硝化反硝化系統(tǒng)加堿量如何計(jì)算

1、硝化反硝化系統(tǒng)加堿量如何計(jì)算一、硝化細(xì)菌硝化反應(yīng)過(guò)程：在有氧條件下，氨氮被硝化細(xì)菌所氧化成為亞硝酸鹽和硝酸鹽。他包括兩個(gè)基本反應(yīng)步驟：由亞硝酸菌（Nitrosomonass©參與將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng)；硝酸菌（Nitrobactersp）參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)，亞硝酸菌和硝酸菌都是化能自養(yǎng)菌，它們利用CO2、CO32-、HCO3-等做為碳源，通過(guò)NH3、NH4+或NO2-的氧化還原反應(yīng)獲得能量。硝化反應(yīng)過(guò)程需要在好氧（Aerobic或Oxic）條件下進(jìn)行，并以氧做為電子受體，氮元素做為電子供體。其相應(yīng)的反應(yīng)式為：亞硝化反應(yīng)方程式：55NH4+76O2+109HCO3-

2、C5H7O2N+54NO2-+57H2O+104H2CO3硝化反應(yīng)方程式：400NO2-+195O2+NH4-+4H2CO3+HCO3-C5H7O2N+400NO3-+3H2O硝化過(guò)程總反應(yīng)式：NH4-+1.83O2+1.98HCO3-0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3通過(guò)上述反應(yīng)過(guò)程的物料衡算可知，在硝化反應(yīng)過(guò)程中，將1g氨氮氧化為硝酸鹽氮需好氧4.57g（其中亞硝化反應(yīng)需耗氧3.43g,硝化反應(yīng)耗氧量為1.14g）,同時(shí)約需耗7.14g重碳酸鹽（以CaCO3計(jì)）堿度。在硝化反應(yīng)過(guò)程中,氮元素的轉(zhuǎn)化經(jīng)歷了以下幾個(gè)過(guò)程：氨離子NH4-一羥胺NH2O

3、H硝?；鵑O+亞硝酸鹽NO2f硝酸鹽NO3-o二、反硝化細(xì)菌反硝化反應(yīng)過(guò)程：在缺氧條件下，利用反硝化菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮?dú)舛鴱奈鬯幸莩?，從而達(dá)到除氮的目的。反硝化是將硝化反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成氮?dú)獾倪^(guò)程，反硝化菌是一類化能異養(yǎng)兼性缺氧型微生物。當(dāng)有分子態(tài)氧存在時(shí)，反硝化菌氧化分解有機(jī)物，利用分子氧作為最終電子受體，當(dāng)無(wú)分子態(tài)氧存在時(shí)，反硝化細(xì)菌利用硝酸鹽和亞硝酸鹽中的N3+和N5+做為電子受體，有機(jī)物則作為碳源提供電子供體提供能量并得到氧化穩(wěn)定，由此可知反硝化反應(yīng)須在缺氧條件下進(jìn)行。從NO3-還原為N2的過(guò)程如下：NO3-fNO2一NgN2-N2反硝化過(guò)程中，反硝化菌

4、需要有機(jī)碳源（如碳水化合物、醇類、有機(jī)酸類）作為電子供體，利用NO3一中的氮進(jìn)行缺氧呼吸。其反應(yīng)過(guò)程可以簡(jiǎn)單用下式表示：NO3-+4H（電子供體有機(jī)物）-1/2N2+H2O+2OH-NO2-+3H（電子供體有機(jī)物）-1/2N2+H2O+OH-綜上所述，硝化反應(yīng)每氧化1g氨氮耗氧4.57g,消耗堿度7.14g,表現(xiàn)為pH下降,在反硝化過(guò)程中，去除硝酸鹽氮的同時(shí)去除碳源，這部分碳源折合DO2.6g,另外，反硝化過(guò)程中補(bǔ)償堿度3.57g。三、硝化反硝化的堿度平衡1、一般來(lái)說(shuō)，在硝化反應(yīng)中每硝化lgNH3-N需要消耗7.14g堿度，所以硝化過(guò)程中需要的堿度量可按下式計(jì)算：堿度=7.14XQACNH-N

