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清泉知识课堂-污水处理反硝化中外部碳源投加量简易计算方法

       多段活性污泥法脱氮工艺将氧化去除BOD5、硝化、反硝化分别在几段反应池中单独进行。先氧化去除BOD5,再进行硝化反应,最后进行反硝化反应。每一段有自己单独的反应池和沉淀池,有单独的回流污泥和菌种,功能单一,便于调节到最佳工况,获得最高的反应速率。但其构筑物多,投资大,污水中的碳源不能利用于脱氮,药耗、能耗大,运行费用高,所以逐渐被单段活性污泥法脱氮工艺所取代。

       多段活性污泥法甲醇投量计算公式为:

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这个计算式存在以下局限性:

(1)式(1)中的系数2.47和1.53(以COD表示时为3.7和2.3)是根据反硝化反应式理论计算得出,见式(2)、式(3),而在实际污水处理过程中,情况要复杂得多,不仅污水中有很多对反硝化有利和不利的物质,同时工艺过程也受工程环境条件的限制,很难达到理想的反应条件,这种理论和工程实践的差异如果不予考虑,将会造成较大的误差。

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(2)式(1)是在多段活性污泥法脱氮流程中得出的,而当前的主流工艺是单段活性污泥脱氮工艺,其生态系统更为复杂,影响因素更多,如果生搬硬套多段活性污泥脱氮工艺的数据,也会出现明显的误差。

(3)式(1)中有需要反硝化的硝态氮浓度[NO3-N]和亚硝态氮浓度[NO2-N]两个参数对于多段活性污泥脱氮工艺来说,可以通过监测反硝化池进水中的NO3-N和NO2-N得到。但对于单段活性污泥脱氮系统来说,情况就要复杂得多。如果测量前置缺氧池进水中的NO3-N和NO2-N,代入式(1)中得到的不仅是外部碳源,还包含原污水中的内部碳源,计算起来相当麻烦,很难操作。

式(1)的局限性使其很难应用于单段活性污泥脱氮工艺实际工程。为此本文参照德国ATV标准,修正式(1)的局限性,推荐一种适用于单段活性污泥脱氮流程的外加碳源简易计算方法。

推荐外部碳源投加量简易计算方法

统一的计算式为:

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式(4)的主要修正表现在:

(1)将式(1)中的甲醇量改用COD表示,这样有利于计算各种外加碳源量。当前使用的外部碳源除甲醇外,还有乙酸、乙酸钠、葡萄糖等。甲醇最经济,但属于易燃易爆的危险化学药品,适用于长期使用且用量大的污水处理厂,偶尔使用或用量较小时,宜采用其他较安全的碳源。

常用的外部碳源参数值见表1

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(2)对式(1)中的系数值2.47(以COD表示为3.7)进行修正,把理论计算值修正为实际工程检验后的数值。德国ATV标准是针对单段活性污泥法污水处理厂设计的指导性文件,其中规定反硝化1kgNO-3-N需投加外部碳源(以COD计)5kg,(相当于甲醇3.33kg),这是从大量工程实践中得出的经验值,应该更接近实际情况。

(3)所有反硝化的氮均按硝态氮计算,忽略亚硝态氮的积累,从而简化计算。生物脱氮工艺处于稳态运行时,系统中不会产生亚硝酸盐积累,通常在反应池中亚硝酸盐浓度很低,往往可以忽略不计。只有在特殊情况下,系统按短程硝化反硝化运行时,才需要考虑亚硝酸盐的积累,一般情况下不予考虑。

(4)反硝化池中溶解氧很低,所需要的碳源量极少,可以忽略不计,以简化计算。如A/O工艺的A池通常控制DO<0.5mg/L,所需的外加碳源量为0.5×0.87×1.5=0.65[(COD)mg/L],只相当于0.13mg/L氮所需的外加碳源量,比检测和计算误差还小,省去该项对结果基本无影响。

需用外部碳源反硝化去除的氮量计算


1、已经运行的污水处理厂

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2、设计中的污水处理厂

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图1中氮平衡是将整个系统看成一个封闭系统,进入这个系统的氮等于排出这个系统的氮,质量守恒,而系统内的内回流因为不涉及进出系统,所以一概不考虑,从而简化计算。同化作用进入污泥中的氮按BOD5去除量的5%计,即0.05(Si-Se),Si、Se分别为进水和出水的BOD5浓度。

进水总氮和出水总氮均包括各种形态的氮。进水总氮主要是氨氮和有机氮,出水总氮主要是硝态氮和有机氮反硝化作用去除的氮与反硝化工艺缺氧池容大小和进水BOD5 浓度有关。

德国ATV-A131E中提出了反硝化设计参数的概念,将其定义为反硝化的硝态氮浓度与进水BOD5 浓度之比,表示为Kde(kgNO-3—N/kgBOD5),由此可算出反硝化去除的硝态氮[NO-3-N]=KdeSi。从理论上讲,消耗2.86kgBOD5可反硝化1kg硝态氮,即Kde=1/2.86=0.35(kgNO-3—N/kgBOD5),但在实际工程中,进入缺氧池的BOD5不可能都被反硝化菌利用,能被利用的只有几分之一,实际Kde远小于0.35。

ATV-A131E标准通过总结实际工程的数据,提出了可实际应用的反硝化设计参数表,见表2。

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将上述各项代入图1的氮平衡方程,可表示为:

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