污水生物硝化處理工藝與生物濾池硝化需堿量計算方法

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

　　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，試計算投堿量。

　　解：ALKw =0.21×104=2100kg/d 進水堿度 210mg/L

　　ALKc =(0.018-0.005)×104×0.1=13kg/d

　　BOD5=18mg/L 降解每克 BOD5 產堿 0.1g 計算

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

　　1kgNH3-N 消耗 7.14kg 堿計算

　　ALKE =0.05×104=500 kg/d 按曝

　　氣池排出液中剩余 50mg/L 堿度計算。

　　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)內堿源不足。如果不外加堿源，pH 將降低， 抑制硝化進行，出水 NH3-N 超標。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

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

　　NH3-N 含量在 30mg/L 左右時按 270 L/h 投加

　　NH3-N 含量在 25mg/L 左右時按 225 L/h 投加

　　各班人員應該經常檢查 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。硝化細菌對 pH 反應 很敏感，在 pH 中性或微堿性條件下(pH 為 8～9 的范圍內)，其生 物活性最強，硝化過程迅速。

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

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

　　在酸性條件下，當 pH<7.0 時硝化作用速度減慢， 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，一是進水中有強酸排入，導致人 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 被轉化成 NO3—N，會產生部分礦化酸度 H+，這部分酸度將消耗部分堿度，每克 NH 3-N 轉化成 NO3—-N約消耗 7.14g 堿度(以 CaC0 3 計)。因而當污水中的堿度不足而 TKN 負荷又較高時，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。

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

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

　　而要準確控制 pH，pH<6.5 時，則必須向污水中加堿。應進行 堿度核算。

　　2、有機負荷的影響

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

　　根據(jù)上述分析，在采用曝氣生物濾池工藝進行針對去除有機物 的工程設計時，首先必須針對處理水類型和排水水質要求選擇合適的 BOD 容積負荷，BOD 容積負荷的選取應根據(jù)同類型污水處理廠的實際 運行數(shù)據(jù)加以分析后確定，并在設計時留有一定余量。在采用曝氣生 物濾池進行同步除碳和硝化時，必須降低有機負荷，最好使有機負荷 控制在 2.0kgBOD/(m3 濾料· d)以下。

　　三、生物濾池硝化需堿量的計算

　　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，硝化反應將導致 pH 值的下降，使反應速率減緩，所以硝化反應要順利進行就必須使污水中的堿度大于硝化所需的堿度。在實際工程應用中，對于典型的城市污水，進水中 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)左右。

　　1、一般來說，在硝化反應中每硝化 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算：

　　堿度=7.14×QΔCNH 3-N×10—3 (1)式中：

　　Q 為進入濾池的日平均污水量，m 3/d;

　　ΔCNH3-N 為進出濾池 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，通常需要補充堿度才能使硝化反應器內的 pH 值維持在 7.2～8.0 之間。計算公式如下：

　　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、實際工程中進行堿度核算應考慮以下幾部分：入流污水中

　　的堿度，生物硝化消耗的堿度，分解 BOD 5 產生的堿度，以及混合液中應保持的剩余堿度。要使生物硝化順利進行，必須滿足下式：

　　ALKw+ALKc>ALKN+AlKE (3)如果堿度不足，要使硝化順利進行，則必須投加純堿，補充堿 度。投加的堿量可按下式計算：

　　ΔALK=(ALKN+ALKE)—(ALKw+ALKc) (4)式中：ΔALK 為系統(tǒng)應補充的堿度，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 堿計算。

　　ALKE 為混合液中應保持的堿量，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 分解過程中產生的堿量;ALKc 與系統(tǒng)的 SRT 有關系：

　　當 SRT>20d 時，可按降解每千克 BOD5 產堿 0.1kg 計算;

　　當 SRT=10～20d 時，按 0.05kgALK/kgBOD 5;

　　當 SRT<10d 時，按 0.01gALK/kgBOD 5。