5、X10-3（1）式中：Q為進(jìn)入濾池的日平均污水量，m3d;ACNH3N為進(jìn)出濾池NH3-N濃度的差值，mg/L;7.14為硝化需堿量系數(shù)，kg堿度/kgNH3-N。2、對(duì)于含氨氮濃度較高的工業(yè)廢水，通常需要補(bǔ)充堿度才能使硝化反應(yīng)器內(nèi)的pH維持在7.28.0之間。計(jì)算公式如下：堿度=KX7.14XQACNHNX10-3(2)式中，K為安全系數(shù)，一般為1.21.3。3、實(shí)際工程中進(jìn)行堿度核算應(yīng)考慮以下幾部分：入流污水中的堿度，生物硝化消耗的堿度，分解BOD5產(chǎn)生的堿度，以及混合液中應(yīng)保持的剩余堿度。要使生物硝化順利進(jìn)行，必須滿足下式：ALKw+ALKc>ALKN+A1KE(3)如果堿度不足，

6、要使硝化順利進(jìn)行，則必須投加純堿，補(bǔ)充堿度。投加的堿量可按下式計(jì)算：AALK=(ALKN+ALKE)(ALKw+ALKc)(4)式中：AALK為系統(tǒng)應(yīng)補(bǔ)充的堿度，mg/L;ALKN為生物硝化消耗的堿量；ALKN一般按硝化每kgNH3-N消耗7.14kg堿計(jì)算。ALKE為混合液中應(yīng)保持的堿量，ALKE一般按曝氣池排出的混合液中剩余50mg/L堿度(以Na2CO3計(jì))計(jì)算。ALKw為原污水中的總堿量；ALKc為BOD5分解過(guò)程中產(chǎn)生的堿量；ALKc與系統(tǒng)的SRT有關(guān)系：當(dāng)SRT>20d時(shí)，可按降解每千gBOD5產(chǎn)堿0.1kg計(jì)算；當(dāng)SRT=1020d時(shí),按0.05kgALK/kgBOD5;當(dāng)

7、SRT<10d時(shí)，按0.01gALK/kgBOD5。短程硝化反硝化與同步硝化反硝化的區(qū)別及影響因素一、短程硝化反硝化1、簡(jiǎn)介生物脫氮包括硝化和反硝化兩個(gè)反應(yīng)過(guò)程，第一步是由亞硝化菌將NH4+-N氧化為NO2-N的亞硝化過(guò)程；第二步是由硝化菌將NO2-N氧化為氧化為NO3-N的過(guò)程；然后通過(guò)反硝化作用將產(chǎn)生的NO3-N經(jīng)由NO2-N轉(zhuǎn)化為N2,NO2-N是硝化和反硝化過(guò)程的中間產(chǎn)物。1975年Voets等在處理高濃度氨氮廢水的研究中，發(fā)現(xiàn)了硝化過(guò)程中NO2-N積累的現(xiàn)象，首次提出了短程硝化反硝化脫氮的概念。如下圖所示。NHT恒妻陽(yáng)林階段反說(shuō)此艙段黜程硝化反植化生物脫氮途徑會(huì)比較兩種途徑，很

8、明顯，短程硝化反硝化比全程硝化反硝化減少了NO2-、NO3-和NO。NO2-兩步反應(yīng)，這使得短程硝化反硝化生物脫氮具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)可節(jié)約供氧量25%。節(jié)省了NO2-氧化為NO3-的好氧量。(2)在反硝化階段可以節(jié)省碳源40%。在C/N比一定的情況下提高了TN的去除率。并可以節(jié)省投堿量。(3)由于亞硝化菌世代周期比硝化菌短，控制在亞硝化階段可以提高硝化反應(yīng)速度和微生物的濃度，縮短硝化反應(yīng)的時(shí)間，而由于水力停留時(shí)間比較短，可以減少反應(yīng)器的容積，節(jié)省基建投資，一般情況下可以使反應(yīng)器的容積減少30%40%。(4)短程硝化反硝化反應(yīng)過(guò)程在硝化過(guò)程中可以減少產(chǎn)泥25%34%,在反硝化過(guò)程中可以減少產(chǎn)泥

