EDN计算所需需的最小回流流比。EDN＝NNDN/(NDN＋Nne)所需的最小小回流比R＝1/(1－EDN)－1式中EDN——反硝化率Nne——出水硝酸盐盐氮，mg/L一般在在前置反硝化化工艺中，回回流比取2.0。若希望进进一步提高反反硝化率，可可继续提高回回流比。但必必须注意，最最大回流比为为4.0，且回流比比较高时存在在着将过多的的溶解氧带入入反硝化区的的危险。为了了减少循环回回流中的溶解解氧，可在曝曝气池末端设设置隔离区域域，减少该区区中的曝气量量。前置反反硝化工艺中中的反硝化区区应采用隔墙墙与好氧硝化化区分开，并并在反硝化区区中设置搅拌拌装置。回流量量还可根据连连续监测反硝硝化区Nne值进行调调节。6供氧量生物脱氮工工艺中，分解解碳化合物(BOD5)的需氧率OVC和氧化氮化化合物的需氧氧率OVN必须分开计计算。然后根根据饱和溶解解氧等的影响响，由这两部部分之和计算算供氧率(氧负荷)OB。①分解碳化合合物的需氧率率OVC可从表5查得。表5分解碳化化合物的需氧氧率OVckkgO2/kgBOOD5温度（℃）泥龄（d）468101525100.830.951.051.151.321.55120.871.001.101.201.381.60150.941.081.201.301.461.60181.001.171.301.401.541.60201.051.221.351.451.601.60②氧化氮氮化合物的需需氧率OVN可按下式计计算：OVN＝((4.6×NNne＋1.7×NNDN)/BOOD5③选择曝曝气区的溶解解氧浓度CX，根据峰值值系数fC和fN计算最大小小时供氧率(氧负荷)OB：OB＝〔CCs/(Cs－Cx)〕/(OVc×fC＋OVN×fN)式中Cs——污水中饱和和溶解氧浓度度，mg/LCx——曝气池中溶溶解氧浓度，mg/LfC——碳负荷峰值值系数，即最最大小时需氧氧率与平均小小时需氧率之之比fN——氮负荷峰值值系数推荐的CXX值为：在无无硝化的装置置中取2mg//L；进行硝化化的装置中取取2mg//L；进行硝化化同步/反硝化的装装置中取0.5mgg/L。如果果无法测得峰峰值系数，可可从表6中查取。由由于在污水处处理厂最大氮氮负荷与最大大碳负荷并不不同时出现，因因此选用最大大碳负荷和平平均氮负荷或或最大氮负荷荷和平均碳负负荷进行计算算。表6峰值系数数各类负荷值系数数泥龄（d）468101525fcfN（≤22万人口当量量）fN（＞10万人口当量量）1.31.251.21.21.151.1---2.52.01.5--2.01.81.5-注假定24hh中出现2h峰值④根据供供氧率(氧负荷)OB和曝气设备备的氧利用率率计算设计供供氧量。如果果曝气设备的的氧利用率是是在清水中测测定的，则计计算结果必须须除以供氧系系数α(0.5～1.0)。应特特别注意的问问题还有，夏夏季在不具备备反硝化功能能的污水处理理厂进行污水水硝化时，OVC值必须增加1/3。另外，最最大小时需氧氧率是根据峰峰值系数fC和fN、以及日需需氧率的1/24计算的，因因此若采用间间歇反硝化，供供氧量应依据据曝气间歇时时间相应提高高。在前前置反硝化工工艺中，可将将供氧和搅拌拌分开。反硝硝化区的搅拌拌强度取决于于池容，通常常为3～8W/m3。同时，在在反硝化区安安装曝气装置置有利于加强强运行灵活性性。