污水深度處理的硝化與反硝化

污水深度處理的硝化與反硝化一。硝化(1)微生物：自營養(yǎng)型亞硝酸菌(Nitrosmohas)自營養(yǎng)型硝酸菌（Nitrobacter）(2)反應：城市污水中的氮化物主要是NH3,硝化菌的作用是將NH3—N氧化為NO3—NNH+4+1.5O2———NO2+H2O+H+－ΔE亞硝酸菌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,硝化反應速率主要取決于氨氮轉化為亞硝酸鹽的反應速率。硝酸菌的細胞組織表示為C5H7NO255NH+4+76O2+109HCO-3———C5H7NO2+54NO-2+57H2O+104H2Co3亞硝酸菌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)保證硝化反應正常進行的必要條件：pH8~9水溫亞硝酸菌反應最佳溫度t=350Ct>150CDO2~3mg/L>1.0mg/L硝化1克NH3—N：消耗4。57克O2消耗7。14克堿度（擦CaCo3計）生成0。17克硝酸菌細胞(4)亞硝酸菌的增殖速度t=25OC活性污泥中μ(Nitrosmohas)=0.18e0.116(T-15)day–1μ(Nitrosmohas)=0.322day–1（20ＯＣ）純種培養(yǎng)：μ(Nitrosmohas)=0.41e0.018(T-15)day-1河水中μ(Nitrosmohas)=0.79e0.069(T-15)day-1一般它營養(yǎng)型細菌的比增長速度μ=1。2day–1(5)泥齡SRT硝化菌的比增長速度μ：μ=0.47e0.098(T-15)[N/(N+100.051T-1.158)][O2/(KO+O2)]N－－－－出水氨氮濃度㎎/LT－－－－最低溫度15COO2－－－－好氧區(qū)溶解氧濃度㎎/LKO－－－－KO=1.3T＝20CO、O2＝2㎎/L、出水氨氮濃度N＝10㎎/L時，μ=0.433d-1SRT=1/μ當N=5㎎/LT=15COO2=2㎎/LKO=1.3時,μ=0.28(d-1)SRT=1/μ=1/0.28(d-1)=3.6(d)安全系數取2.5設計泥齡為9.0(d)為污泥穩(wěn)定，取污泥泥齡15(d)(6)硝化污泥負荷及產泥率0.05㎏NH3—N／㎏MLVS·d7mgNH4—N/gVSS·h即0.168kgNH4—N/kgVSS·d②硝化產泥率：亞硝化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：自營養(yǎng)型反硝化菌(以無機鹽為基質)它營養(yǎng)型反硝化菌(以有機物為基質)(2)反應：反硝化反應是指硝化過程中產生的硝酸鹽或亞硝酸鹽在反硝化菌的作用下還原成氣態(tài)氮的過程。反硝化菌是一類化學能異養(yǎng)兼性缺氧型微生物，反應過程中利用有機物為碳源，電子供體提供能量并得到氧化降解，利用硝酸中的氧作電子受體。其反應：NO3+1.08CH3OH+0.24H2CO3———0.056C3H7O2N+0.47N2+1.68H2O+HCO3NO2+0.67CH3OH+0.53H2CO3———0.04C5H7O2N+0.48N2+1.23H2O+HCO3上述反應也可以用下式表達2NO2+3H2———N2+2OH+2H2O2NO3+5H———N2+2OH+2H2O當廢水中碳源不足時，NO的濃度遠遠超過可被利用的氫供體，反硝化生成的N2減少，會使N2O增多。（3）反硝化動力學上述反應在NO濃度高于0.1mg/L時為零級反應，反硝化反應速率與NO濃度高低無關，只與反硝化菌數量有關。SNe－SNO＝qDN（ＸＶ）ｔSNe———進水NO3濃度mg/L；SNO———出水NO3濃度mg/L；qDN———反硝化速率常數ｇNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d；ＸＶ———揮發(fā)性懸浮固體濃度，mg/L；ｔ———停留時間，h。（4）反硝化反應速率第一反硝化速率：初始快速反硝化階段，一般為5～15min，消耗易降解的碳源，約50mgNO3/L.hqD1=0.72×1.2(T－20)gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·dT=20oCqD1=0.72gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·dT=25oCqD1=1.79gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d（）T=30oCqD1=4.46gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·dT=35oCqD1=11.09gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d第二反硝化速率：中速反硝化階段，約16mgNO3/L.h,在此階段易降解的碳源已經耗盡，只能利用顆粒狀和復雜的可緩慢降解的有機物作為碳源。qD2=0.1×1.04(T－20)gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·dT=20oCqD2=0.104gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d第三反硝化速率：內源代謝反硝化，5.4mgNO3/L.h,由于外碳源已消耗盡，反硝化菌只能通過內源代謝產物作碳源，反應速率更低。