污水深度处理的硝化与反硝化 一 。硝化
(1) 微生物：自营养型亚菌(Nitrosmohas) 自营养型菌 〔Nitrobacter〕
(2) 反响： 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
NH4+1.5O2———NO2+H2O+H－ΔE 亚菌 ΔE=278.42kJ NO2+0.5O2———NO3－ΔE
菌 ΔE=278.42kJ NH4+2.0O2——— NO3+H2+2H－ΔE 菌 ΔE=351kJ
研究说明,硝化反响速率主要取决于氨氮转化为亚盐的反响速率。 菌的细胞组织表示为C5H7NO2
55NH4+76O2+109HCO3———C5H7NO2+54NO2+57H2O+104H2Co3 亚菌
400 NO2+ NH4+4 H2Co3+ HCO3+195 O2 ——— C5H7NO2+3 H2O+400 NO3
菌
NH4+1.86 O2+1.98HCO3——— 0.02C5H7NO2+1.04H2O+0.98 NO3+1.88H2Co3 菌
(3) 保证硝化反响正常进展的必要条件： pH 8~9
水温 亚菌反响最正确温度
0C0C
t=35 t>15
DO 2 ~ 3 mg / L > 1.0 mg / 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克菌细胞
(4) 亚菌的增殖速度 t=25C
1 / 7
O
+
--+
--+
--+
-+
-+
+
活性污泥中 µµ
(Nitrosmohas)(Nitrosmohas)
=0.18e
0.116(T-15)
day
Ｏ
–1
=0.322 day
–1
〔20Ｃ〕
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。2 day
(5) 泥龄 SRT 硝化菌的比增长速度μ： μ=0.47e
0.098(T-15 )
–1
[N/(N + 10
0.051T-1.158
)] [O2/( KO+O2)]
N－－－－ 出水氨氮浓度 ㎎/L T －－－－最低温度 15 C O2－－－－好氧区溶解氧浓度 ㎎/L KO－－－－KO=1.3
T＝20 C、O2＝2㎎/L、出水氨氮浓度N＝10㎎/L时，μ=0.433d SRT=1/µ
当 N=5 ㎎/L T=15C O2=2㎎
-1
/L KO=1.3 时, µ=0.28(d) SRT=1/µ =1/0.28(d)=3.6(d)
平安系数取2.5 设计泥龄为9.0(d) 为污泥稳定，取污泥泥龄15(d) (6) 硝化污泥负荷与产泥率
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) 反响： 反硝化反响是指硝化过程中产生的盐或亚盐在反硝化菌的作用下复原成气态氮的过程。反硝化菌是一类化学能异养兼性缺氧型微生物，反响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，利用中的氧作电子受体。其反响：
2 / 7
-1
O
O
-1
O
NO3+1.08CH3OH+0.24H2CO3 ——— 0.056C3H7O2N+0.47N2 +1.68H2O+HCO3
NO2+0.67CH3OH+0.53H2CO3 ———0.04C5H7O2N+0.48N2 +1.23H2O+HCO3 上述反响也可以用下式表达
2NO 2 +3H 2———N 2 +2OH +2H 2O 2NO 3 +5H———N N2O增多。 〔3〕反硝化动力学
上述反响在NO 浓度高于0.1mg/L时为零级反响，反硝化反响速率与NO 浓度上下无关，只与反硝化菌数量有关。
SNe－SNO＝qD N〔ＸＶ〕ｔ SNe ———进水NO3 浓度 mg/L； SNO ———出水NO3 浓度 mg/L；
qD N ———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〕反硝化反响速率
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 qD 1 =0.72×1.2
o
(T－20)
2
+2OH +2H 2O
当废水中碳源缺乏时，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
gNO3 —Ｎ／ｇＶＳＳ·d
