硝化反硝化系統(tǒng)加堿量如何計算

1、硝化反硝化系統(tǒng)加堿量如何計算一、硝化細(xì)菌硝化反應(yīng)過程：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NH3、NH4+或NO2-的氧化還原反應(yīng)獲得能量。硝化反應(yīng)過程需要在好氧（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硝化過程總反應(yīng)式：NH4-+1.83O2+1.98HCO3-0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3通過上述反應(yīng)過程的物料衡算可知，在硝化反應(yīng)過程中，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）,同時約需耗7.14g重碳酸鹽（以CaCO3計）堿度。在硝化反應(yīng)過程中,氮元素的轉(zhuǎn)化經(jīng)歷了以下幾個過程：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)過程中產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成氮?dú)獾倪^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，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)無分子態(tài)氧存在時，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的過程如下：NO3-fNO2一NgN2-N2反硝化過程中，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)過程可以簡單用下式表示：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,在反硝化過程中，去除硝酸鹽氮的同時去除碳源，這部分碳源折合DO2.6g,另外，反硝化過程中補(bǔ)償堿度3.57g。三、硝化反硝化的堿度平衡1、一般來說，在硝化反應(yīng)中每硝化lgNH3-N需要消耗7.14g堿度，所以硝化過程中需要的堿度量可按下式計算：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)計算。ALKw為原污水中的總堿量；ALKc為BOD5分解過程中產(chǎn)生的堿量；ALKc與系統(tǒng)的SRT有關(guān)系：當(dāng)SRT>20d時，可按降解每千gBOD5產(chǎn)堿0.1kg計算；當(dāng)SRT=1020d時,按0.05kgALK/kgBOD5;當(dāng)

7、SRT<10d時，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、簡介生物脫氮包括硝化和反硝化兩個反應(yīng)過程，第一步是由亞硝化菌將NH4+-N氧化為NO2-N的亞硝化過程；第二步是由硝化菌將NO2-N氧化為氧化為NO3-N的過程；然后通過反硝化作用將產(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恒妻陽林階段反說此艙段黜程硝化反植化生物脫氮途徑會比較兩種途徑，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)的時間，而由于水力停留時間比較短，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)過程在硝化過程中可以減少產(chǎn)泥25%34%,在反硝化過程中可以減少產(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，可以通過調(diào)節(jié)溫度抑制硝酸菌的生長而不抑制亞硝酸菌的方法，來實現(xiàn)短程硝化反硝化過程。國內(nèi)的高大文研究表明：只有當(dāng)反應(yīng)器溫度超過28c時，短程硝化反硝化過程才能較穩(wěn)定地進(jìn)行。2.2 pH的影響pH較低時，水中較多的是氨離子和亞硝酸，這有利于硝化過程的進(jìn)行，此時無亞硝酸鹽的積累；而當(dāng)pH較高時，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。pH對游離氨濃度也產(chǎn)生影響，進(jìn)而也會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)均是好氧過程，而亞硝酸菌和硝酸菌又存在動力學(xué)特征的差異：低DO條件下亞硝酸菌對DO的親和力比硝酸菌強(qiáng)?？梢酝ㄟ^控制DO使硝化過程只進(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，因此可以通過控制

11、HRT使泥齡在亞硝酸菌和硝酸菌的最小停留時間之間，使亞硝酸菌成為優(yōu)勢菌種，逐步淘汰硝酸菌。二、同步硝化反硝化1、簡介根據(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階段，硝化和反硝化兩個過程需要在兩個隔離的反應(yīng)器中進(jìn)行，或者在時間或空間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個反應(yīng)器中；實際上，較早的時期，在一些沒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)生在同樣的處理條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)。對于各種處理工藝中出現(xiàn)的SND現(xiàn)象已有大量的報道，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)對于僅由一個反應(yīng)池組成的序批示反應(yīng)器來講，SND能夠降低實現(xiàn)硝化-反硝化所需的時間；(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主要是通過曝氣設(shè)備的充氧而獲得，無論何種曝氣裝置都無法使反應(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)勢環(huán)境，造成了事實上硝化和反硝化作用的同時進(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，主要進(jìn)行硝化反應(yīng)，內(nèi)層為異樣反硝化菌占優(yōu)勢，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，好氧反硝化菌和異樣硝化菌的存在已經(jīng)得到了證實。2.4、 硝化反硝化影響因素實現(xiàn)SND的關(guān)鍵在于對硝化反硝化菌的培養(yǎng)和控制，目前國內(nèi)外研究認(rèn)為對影響硝化反硝化菌的因素如下。3.1、 溶解氧DO的影響對同步硝化反硝化至關(guān)重要，研究表明，通過控制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)碳源對整個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