污水生物硝化處理工藝與生物濾池硝化需堿量計(jì)算方法

一、【實(shí)例計(jì)算】如前所述，硝化反應(yīng)中每消耗 1g 氨氮要消 耗堿度 7.14g。一般污水尤其是工業(yè)污水對于硝化反應(yīng)來說，堿度往 往是不夠的，因此應(yīng)投加必要的堿量以維持適宜的 pH 值，保證硝化 反應(yīng)的正常進(jìn)行。

　　某處理廠采用曝氣生物濾池處理工藝，日處理污水 10 000m3/d。

　　二級來水水中：BOD5=18mg/L(18g/m3=0.018kg/m3)，NH3-N=35mg/L，堿度 ALKw=210mg/L。欲使出水 BOD5 <5mg/L，NH3-N<5mg/L。

　　試核算該硝化系統(tǒng)的堿度，如果堿度不足，試計(jì)算投堿量。

　　解：ALKw =0.21×104=2100kg/d 進(jìn)水堿度 210mg/L

　　ALKc =(0.018-0.005)×104×0.1=13kg/d

　　BOD5=18mg/L 降解每克 BOD5 產(chǎn)堿 0.1g 計(jì)算

　　ALKN = (0.035 - 0.005)×104×7.14 = 2142 kg/d 按

　　1kgNH3-N 消耗 7.14kg 堿計(jì)算

　　ALKE =0.05×104=500 kg/d 按曝

　　氣池排出液中剩余 50mg/L 堿度計(jì)算。

　　ALKw+ALKc =2100kg/d+13kg/d = 2113kg/d

　　ALKN+ALKE =2142 kg/d+500 kg/d = 2642 kg/d

　　ALKw+ALKc ≯ALKN+ALKE

　　因此，該硝化系統(tǒng)內(nèi)堿源不足。如果不外加堿源，pH 將降低， 抑制硝化進(jìn)行，出水 NH3-N 超標(biāo)。如果外加堿源，則投堿量為：

　　ΔALK=2642—2113=529 kg/d≈529 kg/d÷40kg/袋 ≈13 袋/天÷3 個(gè)班≈4 袋/班即每天需向來水中投加堿源 529kg，具體可根據(jù)純堿的有效成 分，換算出純堿的投加量。

　　二級來水再生處理加堿量

　　二級來水加堿應(yīng)根據(jù) NH3-N 含量投加： NH3-N 含量在 35mg/L左右時(shí)按 315 L/h 投加

　　NH3-N 含量在 30mg/L 左右時(shí)按 270 L/h 投加

　　NH3-N 含量在 25mg/L 左右時(shí)按 225 L/h 投加

　　各班人員應(yīng)該經(jīng)常檢查 NH3-N 含量和純堿投加量

　　二、影響硝化的重要因素

　　1、pH 和堿度對硝化的影響

　　pH 值酸堿度是影響硝化作用的重要因素。硝化細(xì)菌對 pH 反應(yīng) 很敏感，在 pH 中性或微堿性條件下(pH 為 8～9 的范圍內(nèi))，其生 物活性最強(qiáng)，硝化過程迅速。

　　當(dāng) pH>9.6 或<6.0 時(shí)，硝化菌的生物活性將受到抑制并趨于停止。

　　若 pH>9.6 時(shí)，雖然 NH4+轉(zhuǎn)化為 NO2-和 NO3 —的過程仍然異常迅速，但是從 NH4 的電離平衡關(guān)系可知，NH3 的濃度會迅速增加。由于硝化菌對 NH3 極敏感，結(jié)果會影響到硝化作用速率。

　　在酸性條件下，當(dāng) pH<7.0 時(shí)硝化作用速度減慢， pH<6.5 硝化作用速度顯著減慢，硝化速率將明顯下降。pH<5.0 時(shí)硝化作用 速率接近零。

　　pH 下降的原因

　　pH 下降的原因可能有兩個(gè)，一是進(jìn)水中有強(qiáng)酸排入，導(dǎo)致人 流污水 pH 降低，因而混合液的 pH 也隨之降低。

　　由硝化方程式可知，隨著 NH 3-N 被轉(zhuǎn)化成 NO3—N，會產(chǎn)生部分礦化酸度 H+，這部分酸度將消耗部分堿度，每克 NH 3-N 轉(zhuǎn)化成 NO3—-N約消耗 7.14g 堿度(以 CaC0 3 計(jì))。因而當(dāng)污水中的堿度不足而 TKN 負(fù)荷又較高時(shí)，便會耗盡污水中的堿度，使混合液中的 pH 值降低至 7.0以下，使硝化速率降低或受到抑制。

