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1、 江苏环境科技 199S年第 4期 A/0生物脱氮工艺的设计计算 X沈 陈 季 华 C中国纺织大学菸境科学与工程系上海 200051) 摘要论述了生物脱氮的基本原理及 A/0脱氮工艺的特点 ,讨论了 A/0完全混合污泥法工艺 中好氧池容积、缺氧池容积及需氧量的设计计算公式。 关键词生物脱氮硝化反硝化泥龄比生长速率反硝化速率 生活污水及含氮工业废水经过 NKT +2 2 献 + 2H+ + H20 性污泥法处理仅能有效地降低含碳有机物和 悬浮固体的浓度，而对氮的去除率较低。这样 的处理出水中氮的浓度较髙，若直接排人江河 湖泊，会造成水体富营养化 .使某些藻类恶性 繁殖，甚至会引起水体黑臭，对人类
2、产生毒害 作用。 A/0生物处理工艺采用废水中的含碳 有机物为碳源，能有效地同时去除 BOD和氮， 在废水处理领域中得到了广泛深人的研究和 应用。 由上述反应式计算可知，将 lg氨氮氧化 为硝酸氮需 4,57g氧，并消耗 7.14g碱度（以 CaCOj计）。另外硝化过程产生酸度，对于碱 度坻和氨氮浓度高的废水必须外加碱以维持 硝化作用所适宜的 pH值。硝化作用的最佳 pH值范围为 8,08.4C 反硝化作用是反硝化菌以有机碳为碳源， 将硝酸氮还 原成氮气而逸人空气中。反硝化 细菌是兼性异氧菌。反应式为： 1 A/0生物脱氮工艺 1,1生物脱氮的原理 污水中的氮主要以有机氮或氨氮 （ NHj -
3、 N)形式存在。有机氮可通过细菌分解和水解 转化成氨氮。生物脱氮的基本原理是先通过 硝化将氨氮氧化成硝酸氮 （ NOf-N),再通过 反硝化作用将硝酸氮还原成氮气 （ N2)从水中 逸出。 硝化作用包括两个步骤，第一步是通过亚 硝酸菌的作用将氨氮氧化为亚硝酸氮 (NCV - N),第二步是通过硝酸菌的作用将亚硝酸氮 进一步氧化为硝酸氮。进行硝化作用的两类 细菌都是革兰氏阴性无牙孢杆菌，并为严格好 氧的专性化能自养菌 t反应式如下 : NHT + J.5 0： NOf +0.5 02 总反应式为： 1钔化阽 N02- +2H+ +H20 钔化芮 NOf5C(有机 )+ 4N0f + 2H20 .
4、反奶 -化气 2N: + 5C 2t +40H- 由上述反应式计算可知，每还原 lg硝酸 氮可提供 3,74g碱度（以 CaCOj计 ） 。 另外欲 去除 4个硝酸氮必须提供 5个有机碳。 1个 碳氧化成二氧化碳需 2个氧， 5个碳折算成 B0D值为 160(32 x 5 = 160),因此理论上反硝 化池的 B0D与总氮之比必须大于 2.86(32x 5V(14x4) =2.86,这样才能满足反硝化细 菌对碳源的需要 c 反硝化反应应在缺氧条件 下进行，其适宜的pH值为中性或微碱性 c 1.2 A/0生物脱氮工艺特点 A/0工艺中原污水先进人缺氧池 ,再进 & 好氧池，二沉池部分出水和沉淀后
5、的污泥同时 回流到缺氧池，使缺氧池既能从原污水中得到 充足的有机碳源，又能从回流液中得到大量的 硝酸氮 ,从而进行反硝化作用。其流程如图 1 1998年第 4期 江苏环境 科技 9 所示。 回流水 H 进水 硝化菌泥龄 ,d。 10 江苏环境科技 1998年第 4期 对于 A/0生物脱氮系统，由于自养硝化 菌的世代生长期较长，为了保证生长速率较慢 的硝化菌不致从系统中流失，应根据所需的硝 化速率或出水氨氮浓度去确定反应器的设计 泥龄。 设硝化效率为 Et则： W - Nf N NH4+-N0 () 式中 ： NHT - N； UNH4+ - N, 进、出水的氨 M 浓度 （ mfi/L)c f
6、t完全混合活性污泥法反应器中，氨氨浓 度和流出中的相同。故山式 (3)和式 (4)可得： K,N+(I-En)NHT -Nfl (NU(I-EN)NH; -Nn U 在上式中，当 EN已知时，即可将它代人并 计算确定（ 0。 。从而可由下式求底物 （ BOD) 利用比速率 cp q： ) 又， q: 所以： 0: 故： V=Q-0: Y (6) s -se ex (7) - Se qX Q(S0-SJ qX (8) 式中 :(?_废水设计流量 ,m3/d; SP, S_进水、出水底物浓度 ， mg BOD5 / L; 一底物 （ BOD5)利用比速率， cT1; X 好氧池中微生物浓度 ,mg
