污水深度处理的硝化与反硝化.docx

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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—N

NH+4+1.5O2———NO2+H2O+H+－ΔE

亚硝酸菌       ΔE=278.42kJ

NO2+0.5O2———NO-3－ΔE

硝酸菌         ΔE=278.42kJ

NH+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C5H7NO2

55NH+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

                 DO    2~3mg/L      >1.0mg/L

硝化1克NH3—N：

消耗4。

57克O2

                消耗7。

14克碱度（擦CaCo3计）

                  生成0。

17克硝酸菌细胞

（4）亚硝酸菌的增殖速度   t=25OC

活性污泥中

µ（Nitrosmohas）=0.18e 0.116（T-15）    day –1　　

µ（Nitrosmohas）=0.322day –1　（20ＯＣ）

纯种培养：

µ（Nitrosmohas）=0.41e 0.018（T-15）    day -1

河水中

µ（Nitrosmohas）=0.79e 0.069（T-15）      day -1

一般它营养型细菌的比增长速度

                µ=1。

2day –1

（5）   泥龄   SRT

硝化菌的比增长速度μ：

          μ=0.47e 0.098（T-15） [N/（N+100.051T-1.158）][O2/（KO+O2）]

          N－－－－出水氨氮浓度   ㎎/L

          T－－－－最低温度       15CO

          O2－－－－好氧区溶解氧浓度 ㎎/L

          KO－－－－KO=1.3 

          T＝20CO、O2＝2㎎/L、出水氨氮浓度N＝10㎎/L时，μ=0.433d-1

SRT=1/µ

     当  N=5㎎/L   T=15CO      O2=2㎎/L   KO=1.3   时,   µ=0.28（d-1）

SRT=1/µ=1/0.28（d-1）=3.6（d）

安全系数取2.5   设计泥龄为9.0（d）  为污泥稳定，取污泥泥龄15（d）

 （6） 硝化污泥负荷及产泥率

        0.05㎏NH3—N／㎏MLVS·d

        7mgNH4—N/gVSS·h      即　0.168kgNH4—N/kgVSS·d②

硝化产泥率：

亚硝化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：

自营养型反硝化菌（以无机盐为基质）

 它营养型反硝化菌（以有机物为基质）

（2） 反应：

　反硝化反应是指硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化菌的作用下还原成气态氮的过程。

反硝化菌是一类化学能异养兼性缺氧型微生物，反应过程中利用有机物为碳源，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）ｔ

SNe ———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.h

qD1 =0.72×1.2（T－20）gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d　

T=20oC     qD1=0.72gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d

T=25oC     qD1=1.79gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d（）

T=30oC     qD1=4.46gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d

T=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·h②

0.048~0.192kgNO3—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1mg　NH4—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

0.5

0.35

1.0

0.21

2.0

0.12

3.0

0.086

4.0

0.064

5.0

0.054

6.0

0.043

7.0

0.037

8.0

0.033

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／MEV

RS——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／MSｔi

ｍXV——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.d

MXV——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 ）Cｒ

ｍXａ——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）／YaRS

1／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=100d

Cｒ＝0.45×100／（1＋0.24×1.0430－20×100）=45/36.53=1.23

ｍXａ＝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

硝化容积Vn=0.15×3600÷0.119=4537.8m3

反硝化速率＝0.07kgNO3—N/kgLMVSS·d       

反硝化容积负荷＝0.07×7＝0.49kgNO3—N/m3.d

反硝化容积VDN=0.15×0.8×3600÷0.49=881.6m3

COD容积负荷＝0.838×7＝5.87

去除COD所需容积＝（2.0－0.150）3600÷5.87＝1134.6m3