AO生化地硝化与反硝化原理及控制全参数

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1、wordA/O 生化处理工艺的硝化和反硝化控制天道酬勤1、根本原理本系统生化处理段采用缺氧/好氧(A/0)工艺，A/0工艺通常是在常规的好 氧活性污泥法处理系统前，增加一段缺氧生物处理过程。在好氧段，好氧微生 物氧化分解污水中的 BOD ，同时进展硝化反响，有机氮和氨氮在好氧段转化为5 硝化氮并回流到缺氧段，其中的反硝化细菌利用氧化态氮和污水中的有机碳进 展反硝化反响，使化合态氮变成分子态氮，同时获得同时去碳和脱氮的效果。 这里着重介绍生物脱氮原理。1) 生物脱氮的根本原理传统的生物脱氮机理认为：脱氮过程一般包括氨化、硝化和反硝化三个过 程。 氨化(Ammonification):废水中的含氮

2、有机物，在生物处理过程中被好 氧或厌氧异养型微生物氧化分解为氨氮的过程； 硝化(Nitrification)：废水中的氨氮在硝化菌好氧自养型微生物的作用下被转化为NO -和NO -的过程；23 反硝化(De nitrificatio n):废水中的NO -和NO -在缺氧条件下以与反硝23 化菌(兼性异养型细菌)的作用下被复原为 N 的过程。2在反硝化菌的作用下，少局部亚硝酸与硝酸盐氮同化为有机氮化物，成为菌体，大局部异化为气态7075%。1 / 13word其中硝化反响分为两步进展：亚硝化和硝化。2、硝化菌对环境的变化很敏感，它所需要的环境条件主要包括以下几方面：(1) 好氧条件，D0$1m

3、g/l,并保持一定碱度，适宜的PH值为7.58.5，当 pH值低于7.0时，硝化反响会受到抑制，但是当pH低于一定值后，硝化反响 就会被抑制而停止，所以说如果废水pH由高到低，且pH小于6.5时就可以 排除硝化反响导致的pH值降低。(2) 有机物含量不宜过高，污泥负荷Wd,因为硝化菌是自养菌，有 机基质浓度高，将使异氧菌快速增殖而成为优势。(3) 适宜温度2030C。(4)硝化菌在反响器中的停留时间必须大于最小世代时间。抑制浓度尽可能的低，除重金属外，抑制硝化菌的物质还 有高浓度有机基质，高浓度氨氮、NOx-N以与络合阳离子。(6)硝化过程NH3-N耗于异化氧化和同化的经典公式NH4+- 5H

4、7NO22CO32O因此明确，去除1gNH3-N约：耗去；生成细胞干物质； 减少碱度；耗去无机碳碳酸钠能提供无机碳源。硝化反响过程方程式如下所示： 亚硝化反响：NH + TNO -+H O+2H+4 222 硝化反响：NO-TNO-2 23 总的硝化反响：NH +2O TNO -+H O+2H+42322 / 133、反硝化反响的适宜条件：(1) 最适宜的PH值为78。PH高于8或低于6,反硝化速率将大为降低。(2) 反硝化菌需要缺氧、好氧合成酶系统)条件交替存在，系统DOW(3) 最适宜温度为2040 C，低于15C，反硝化反响速率降低。(4) (4)BOD/TN$35。反硝化菌是异氧兼性厌

5、氧菌，可作为其碳源的有机物较 多.反硝化过程 NO3CONO222O+HCO3-因此明确：每1gNO3-N 新细胞产生3.57g 碱度5在20C情况下，反硝化速率可取0.030.06gN03N/(gMLVSS d);对于没有外来碳源的后置反硝化系统，反硝化速率可取0.03gNO3N/(gMLVSS ).反硝化反响过程分三步进展，反响方程式如下所示(以甲醇为电子供体为例)：第一步：6NO-十 2CHOHT6NO-十 2CO 十 4H O3 3222第二步：6NO-十 3CHOHT3N 十 3CO 十 3H O 十 60H-2 3222第三步：6NO -+5CH OH 一 5CO +3N +7H