9、約50%o由于以上的優(yōu)點(diǎn)，使得短程硝化-反硝化反應(yīng)尤其適應(yīng)于低C/N比的廢水，即高氨氮低COD,既節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用又可以節(jié)省補(bǔ)充的碳源的費(fèi)用，所以該工藝在煤化工廢水方面非常可行。2、影響短程硝化反硝化的因素2.1 溫度的影響溫度對(duì)微生物影響很大。亞硝酸菌和硝酸菌的最適宜溫度不相同，可以通過(guò)調(diào)節(jié)溫度抑制硝酸菌的生長(zhǎng)而不抑制亞硝酸菌的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化過(guò)程。國(guó)內(nèi)的高大文研究表明：只有當(dāng)反應(yīng)器溫度超過(guò)28c時(shí)，短程硝化反硝化過(guò)程才能較穩(wěn)定地進(jìn)行。2.2 pH的影響pH較低時(shí)，水中較多的是氨離子和亞硝酸，這有利于硝化過(guò)程的進(jìn)行，此時(shí)無(wú)亞硝酸鹽的積累；而當(dāng)pH較高時(shí)，可以積累亞硝酸鹽。因此合適的pH

10、環(huán)境有利于亞硝化菌的生長(zhǎng)。pH對(duì)游離氨濃度也產(chǎn)生影響，進(jìn)而也會(huì)影響亞硝酸菌的活性，研究表明：亞硝化菌的適宜pH在8.0附近，硝化菌的pH在7.0附近。因此，實(shí)現(xiàn)亞硝化菌的積累的pH最好在8.0左右。2.3 溶解氧（DO）的影響DO對(duì)控制亞硝酸鹽的積累起著至關(guān)重要的作用。亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)均是好氧過(guò)程，而亞硝酸菌和硝酸菌又存在動(dòng)力學(xué)特征的差異：低DO條件下亞硝酸菌對(duì)DO的親和力比硝酸菌強(qiáng)?？梢酝ㄟ^(guò)控制DO使硝化過(guò)程只進(jìn)行到氨氮氧化為亞硝態(tài)氮階段，從而淘汰硝酸菌，達(dá)到短程硝化的目的。2.4 泥齡的影響氨氮的硝化速率比亞硝態(tài)氮的氧化速率快，而亞硝酸菌的世代周期比硝化菌的世代周期短，因此可以通過(guò)控制

11、HRT使泥齡在亞硝酸菌和硝酸菌的最小停留時(shí)間之間，使亞硝酸菌成為優(yōu)勢(shì)菌種，逐步淘汰硝酸菌。二、同步硝化反硝化1、簡(jiǎn)介根據(jù)傳統(tǒng)生物脫氮理論，脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個(gè)階段，硝化和反硝化兩個(gè)過(guò)程需要在兩個(gè)隔離的反應(yīng)器中進(jìn)行，或者在時(shí)間或空間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個(gè)反應(yīng)器中；實(shí)際上，較早的時(shí)期，在一些沒(méi)有明顯的缺氧及厭氧段的活性污泥工藝中，人們就層多次觀察到氮的非同化損失現(xiàn)象，在曝氣系統(tǒng)中也曾多次觀察到氮的消失。在這些處理系統(tǒng)中，硝化和反硝化反應(yīng)往往發(fā)生在同樣的處理?xiàng)l件及同一處理空間內(nèi)，因此，這些現(xiàn)象被稱為同步硝化/反硝化(SND)。對(duì)于各種處理工藝中出現(xiàn)的SND現(xiàn)象已有大量的報(bào)道，包