　　如果無強(qiáng)酸排人，正常的城市污水應(yīng)該是偏堿性的，即 pH 一 般都大于 7.0，此時(shí)的 pH 則主要取決于人流污水中堿度的大小。

　　所以，在生物硝化反應(yīng)器中，應(yīng)盡量控制混合液 pH>7.0，制pH>7.0，是生物硝化系統(tǒng)順利進(jìn)行的前提。

　　而要準(zhǔn)確控制 pH，pH<6.5 時(shí)，則必須向污水中加堿。應(yīng)進(jìn)行 堿度核算。

　　2、有機(jī)負(fù)荷的影響

　　在采用曝氣生物濾池工藝進(jìn)行硝化除氮時(shí)，NH4-N 的去除在一 定程度上取決于有機(jī)負(fù)荷。當(dāng)有機(jī)負(fù)荷稍高于 3.0kgBOD/(m3濾料· d) 時(shí)，NH3-N 的去除受到抑制;當(dāng)有機(jī)負(fù)荷高于 4.0kgBOD/(m3 濾料· d) 時(shí)，NH3-N 的去除受到明顯抑制。因此采用曝氣生物濾池進(jìn)行同步除 碳和硝化時(shí)，必須降低有機(jī)負(fù)荷。

　　根據(jù)上述分析，在采用曝氣生物濾池工藝進(jìn)行針對去除有機(jī)物 的工程設(shè)計(jì)時(shí)，首先必須針對處理水類型和排水水質(zhì)要求選擇合適的 BOD 容積負(fù)荷，BOD 容積負(fù)荷的選取應(yīng)根據(jù)同類型污水處理廠的實(shí)際 運(yùn)行數(shù)據(jù)加以分析后確定，并在設(shè)計(jì)時(shí)留有一定余量。在采用曝氣生 物濾池進(jìn)行同步除碳和硝化時(shí)，必須降低有機(jī)負(fù)荷，最好使有機(jī)負(fù)荷 控制在 2.0kgBOD/(m3 濾料· d)以下。

　　三、生物濾池硝化需堿量的計(jì)算

　　在硝化過程中需要消耗一定量的堿度，如果污水中沒有足夠的堿度，硝化反應(yīng)將導(dǎo)致 pH 值的下降，使反應(yīng)速率減緩，所以硝化反應(yīng)要順利進(jìn)行就必須使污水中的堿度大于硝化所需的堿度。在實(shí)際工程應(yīng)用中，對于典型的城市污水，進(jìn)水中 NH 3-N 濃度一般為 20～40mg/L(TKN 約 50～60mg/L)，堿度約 200mg/L(以 Na 2CO3 計(jì))左右。

　　1、一般來說，在硝化反應(yīng)中每硝化 lgNH 3-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(jì)算：

　　堿度=7.14×QΔCNH 3-N×10—3 (1)式中：

　　Q 為進(jìn)入濾池的日平均污水量，m 3/d;

　　ΔCNH3-N 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/kgNH 3-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 值維持在 7.2～8.0 之間。計(jì)算公式如下：

　　堿度=K×7.14×QΔCNH 3-N×10—3 (2)式中，K 為安全系數(shù)，一般為 1.2～1.3。

　　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 BOD 5 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+AlKE (3)如果堿度不足，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：

　　ΔALK=(ALKN+ALKE)—(ALKw+ALKc) (4)式中：ΔALK 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 kgNH 3-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)，可按降解每千克 BOD5 產(chǎn)堿 0.1kg 計(jì)算;

　　當(dāng) SRT=10～20d 時(shí)，按 0.05kgALK/kgBOD 5;

　　當(dāng) SRT<10d 時(shí)，按 0.01gALK/kgBOD 5。