污水生物硝化处理工艺与生物滤池硝化需碱量计算方法

一、【实例计算】如前所述，硝化反应中每消耗 1g 氨氮要消 耗碱度 7.14g。一般污水尤其是工业污水对于硝化反应来说，碱度往 往是不够的，因此应投加必要的碱量以维持适宜的 pH 值，保证硝化 反应的正常进行。

　　某处理厂采用曝气生物滤池处理工艺，日处理污水 10 000m3/d。

　　二级来水水中：BOD5=18mg/L(18g/m3=0.018kg/m3)，NH3-N=35mg/L，碱度 ALKw=210mg/L。欲使出水 BOD5 <5mg/L，NH3-N<5mg/L。

　　试核算该硝化系统的碱度，如果碱度不足，试计算投碱量。

　　解：ALKw =0.21×104=2100kg/d 进水碱度 210mg/L

　　ALKc =(0.018-0.005)×104×0.1=13kg/d

　　BOD5=18mg/L 降解每克 BOD5 产碱 0.1g 计算

　　ALKN = (0.035 - 0.005)×104×7.14 = 2142 kg/d 按

　　1kgNH3-N 消耗 7.14kg 碱计算

　　ALKE =0.05×104=500 kg/d 按曝

　　气池排出液中剩余 50mg/L 碱度计算。

　　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，该硝化系统内碱源不足。如果不外加碱源，pH 将降低， 抑制硝化进行，出水 NH3-N 超标。如果外加碱源，则投碱量为：

　　ΔALK=2642—2113=529 kg/d≈529 kg/d÷40kg/袋 ≈13 袋/天÷3 个班≈4 袋/班即每天需向来水中投加碱源 529kg，具体可根据纯碱的有效成 分，换算出纯碱的投加量。

　　二级来水再生处理加碱量

　　二级来水加碱应根据 NH3-N 含量投加： NH3-N 含量在 35mg/L左右时按 315 L/h 投加

　　NH3-N 含量在 30mg/L 左右时按 270 L/h 投加

　　NH3-N 含量在 25mg/L 左右时按 225 L/h 投加

　　各班人员应该经常检查 NH3-N 含量和纯碱投加量

　　二、影响硝化的重要因素

　　1、pH 和碱度对硝化的影响

　　pH 值酸碱度是影响硝化作用的重要因素。硝化细菌对 pH 反应 很敏感，在 pH 中性或微碱性条件下(pH 为 8～9 的范围内)，其生 物活性最强，硝化过程迅速。

　　当 pH>9.6 或<6.0 时，硝化菌的生物活性将受到抑制并趋于停止。

　　若 pH>9.6 时，虽然 NH4+转化为 NO2-和 NO3 —的过程仍然异常迅速，但是从 NH4 的电离平衡关系可知，NH3 的浓度会迅速增加。由于硝化菌对 NH3 极敏感，结果会影响到硝化作用速率。

　　在酸性条件下，当 pH<7.0 时硝化作用速度减慢， pH<6.5 硝化作用速度显著减慢，硝化速率将明显下降。pH<5.0 时硝化作用 速率接近零。

　　pH 下降的原因

　　pH 下降的原因可能有两个，一是进水中有强酸排入，导致人 流污水 pH 降低，因而混合液的 pH 也随之降低。

　　由硝化方程式可知，随着 NH 3-N 被转化成 NO3—N，会产生部分矿化酸度 H+，这部分酸度将消耗部分碱度，每克 NH 3-N 转化成 NO3—-N约消耗 7.14g 碱度(以 CaC0 3 计)。因而当污水中的碱度不足而 TKN 负荷又较高时，便会耗尽污水中的碱度，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。