12、括生物轉(zhuǎn)盤、連續(xù)流反應(yīng)器以及序批示SBR反應(yīng)器等等。與傳統(tǒng)硝化-反硝化處理工藝比較，SND具有以下的一些優(yōu)點(diǎn)：(1)能有效地保持反應(yīng)器中pH穩(wěn)定，減少或取消堿度的投加；(2)減少傳統(tǒng)反應(yīng)器的容積，節(jié)省基建費(fèi)用；(3)對(duì)于僅由一個(gè)反應(yīng)池組成的序批示反應(yīng)器來(lái)講，SND能夠降低實(shí)現(xiàn)硝化-反硝化所需的時(shí)間；(4)曝氣量的節(jié)省，能夠進(jìn)一步降低能耗。因此SND系統(tǒng)提供了今后降低投資并簡(jiǎn)化生物除氮技術(shù)的可能性。2、同步硝化/反硝化的機(jī)理研究2.1、 宏觀環(huán)境生物反應(yīng)器中的溶解氧DO主要是通過(guò)曝氣設(shè)備的充氧而獲得，無(wú)論何種曝氣裝置都無(wú)法使反應(yīng)內(nèi)氧氣在污水中充分混勻。最終形成反應(yīng)器內(nèi)部不同區(qū)域缺氧和好氧段，分別

13、為反硝化菌和硝化菌的作用提供了優(yōu)勢(shì)環(huán)境，造成了事實(shí)上硝化和反硝化作用的同時(shí)進(jìn)行。除了反應(yīng)器不同空間上的溶氧不均外，反應(yīng)器在不同時(shí)間點(diǎn)上的溶氧變化也可以導(dǎo)致同步硝化/反硝化現(xiàn)象的發(fā)生。HyungseokYoo研究了SBR反應(yīng)器在曝氣反應(yīng)階段，反應(yīng)器內(nèi)DO濃度歷經(jīng)減小后逐漸升高，并伴隨的同步硝化/反硝化現(xiàn)象。2.2、 微環(huán)境理論缺氧微環(huán)境理論是目前已被普遍接受的一種機(jī)理，被認(rèn)為是同步硝化/反硝化發(fā)生的主要原因之一。這一理論的基本觀點(diǎn)認(rèn)為：在活性污泥的絮體中，從絮體表面至其內(nèi)核的不同層次上，由于氧傳遞的限制原因，氧的濃度分布是不均勻的，微生物絮體外表面氧的濃度較高，內(nèi)層濃度較低。在生物絮體顆粒尺寸足

14、夠大的情況下，可以在菌膠團(tuán)內(nèi)部形成缺氧區(qū)，在這種情況下，絮體外層好氧硝化菌占優(yōu)勢(shì)，主要進(jìn)行硝化反應(yīng)，內(nèi)層為異樣反硝化菌占優(yōu)勢(shì)，主要進(jìn)行反硝化反應(yīng)（如圖）。除了活性污泥絮凝體外，一定厚度的生物膜中同樣可存在溶氧梯度，使得生物膜內(nèi)層形成缺氧微環(huán)境。大粒繁體體卻簿詡12.3、 物學(xué)解釋傳統(tǒng)理論認(rèn)為硝化反應(yīng)只能由自養(yǎng)菌完成，反硝化只能在缺氧條件下進(jìn)行，近年來(lái)，好氧反硝化菌和異樣硝化菌的存在已經(jīng)得到了證實(shí)。2.4、 硝化反硝化影響因素實(shí)現(xiàn)SND的關(guān)鍵在于對(duì)硝化反硝化菌的培養(yǎng)和控制，目前國(guó)內(nèi)外研究認(rèn)為對(duì)影響硝化反硝化菌的因素如下。3.1、 溶解氧DO的影響對(duì)同步硝化反硝化至關(guān)重要，研究表明，通過(guò)控制DO濃度，使硝化速率與反硝化速率達(dá)到基本一致才能達(dá)到最佳效果。3.2、 有機(jī)碳源有機(jī)碳源對(duì)整個(gè)同步硝化反硝化體系的影響尤為重要。研究表明，有機(jī)碳源含量低則反硝化滿足不了要求；有機(jī)碳源含量高則不利于氨氮去除。3.3、 微生物絮體結(jié)構(gòu)微