qD3=0.072×1.03(T－20)gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·dT=20oCqD3=0.074gNO3—Ｎ／ｇＶＳＳ·d綜合的反硝化速率約為：2～8mgNO3—Ｎ/ｇMLＳＳ·h②0.048~0.192kgNO3—Ｎ/kｇMLＳＳ·d硝化及反硝化的堿平衡NH4+1.86O2+1.98HCO———（0.0181+0.0025）C５H７O２N+1.04H２O+0.98NO３+1.88H２CO３根據上式每氧化1mgNH4—N為NO3—N需消耗堿7.14mg（以CaCO3）如果沒有足夠的堿度，硝化反應將導致pH下降，使消化反應減緩。硝化最佳pH7.0～7.8；亞硝化最佳pH7.7～8.1；生物脫氮過程硝化段，pH值一般控制在7.2～8.0之間。反硝化時，還原1mgNOi—N生成3.57mg堿度（以CaCO3）,消耗2.74mg甲醇（3.7mgCOD約3.0mgBOD），產生0.45mg反硝化細菌。實際工程設計K＝ΔCOD／ΔNO—N＝6.3。反硝化的適宜ｐＨ值6.5～7.5；6.0＜適宜ｐＨ值＜8.0。四硝化菌最適宜的溫度最佳溫度為30OC高于35OC，亞硝化菌占優(yōu)勢，硝化菌則受抑制。五溶解氧DO硝化過程DO一般維持在1.0～2.0mg/L每氧化1mgNH4—N為NO—N需4.57mgO2六有效的硝化和完全的除去硝酸鹽所允許的最大TKN／COD比值①當SRT6～20d；T14～25OC；回流比α0～4；S0.5～2時，（Ｎti/Sti）＝最大TKN／COD＝0.15反硝化過程需要有機物：K＝ΔCOD／ΔNO—N＝6.3①廢水的厭氧生物處理265頁賀延齡著活性污泥中硝化菌所占比例與BOD5／TKN的關系：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.活性污泥工藝中的活性污泥量、泥齡RS（SRT）、剩余污泥量（①p260）泥齡RS（SRT）：存在于系統(tǒng)中的污泥量與每日排放污泥量之比。RS＝MXV／MEVRS——泥齡MXV——系統(tǒng)中的污泥量MEV——每日排放污泥量（每日剩余污泥量）系統(tǒng)中的污泥量與泥齡RS等因素的關系ｍXV＝MXV／MSｔiｍXV——系統(tǒng)中的污泥量與每日進入系統(tǒng)的COD總量之比1/ｍXV——污泥有機負荷，gCOD/1gVSS.dMXV——系統(tǒng)中的污泥量,以VSS計。MSｔi——每日進入系統(tǒng)的COD總量。系統(tǒng)中的活性污泥量與每日進入系統(tǒng)的COD總量之比ｍXａ＝MXａ／MSｔi=（１－fUS－fUP）CｒｍXａ——系統(tǒng)中的活性污泥量與每日進入系統(tǒng)的COD總量之比MXａ——系統(tǒng)中的活性污泥量Cｒ——泥齡依賴常數Cｒ＝YaRS／（1＋BhRS）＝MXａ／MSｔi（１－fUS－fUP）（１－fUS－fUP）——進水中可生化降解的COD占總COD的比例1／Cｒ＝每日進入系統(tǒng)的可生化降解的COD總量／系統(tǒng)中的活性污泥量1／Cｒ＝（1＋BhRS）／YaRS1／ｍXａ——活性污泥有機負荷，gCOD/1gMLVSSd活性污泥濃度2～3gMLVSS／L或3～5gMLSS已知：（COD總量、、）或（BOD總量）、Bh＝0.24×1.04t-20、Ya＝0.45gVSS/gCOD；選取：RS；求得：ｍXV、MXV、ｍXａ、MXａ；選?。篗LVSS或MLSS；求得：反應池總容積V。已知：MXV、RS；求得：MEV——每日排放污泥量（每日剩余污泥量）。例題計算: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；反應池總容積V。ｍXａ＝MXａ／MSｔi=（１－fUS－fUP）Cｒ（１－fUS－fUP）=0.97Cｒ＝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=1.193gVSS.d/gCOD1/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.dMLVSS=7.0kg/m3氨氮硝化容積負荷=0.017×7＝0.119kgNH3—N/m3.d硝化容積Vn=0.15×3600÷0.119=4537.8m3反硝化速率＝0.07kgNO3—N/kgLMVSS·d反硝化容積負荷＝0.07×7＝0.49kgNO3—N/m3.d反硝化容積VDN=0.15×0.8×3600÷0.49=881.6m3COD容積負荷＝0.838×7＝5.87去除COD所需容積＝（2.0－0.150）3600÷5.87＝1134.6m3目前常采用的生物脫氮的流程是首先經過硝化過程，然后利用反硝化細菌進行反硝化，將NO三和NO三轉化為N2.N2逸人大氣，完成脫氮過程。根據硝化細菌的特點，影響污水處理系統(tǒng)中硝化過程的主要因素有以下幾點：1、污泥齡硝化菌在各種污水處理系統(tǒng)中雖有存在，但數量不多；加之自養(yǎng)型硝化菌世代時間長，生長速度慢，因此硝化菌數量及硝化速率是生物脫氮處理的關鍵制約因素。除給予適宜的環(huán)境條件外，應注意增加污泥齡，即污泥停留時間（一般要大于20~30d）。2、溶解氧（DO）