T=20C qD 1= 0.72 g NO3 —Ｎ／ｇＶＳＳ·d T=25C qD 1= 1.79 g NO3 —Ｎ／ｇＶＳＳ·d 〔〕 T=30C qD 1= 4.46 g NO3 —Ｎ／ｇＶＳＳ·d T=35C qD 1 = 11.09 g NO3 —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。 qD 2 =0.1×1.04
o
(T－20)
ooo
gNO3 —Ｎ／ｇＶＳＳ·d
T=20C qD 2 =0.104gNO3 —Ｎ／ｇＶＳＳ·d
第三反硝化速率：源代反硝化，5.4mgNO3/L.h,由于外碳源已消耗尽，反硝化菌只能通过源代产物作碳源，反响速率更低。 qD 3 =0.072×1.03
o
(T－20)
gNO3 —Ｎ／ｇＶＳＳ·d
T=20C qD 3 =0.074gNO3 —Ｎ／ｇＶＳＳ·d 综合的反硝化速率约为： 2～8mg NO3 —Ｎ/ｇMLＳＳ·h ②
3 / 7
0.048~0.192kg NO3 —Ｎ/kｇMLＳＳ·d 硝化与反硝化的碱平衡
NH4+1.86O2+1.98HCO ———〔0.0181+0.0025〕C５H７O２N+1.04H２O+0.98NO３+1.88H２CO３ 根据上式每氧化1 mgNH4—N为NO3 —N需消耗碱7.14 mg〔以CaCO3〕 如果没有足够的碱度，硝化反响将导致pH下降，使消化反响减缓。
硝化最正确pH7.0～7.8；亚硝化最正确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，复原1mgNOi—N 生成3.57mg碱度〔以CaCO3〕,消耗2.74 mg甲醇 〔3.7 mgCOD约3.0mgBOD〕，产生0.45 mg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 最正确温度为30C
高于35C，亚硝化菌占优势，硝化菌那么受抑制。 五 溶解氧DO
硝化过程DO一般维持在1.0～2.0 mg/L 每氧化1 mg NH4—N为NO —N需4.57 mg O2
六 有效的硝化和完全的除去盐所允许的最大TKN／COD比值①
当SRT6～20d； T14～25C； 回流比α 0～4； 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 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 活性污泥中硝化菌所占比例 0.35 0.21 0.12 0.086 0.0 0.054 0.043 0.037 0.033 O
O
O
4 / 7
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/1gMLVS Sd 活性污泥浓度 2～3gMLVSS／L或3～5gMLSS
：〔COD总量、 、 〕或〔BOD总量〕、 Bh＝0.24×1.04Ya＝0.45gVSS/gCOD； 选取：RS；
求得：ｍXV 、MXV 、ｍXａ、MXａ； 选取：MLVSS或MLSS； 求得：反响池总容积V。 ：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
: COD2000mg/L, BOD5800mg/L, NH3—N 150mg/L,
33
MLSS11000mg/L, SRT〔RS〕100d, Q150m/h〔3600 m/d〕
5 / 7
t-20
、
求: ｍXV 、MXV 、ｍXａ、MXａ；反响池总容积V。 ｍXａ＝MXａ／MSｔi=〔１－ fUS－ fUP〕Cｒ 〔１－ fUS－ fUP〕=0.97 Cｒ＝YaRS／〔1＋BhRS〕 Bh＝0.24×1.04
t-20
、
Ya＝0.45gVSS/gCOD； RS=100d
Cｒ＝0.45×100／〔1＋0.24×1.04
30－20
×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〔0.168 kgNH3－N/kg硝化菌·d〕
硝化速率=0.017kgNH3—N/kgLMVSS.d
MLVSS=7.0kg/m
氨氮硝化容积负荷=0.017×7＝0.119 kgNH3—N/ m.d
硝化容积Vn=0.15×3600÷0.119=4537.8m
反硝化速率＝0.07kgNO3—N/kgLMVSS·d
反硝化容积负荷＝0.07×7＝0.49 kg NO3—N/ m.d
反硝化容积VDN=0.15×0.8×3600÷0.49 =881.6 m
33
3
3
3
6 / 7
COD容积负荷＝0.838×7＝5.87
去除COD所需容积＝〔2.0－0.150〕3600÷5.87＝1134.6m
3
7 / 7