7、VSS/L: 6 根据去除 BOD要求的好氧池水力停 留时间， d。 上式计算所得的反应器容积，是按去碳 (B0D)计算所得，还应按硝化的要求进行核 算，所得反应器容积与之比较，从中选择大者 作为设计容枳 c 设氨氮氧化 (硝化 ） 速率为则 : dN_ N -N,)-NHi+ -Nf di =0N 又 ， 0-v =专 所以： dN dt NH； -N0-NH4+ -N, q_N Xu Q|NH4+ -N0-NH4+ -NJ = XNVN 从而可得： (10) VN = QNH4+ -N0- NHT -NU XxqN C i i ) 又 （ :丄 ） 、 =YNCJN， = 式（丨 i)得：
8、 (卩 ): YN ， （ ） 、 二 N ，代人 Vv (12) (9r)NVyQiNHJ -NU-NH/ - Nf XN 式中： VN_按硝化要求的好氧池容积 ,m3; XN_反应器中硝化菌浓度 ,mg_VSS/d; 氨氮 (NHT -N)利用比速率， d-1; 0N_根据硝化要求的好氧池水力停留时 间， d-1; YN 硝化菌产率系数， mgVSS(硝化菌 )/ 叫 (呢-N)。 2.3缺氧池容积计算 缺氧池容积可根据反硝化速率和需要去 除的硝酸氮的量计算。 Vr Q，（ Nf-N。） /dN-. y, (14) 式中： VDN 反硝化池容积 ,nv3; CT 反硝化池废水设计流量 ,m
9、3/d; NNe_反硝化池流人、流出硝酸氮 （ N03_ -N)浓度， mg/L; X 反硝化池中微生物（反硝化菌）浓度 . 般为】 000 2 000 mg. VSS/L; (f )m 反硝化速率 ,mg(NQr -N)/(L*d): 可采用经验数据或通过试验确定 c 2.4需氧量的计算 1998年第 4期 江苏环境科技 11 A/0生物脱氮工艺污泥龄较长，负荷较 低，可以假定除了用于合成的那部分有机物以 外，都被氧化。同样，除了用于合成的那一部 分氮外，所有的氮也都被氧化。进水中的有机 碳 (BOD)有一部分在缺氧池中被反硝化细菌 利用，这样减少了需氧量。由硝化反应式可知 I BOD试验时
10、间 ， t = 5d; P, 剩余污泥排放量， kg/d; 胃一污泥中挥发性固体所占的比例 : TKN。 一进水凯氏氮浓度 ,mg/L; TKN,.一出水凯氏氣浓度， mg/Lc 4个 NH； 氧化成 NOf，需耗去 8个又由反 硝化反应式可知 4个 NOf还原成 2个 N2，可 使 5个有机碳氧化成 C02，相当于耗去 5个 2。故在反硝化时氧的回收率为 5/8,即反硝 化过程回收的氧量为硝化过程消耗的氧量的 0.625倍。因此整个系统需氧量为： 需氧量 =去除的 B0D-剩余污泥的 B0D +去除的氨氮的需氧量 -剩余污泥中氣 i氮的 需氧量 -反硝化过程获的氧 1 即： 0： = Q(s
11、0 - SJ I _ Q-k -1.42P,(-) +4.57Q- (TKNo-THNe)(l-0.625Y777)- 0.56P(-)C15) 式中 ： i 需氧量 kg/d; Q一处理水量 ,mVd; S一原水 BODyg/L 出水 BOD5,6/U K一 BOD的分解速度常数， d 1; 2.5投加碱量的计算 在生物脱氮系统中，硝化 lg氨氮要消耗 7.14g碱度（以 CaC03计 ） ， 而还原 p硝酝氮 R 能提供 3.57g碱度（以 CaCOj计 )， 因此、为厂 保持好氧池和缺氧池合适的 PH值，需要根据 原水碱度、原水凯氏E浓度、硝化率、脱氪率的 计算决定是否需要添加喊剂。 参
12、考文献 1徐亚司 .废水中氣磷的处理 .上海：华东师 范大学出版社 2秦麟源 .废水生物处理 .上海：同济大学出 版社 3钱易，米祥友 .现代废水处理技术 .中国 建筑工业出版社 4 程 晓 如 ，杨 开 . 设计 A/0生物脱氮工艺 应注意的几个问題 .环境与开发， 1996, 11 (4)： 1-4 (收穑日期： 1998 - 06-10) 利用楦物生态治理污染土壤 污染土壤的治理通常费时费工。日本北海道工业技术研究所探索利用植物生态系统来净化 被四氣乙烯和农药等污染的土壤。利用植物自身放出的物质和植物共生的微生物作用使土壤中 有害物质无害化 c 理想的植物是杨柳，紫苜蓿等成长率快和微生物有共生关系的植物 c 南京洪蔚译自资滬环境对策 1998,34(5)