　　如果无强酸排人，正常的城市污水应该是偏碱性的，即 pH 一 般都大于 7.0，此时的 pH 则主要取决于人流污水中碱度的大小。

　　所以，在生物硝化反应器中，应尽量控制混合液 pH>7.0，制pH>7.0，是生物硝化系统顺利进行的前提。

　　而要准确控制 pH，pH<6.5 时，则必须向污水中加碱。应进行 碱度核算。

　　2、有机负荷的影响

　　在采用曝气生物滤池工艺进行硝化除氮时，NH4-N 的去除在一 定程度上取决于有机负荷。当有机负荷稍高于 3.0kgBOD/(m3滤料· d) 时，NH3-N 的去除受到抑制;当有机负荷高于 4.0kgBOD/(m3 滤料· d) 时，NH3-N 的去除受到明显抑制。因此采用曝气生物滤池进行同步除 碳和硝化时，必须降低有机负荷。

　　根据上述分析，在采用曝气生物滤池工艺进行针对去除有机物 的工程设计时，首先必须针对处理水类型和排水水质要求选择合适的 BOD 容积负荷，BOD 容积负荷的选取应根据同类型污水处理厂的实际 运行数据加以分析后确定，并在设计时留有一定余量。在采用曝气生 物滤池进行同步除碳和硝化时，必须降低有机负荷，最好使有机负荷 控制在 2.0kgBOD/(m3 滤料· d)以下。

　　三、生物滤池硝化需碱量的计算

　　在硝化过程中需要消耗一定量的碱度，如果污水中没有足够的碱度，硝化反应将导致 pH 值的下降，使反应速率减缓，所以硝化反应要顺利进行就必须使污水中的碱度大于硝化所需的碱度。在实际工程应用中，对于典型的城市污水，进水中 NH 3-N 浓度一般为 20～40mg/L(TKN 约 50～60mg/L)，碱度约 200mg/L(以 Na 2CO3 计)左右。

　　1、一般来说，在硝化反应中每硝化 lgNH 3-N 需要消耗 7.14g碱度，所以硝化过程中需要的碱度量可按下式计算：

　　碱度=7.14×QΔCNH 3-N×10—3 (1)式中：

　　Q 为进入滤池的日平均污水量，m 3/d;

　　ΔCNH3-N 为进出滤池 NH3-N 浓度的差值，mg/L;

　　7.14 为硝化需碱量系数，kg 碱度/kgNH 3-N。

　　2、对于含氨氮浓度较高的工业废水，通常需要补充碱度才能使硝化反应器内的 pH 值维持在 7.2～8.0 之间。计算公式如下：

　　碱度=K×7.14×QΔCNH 3-N×10—3 (2)式中，K 为安全系数，一般为 1.2～1.3。

　　3、实际工程中进行碱度核算应考虑以下几部分：入流污水中

　　的碱度，生物硝化消耗的碱度，分解 BOD 5 产生的碱度，以及混合液中应保持的剩余碱度。要使生物硝化顺利进行，必须满足下式：

　　ALKw+ALKc>ALKN+AlKE (3)如果碱度不足，要使硝化顺利进行，则必须投加纯碱，补充碱 度。投加的碱量可按下式计算：

　　ΔALK=(ALKN+ALKE)—(ALKw+ALKc) (4)式中：ΔALK 为系统应补充的碱度，mg/L;

　　ALKN 为生物硝化消耗的碱量;ALKN 一般按硝化每 kgNH 3-N消耗 7.14kg 碱计算。

　　ALKE 为混合液中应保持的碱量，ALKE 一般按曝气池排出的混合液中剩余 50mg/L 碱度(以 Na2CO3 计)计算。

　　ALKw 为原污水中的总碱量;

　　ALKc 为 BOD5 分解过程中产生的碱量;ALKc 与系统的 SRT 有关系：

　　当 SRT>20d 时，可按降解每千克 BOD5 产碱 0.1kg 计算;

　　当 SRT=10～20d 时，按 0.05kgALK/kgBOD 5;

　　当 SRT<10d 时，按 0.01gALK/kgBOD 5。