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污水生物硝化處理工藝與生物濾池硝化需堿量計算方法

作者: 2013年07月17日 來源: 瀏覽量:
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一、【實例計算】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)的正常進行。   某處理廠采

一、【實例計算】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(chǎn)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(nèi)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(yīng)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(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,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(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 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(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)。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(yīng)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(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(yīng)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(shè)計時,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 容積負荷,BOD 容積負荷的選取應(yīng)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(shè)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(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(yīng)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(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(yīng)器內(nèi)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(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(yīng)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(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)計算。

  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 SRT>20d 時,可按降解每千克 BOD5 產(chǎn)堿 0.1kg 計算;

  當 SRT=10~20d 時,按 0.05kgALK/kgBOD 5;

  當 SRT<10d 時,按 0.01gALK/kgBOD 5。

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