DO對硝化菌的生長及活性都有顯著的影響。在DO低于0.5mg/L時，亞硝酸氧化菌的活性受到抑制，而氨氧化菌對低溶解氧的耐受程度高于亞硝酸氧化菌，DO低于0.5mg/L時仍能正常代謝。在活性污泥中，要維持正常的硝化效果，混合液的DO一般應大于2mg/L,而生物膜法則應大于3mg/L.3、溫度溫度對硝化活性有重要的影響。溫度低于12℃，硝化活性明顯下降，30℃時活性最大，溫度超過30℃時，由于酶的變性，活性反而降低。4、pH

氨氧化菌的最適pH范圍為7.O~7.8,而亞硝酸氧化菌的最適pH范圍為7.7~8.10pH值過高或過低都會抑制硝化活性。硝化過程常大量產酸，使pH值降低，運行中應隨時調節(jié)pH值。5、營養(yǎng)物質

污水水質，特別是C/N比影響活性污泥中硝化細菌所占的比例。因硝化菌為自養(yǎng)微生物，生活不需有機質，所以污水中BOD5/TN越小，即BOD5濃度越低硝化菌的比例越大，硝化反應越易進行。在城市污水處理系統(tǒng)中，硝化菌所占比例一般低于0.086,不能滿足硝化作用的需要。氨氮是硝化作用的主要基質，應保持一定濃度。但氨氮濃度大于100~200mg/L時，對硝化反應呈現抑制作用，氨氮濃度越高，抑制程度越大。6、毒物

硝化菌對毒物的敏感度大于一般細菌，大多數重金屬和有機物對硝化菌具有抑制作用。一般來說，氨氧化菌比亞硝酸氧化菌對毒物更敏感。能進行反硝化作用的細菌絕大多數是異養(yǎng)的兼性厭氧菌，它們需利用有機物作為反硝化過程中的電子供體。影響反硝化作用的因素主要有以下幾點：1、營養(yǎng)物質：反硝化作用需要足夠的有機碳源，一般認為污水中的BOD5與總氮之比大于3時，無需外加碳源，即可達到脫氮的目的。低于此值時需要添加碳源。甲醇、乙醇、乙酸、苯甲酸、葡萄糖等都曾被選擇作為碳源，其中利用最多的是甲醇，因為它價廉，而且其氧化分解產物為水和二氧化碳。但