6、O+6OH-3 32224、本系统脱氮原理针对本系统生化工艺段而言，除了上述脱氮原理外，还糅合了短程硝化-反硝化，即氨氮在0池中未被完全硝化生成N0-,而是生成了大量的NO-N,但32在A池NO-同样被作为受氢体而进展脱氮上述第二步可知再者在A池NO-22 同样也可和NH+进展脱氮，即短程硝化-厌氧氨氧化，其表示为：NH+N0-T4 4 2N +2H O。22因此针对本系统而言，A/0工艺如在进水水质以与系统控制参数稳定的条 件下也可达到理想的出水效果。5、工艺特征A/O 脱氮工艺主要特征是：将脱氮池设置在去碳硝化过程的前端，一方面 使脱氮过程能直接利用进水中的有机碳源而可以省去外加碳源；另一

7、方面，如 此通过消化池混合液的回流而使其中的NO-在脱氮池中进展反硝化，且利用了3 短程硝化-反硝化以与短程硝化-厌氧氨氧化等工艺特点。因此工艺回流比的控 制是较为重要的，因为如回流比过低，如此将导致脱氮池中BOD/NO-过高，从 而是反硝化菌无足够的 NO -或 NO -作电子受体而影响反硝化速率，如回流比过32高，如此将导致BOD /NO -或BOD /NO -等过低，同样将因反硝化菌得不到足够的 碳源作电子供体而抑制反硝化菌的生长。A/O 工艺中因只有一个污泥回流系统，因而使好氧异养菌、反硝化菌和硝 化菌都处于缺氧/好氧交替的环境中，这样构成的一种混合菌群系统，可使不同 菌属在不同的条件

8、下充分发挥它们的优势。将反硝化过程前置的另一个优点是 可以借助于反硝化过程中产生的碱度来实现对硝化过程中对碱度消耗的部补充 作用。图2.3所示为A/O脱氮工艺的特性曲线。由图可见，在脱氮反响池（A段） 中，进入脱氮池的废水中的 COD、BOD 和氨氮的浓度在反硝化菌的作用下均有5所下降（COD和BOD的下降是由反硝化菌在反硝化反过程中对碳源的利用所致），5而氨氮的下降如此是由反硝化菌的微生物细胞合成作用以与短程硝化 -厌氧氨氧化所致），NO-的浓度如此因反硝化作用而有大幅度下降；在硝化反响池（O段）3中，随硝化作用的进展，NO-的浓度快速上升，而通过循环大比例的回流，反硝3化段的NO -N含量

9、通过反硝化菌的作用明显下降，COD和BOD如此在异养菌的35作用下不断下降。氨氮浓度的下降速率并不与NO-浓度的上升相适应，这主要3是由于异养菌对有机物的氨化而产生的补偿作用造成的。（3）溶解氧 氧对反硝化脱氮有抑制作用。一般在反硝化反响器溶解氧应控制在0.5mg/L以下（活性污泥法）或1mg/L以下（生物膜法）；（4）BOD负荷 硝化菌是一类自养型菌，而BOD氧化菌是异养型菌。假如BOD5负 荷过高，会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖，从而佼白养型的硝化菌得不 到优势，结果降低了硝化速率。所以为要充分进展硝化，BOD5负荷应维持在 O.3kg（BOD5）/kg（SS）.d 以下。（3）污泥停

10、留时间 硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为 =0.3 0.5d-1（温度20C, pH8.08.4）。为了维持池一定量的硝化菌群，污泥停留时 间 必须大于硝化菌的最小世代时间。在实际运行中，一般应取2 ；6、碳酸钠与氢氧化钠在硝化中投加的区别 绝对是碳酸钠好！第一，用氢氧化钠调pH,pH波动很大，对微生物的活性影响 很严重，用碳酸钠，不仅调节了 pH,而且pH波动程度远小于氢氧化钠，在混 合液中可以形成缓冲对，应对pH的波动，最重要的是！碳酸钠可以提供硝化反 响所需的无机碳源！这是选择碳酸钠的最最主要的原因！pH和碱度绝对不是一个概念,pH和氢离子有关，碱度和碳酸根或碳酸氢根有关! pH

