深度處理技術
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污水處理干貨:你信不信?有份量不?

——掌握更深度的污水處理知識對提升環保水平至關重要 
 
隨著環保政策的日趨嚴格,對氮磷的嚴格要求日益突出,我們如果依舊以去除有機物的思路設計污水處理站,將導致污水處理站難以挖掘生化工藝的潛力,總氮去除效率跟不上,導致后期的重復建設,同時沒能充分利用原有污水處理站的有機物營養,而致使投資運行成本提高。掌握更深度的污水處理知識,對提升環保技能水平、降低投資與運行成本至關重要。
以氮元素為出發點,以去除氮的最終目標的生化系統設計,整理了硝化—反硝化工藝的一些基礎知識和設計原理。同時對短程硝化-反硝化術、厭氧氨氧化技術進行探討。
一、硝化與反硝化基礎知識
廢水中的氮常以合氮有機物、氨、硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在。生物處理把大多數有機氮轉化為氨,然后可進一步轉化為硝酸鹽。
1、硝化與反硝化
() 硝化
在好氧條件下,通過亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌的作用,將氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的過程,稱為生物硝化作用。
反應過程如下:
亞硝酸鹽菌(8-36h)
NH4++3/2O2NO2-+2H++H2O-E  E=278.42KJ
第二步亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽:
硝酸鹽菌(12-59h)
NO2-+1/2ONO3--E  E=278.42KJ
這兩個反應式都是釋放能量的過程,氨氮轉化為硝態氮并不是去除氮而是減少它的需氧量。上訴兩式合起來寫成:
NH4++2O2 NO3-+2H++H2O-E  E=351KJ
綜合氨氧化和細胞體合成反應方程式如下:
NH4++1.83O2+1.98HCO3-0.02C5H7O2N+0.98 NO3-+1.04 H2O+1.88H2CO3
由上式可知:
(1)在硝化過程中,1g氨氮轉化為硝酸鹽氮時需氧4.57g;
(2)硝化過程中釋放出H+,將消耗廢水中的堿度,每氧化lg氨氮,將消耗堿度(CaCO3) 7.lg。
(3)水中BOD不宜過高,20mg/L以下,否則會使增值速率較大的異氧細菌迅速增殖,使自養型的硝化細菌受到排擠,難以形成優勢菌種,使硝化反應難以進行。
影響硝化過程的主要因素有:
(1)pHpH值為8.08.4(20),硝化作用速度最快。
由于硝化過程中pH將下降,當廢水堿度不足時,即需投加石灰,維持pH值在7.5以上;
(2)溫度溫度高時,硝化速度快。亞硝酸鹽菌的最適宜水溫為35℃,在15℃以下其活性急劇降低,故水溫以不低于15℃為宜;
(3)污泥停留時間硝化菌的增殖速度很小,其最大比生長速率為=0.30.5d-1(溫度20℃,pH 8.08.4)。為了維持池內一定量的硝化菌群,污泥停留時間必須大于硝化菌的最小世代時間。在實際運行中,一般應取>2d;
(4)溶解氧氧是生物硝化作用中的電子受體,其濃度太低將不利于硝化反應的進行。一般,在活性污泥法曝氣池中進行硝化,溶解氧應保持在23mg/L以上;
(5)BOD負荷硝化菌是一類自養型菌,而BOD氧化菌是異養型菌。若BOD5負荷過高,會使生長速率較高的異養型菌迅速繁殖,從而使自養型的硝化菌得不到優勢,結果降低了硝化速率。所以為要充分進行硝化,BOD5負荷應維持在0.3kg(BOD5)/kg(SS)·d以下。
() 反硝化
在缺氧條件下,由于兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用,將NO2--NNO3--N還原成N2的過程,稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體(氫供體)是各種各樣的有機底物(碳源)。以甲醇作碳源為例,其反應式為:
6NO3-2CH3OH6NO2-2CO24H2O
6NO2-3CH3OH3N23CO23H2O60H-
綜合反應式為:
6NO3-+5CH3OH5CO2+3N2+7H2O+6OH-
由上可見,在生物反硝化過程中,不僅可使NO2--N、NO3--N被還原,而且還可使有機物氧化分解。
