污水深度处理的硝化与反硝化

污水深度处理的硝化与反硝化污水深度处理的硝化与反硝化一。硝化(1)

微生物：自营养型亚硝酸菌(Nitrosmohas)自营养型硝酸菌（Nitrobacter）(2)

反应：

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

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,硝化反应速率主要取决于氨氮转化为亚硝酸盐的反应速率。硝酸菌的细胞组织表示为C5H7NO255NH+4+76O2+109HCO-3———C5H7NO2+54NO-2+57H2O+104H2Co3

亚硝酸菌

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)

保证硝化反应正常进行的必要条件：

pH

8~9

水温

亚硝酸菌反应最佳温度t=35

0C

t>15

0C为碳源，电子供体提供能量并得到氧化降解，利用硝酸中的氧作电子受体。其反应：NO3+1.08CH3OH+0.24H2CO3

———0.056C3H7O2N+0.47N2

+1.68H2O+HCO3

NO2+0.67CH3OH+0.53H2CO3

———0.04C5H7O2N+0.48N2

+1.23H2O+HCO3上述反应也可以用下式表达2NO

2

+3H

2———N

2

+2OH

+2H

2O

2NO

3

+5H———N

2

+2OH

+2H

2O当废水中碳源不足时，NO的浓度远远超过可被利用的氢供体，反硝化生成的N2减少，会使N2O增多。（3）反硝化动力学上述反应在NO浓度高于0.1mg/L时为零级反应，反硝化反应速率与NO浓度高低无关，只与反硝化菌数量有关。

SNe－SNO＝qDN（ＸＶ）ｔSNe

———进水NO3浓度

mg/L；SNO

———出水NO3浓度

mg/L；qDN

———反硝化速率常数ｇNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d；ＸＶ———挥发性悬浮固体浓度，mg/L；ｔ———停留时间，h。

（4）反硝化反应速率

第一反硝化速率：初始快速反硝化阶段，一般为5～15min，消耗易降解的碳源，约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：中速反硝化阶段，约16mgNO3/L.h,在此阶段易降解的碳源已经耗尽，只能利用颗粒状和复杂的可缓慢降解的有机物作为碳源。

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：内源代谢反硝化，5.4mgNO3/L.h,由于外碳源已消耗尽，反硝化菌只能通过内源代谢产物作碳源，反应速率更低。

qD3

=0.072×1.03(T－20)gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d

T=20oC

qD3

=0.074gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d综合的反硝化速率约为：2～8mgNO3—Ｎ/ｇMLＳＳ·h②0.048~0.192kgNO3—Ｎ/kｇMLＳＳ·d硝化及反硝化的碱平衡NH4+1.86O2+1.98HCO———（0.0181+0.0025）C５H７O２N+1.04H２O+0.98NO３+1.88H２CO３根据上式每氧化1mgNH4—N为NO3—N需消耗碱7.14mg（以CaCO3）如果没有足够的碱度，硝化反应将导致pH下降，使消化反应减缓。硝化最佳pH7.0～7.8；亚硝化最佳pH7.7～8.1；生物脱氮过程硝化段，pH值一般控制在7.2～8.0之间。反硝化时，还原1mgNOi—N生成3.57mg碱度（以CaCO3）,消耗2.74mg甲醇（3.7mgCOD约3.0mgBOD），产生0.45mg反硝化细菌。实际工程设计K＝ΔCOD／ΔNO—N＝6.3。反硝化的适宜ｐＨ值6.5～7.5；6.0＜适宜ｐＨ值＜8.0。

四

硝化菌最适宜的温度

最佳温度为30OC

高于35OC，亚硝化菌占优势，硝化菌则受抑制。五

溶解氧DO

硝化过程DO一般维持在1.0～2.0mg/L

每氧化1mgNH4—N为NO—N需4.57mgO2六

有效的硝化和完全的除去硝酸盐所允许的最大TKN／COD比值①

当SRT6～20d；T14～25OC；

回流比α0～4；S

0.5～2时，

（Ｎti/Sti）＝最大TKN／COD＝0.15

反硝化过程需要有机物：

K＝ΔCOD／ΔNO—N＝6.3

①废水的厌氧生物处理265页贺延龄著

活性污泥中硝化菌所占比例与BOD5／TKN的关系：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.活性污泥工艺中的活性污泥量、泥龄RS（SRT）、剩余污泥量（①p260）泥龄RS（SRT）：存在于系统中的污泥量与每日排放污泥量之比。RS＝MXV／MEVRS——泥龄MXV——系统中的污泥量MEV——每日排放污泥量（每日剩余污泥量）系统中的污泥量与泥龄RS等因素的关系ｍXV＝MXV／MSｔiｍXV——系统中的污泥量与每日进入系统的COD总量之比1/ｍXV——污泥有机负荷，

gCOD/1gVSS.dMXV——系统中的污泥量,以VSS计。MSｔi——每日进入系统的COD总量。系统中的活性污泥量与每日进入系统的COD总量之比ｍXａ＝MXａ／MSｔi=（１－fUS

－fUP

）CｒｍXａ——系统中的活性污泥量与每日进入系统的COD总量之比MXａ——系统中的活性污泥量Cｒ——泥龄依赖常数

Cｒ＝YaRS／（1＋BhRS）＝MXａ／MSｔi（１－fUS－fUP

）

（１－fUS

－fUP

）——进水中可生化降解的COD占总COD的比例1／Cｒ＝每日进入系统的可生化降解的COD总量／系统中的活性污泥量1／Cｒ＝（1＋BhRS）／YaRS1／ｍXａ——活性污泥有机负荷，gCOD/1gMLVSSd活性污泥浓度2～3gMLVSS／L或3～5gMLSS已知：（COD总量、、）或（BOD总量）、Bh＝0.24×1.04t-20

、Ya＝0.45gVSS/gCOD；选取：RS；求得：ｍXV

、MXV

、ｍXａ、MXａ；选取：MLVSS或MLSS；求得：反应池总容积V。已知：MXV、RS；求得：MEV——每日排放污泥量（每日剩余污泥量）。例题计算: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；反应池总容积V。ｍXａ＝MXａ／MSｔi=（１－fUS－fUP）Cｒ（１－fUS－fUP）=0.97

Cｒ＝YaRS／（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

氨氮硝化容积负荷=0.017×7＝0.119kgNH3—N/m3.d

硝化容