11、 一直保持在7-8.5之间，碱度不一定充足，这才导致我们监测水质指标时， 不仅要监测pH值，还需要用滴定法测碱度！例如：超纯水的pH值约在7左右，但是它碱度是0,所以pH和碱度无直接关 系，调碱度的时候，因为碳酸根的水解，会生成氢氧根，导致pH变化。图2.3 A/0脱氮工艺的特性曲线与传统的生物脱氮工艺相比，A/0系统不必投加外碳源，可充分利用原污 水中的有机物作碳源进展反硝化，同时达到降低BOD和脱氮的目的；A/O系统5中缺氧反硝化段设在好氧硝化段之前，因而当原水中碱度不足时，可利用反硝 化过程中产生的碱度来补充硝化过程中对碱度的消耗。此外，A/O工艺中只有 一个污泥回流系统，混合菌群交替处

12、于缺氧和好氧状态与有机物浓度高和低的 条件，有利于改善污泥的沉降性能与控制污泥的膨胀。生物脱氮反响过程各项 生物反响特征见表2.2所示。表 2.2 生物脱氮反响过程中各项生物反响特征参考值生化反响类型去除有机物硝化反硝化亚硝化硝化微生物好氧菌与兼氧菌亚硝化细菌自养型菌硝化细菌自养型菌兼性菌 异养型菌能源有机物化能化能有机物氧源(受氢体)O2O2O2NO-、NO-32溶解氧/mg L-i121212碱度无变化氧化ImgNH3无变化复原 ImgNO -N/NO32耗氧分解1mg有机 物(BOD)需氧52mg氧化ImgNH -N需氧3氧化ImgNO -N 需2分解1mg有机物(COD)需 NO -N

13、20.58mg, NO3最适pH值78最适水温/C152530303437增殖速度/d-1分解速度/mg70870B0D/(gMLSS h)7mgNH -N/(gMLSS 3h)28mgNO -N/(gMLSS h)3根据废水的脱氮水质、处理目标、出水要求，选择A/0脱氮工艺时，其参数一般也有所不同。通常情况下，可以按照表2.3选用各参数。表2.3 A/0法工艺参数参考值工艺参数变化围1.回流比污泥回流比(R)硝化混合液回流比(r)一般R控制在30%100%一般r控制在200%400%,过高时动力消耗大2.泥龄(SRT)一般情况下，SRT810d，有时甚至长达30d以上3.污泥质量浓度(MLS

14、S)一般 A 池控制在 40005000mg/L ; 0 池控制在30004000mg/L 为宜4.水温应在530C围，低于15C时硝化和反硝化效果明显降低5. pH 值6.碳氮比(BOD/TN)BOD /TN 一般应大于5,当小于3时需补加有机碳源，如5甲醇、醋酸、丙酮等易于被生物降解的含碳有机物7.碳磷比(BOD/TP)一般BOD/TP应大于18.溶解氧(DO)9. BOD负荷一般在 0020 6kgB0D/(kgMLSS d)I10.总氮负荷一般在 0. 0201kgTN/(kgMLSS d)7、影响因素与控制条件1) 硝化反响主要影响因素与控制要求 好氧条件，并保持一定的碱度。氧是硝化反响的电子受体，硝化池溶解 氧的上下，必将影响硝化反响的进程，溶解氧质量浓度一般维持在 23mg/L， 不得低于1mg/L，当溶解氧质量浓度低于0.50.7mg/L时，氨的硝态反响将受 到抑制。硝化菌对pH值的变化十分敏感，为保持适宜pH值，废水应保持足够的碱 度以调节pH值的变化，对硝化菌的适宜pH值为8.08.4。 混合液中有机物含量不宜过高，否如此硝化菌难成为优势菌种。 硝化反响的适宜温度是2035C。当温度在535C