1mg的硝酸鹽氮理論消耗2.87mgBOD5,一般4mgBOD5即可滿足反硝化的需求
影響反硝化的主要因素:
(1)溫度溫度對反硝化的影響比對其它廢水生物處理過程要大些。一般,以維持2040℃為宜?嘣跉鉁剡^低的冬季,可采取增加污泥停留時間、降低負荷等措施,以保持良好的反硝化效果;
(2)pH反硝化過程的pH值控制在7.08.0;
(3)溶解氧氧對反硝化脫氮有抑制作用。一般在反硝化反應器內溶解氧應控制在0.5mg/L以下(活性污泥法)1mg/L以下(生物膜法);
(4)有機碳源當廢水中含足夠的有機碳源,BOD5/TKN>(35)時,可無需外加碳源。當廢水所含的碳、氮比低于這個比值時,就需另外投加有機碳。外加有機碳多采用甲醇?紤]到甲醇對溶解氧的額外消耗,甲醇投量一般為NO3--N3倍。此外,還可利用微生物死亡;自溶后釋放出來的那部分有機碳,即"內碳源",但這要求污泥停留時間長或負荷率低,使微生物處于生長曲線的靜止期或衰亡期,因此池容相應增大。
二、脫氮型工業污水的設計
①設計的觀點
脫氮通常采用脫氮池-硝化池(膜分離池)2池進行;如要求去除率在90%以上或處理出水T-N5mg/L的場合,還需要采用第2脫氮池-再曝氣池(膜分離池)的組合型2段脫氮法。
脫氮池的攪拌應采用帶入氧氣較少的機械式設備。
1級脫氮法
硝化池及脫氮池的容量,根據下表的脫氮速率(標準)和硝化速率決定后,計算出脫氮容積負荷。
脫氮容積負荷(kg-N/(m3/d))=脫氮(硝化)速率(kg-N/(kg-SS/d))×MLSS濃度(kg/m3)
硝化液循環量計算:根據去除率決定
從硝化池到脫氮池的循環比如果為R,硝化液循環量則為RQ,從脫氮池的移送量則為(R+1)Q。這時的最大脫氮率為R/(R+1)×100(%),所以實際上從脫氮率算出R,并決定循環水泵的移送量(R+1)Q。
2級脫氮法
2級脫氮法中第2級脫氮池對NOx的脫氮率可達100%,所以理論上對無機性氮的去除率可以為100%,但是現實情況是膜分離池中有NOx的溶出,所以會有03mg/L左右的余留。
首先需選擇從膜分離池的返送汚泥送到硝化池(流程1) ,還是送到第1脫氮池(流程2)。作為大概值,流入的BOD/N<4時采用流程1,BOD/N4時采用流程2。
另外,有關甲醇的使用量,參照藥液使用量計算公式。
1) 流程1(BOD/N<4)
1級脫氮池中為了節約加碳源量(甲醇等),第1脫氮池的去除氮量為流入BOD5×1/3(mg/L)的數值,剩余的氮量需要在第2級脫氮池去除。根據第1脫氮池的脫氮量計算去除率,決定硝化液循環比(R)。另外根據各池的汚泥濃度設為多少決定返送汚泥比(r)(2-4)。各池的汚泥濃度減小時各水池的容量增大,所以最好返送汚泥比(r)3。
流入BOD幾乎沒有的場合,硝化液循環比設為R1,對第1級及第2級脫氮池注入需要的加碳源量。
各水池容積計算:
1級脫氮池:根據表2-3的脫氮速度(標準)求得氮容積負荷,計算第1級的氮去除量(流入氮量×第1級去除率)。
根據硝化池:硝化速度求得氮容積負荷。這時,考慮為了全量硝化對流入氮量進行計算。
2脫氮池:求得脫氮速度(甲醇醋酸),對第2級的去除對象氮量(流入氮量-1級去除量)進行計算。
膜分離池:為了防止由于汚泥分解造成氮的再偏析,膜分離池容量應為可以設置膜分離裝置的最小容量。
2) 流程2(BOD/N4)
和流程1一樣、根據第1級脫氮池的脫氮量計算去除率決定硝化液循環比(R),因為流入BOD高,所以R4。根據各池的汚泥濃度設為多少決定返送汚泥比(r)(2-4)。各池的汚泥濃度減小時各水池的容量增大、所以最好返送汚泥比(r)3。
和流程1相比第1脫氮池的MLSS可以提高,所以有可以減小水池的優點。
各水池容積計算:
1脫氮池:根據表2-3的脫氮速度(標準)求得氮容積負荷、對第1段的去除對象氮量(R=4的場合流入氮量×4/5)進行計算。
硝化池:根據硝化速度求得氮容積負荷。這時、考慮為了全量硝化對流入氮量進行計算。
2脫氮池:需注入脫氮時所需要的加氫量。池容量是求得脫氮速度(甲醇醋酸)、對第2段的去除對象氮量(流入氮量-1段去除量)進行計算。
膜分離池:為了防止由于汚泥分解造成氮的再偏析、膜分離池容量應為可以設置膜分離裝置的最小容量。
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