污水生物除磷脱氮工艺设计方法

2023-08-30 理论教育版权反馈

【摘要】：污水生物除磷原理磷通常是以磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷等形式存在于废水中。除磷时，污水中的5日生化需氧量与总磷之比宜大于17。厌氧、缺氧、好氧除磷脱氮工艺设计当需要同时脱氮除磷时，宜采用厌氧、缺氧、好氧法。

1.污水生物除磷脱氮原理

（1）污水生物脱氮原理污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养微生物氧化分解为氨氮（氨化）；由自养型的硝化菌将氨氮转化为NO₃^-和NO₂^-（硝化）；再由反硝化菌将NO₂^-和NO₃^-还原转化为N₃^-（反硝化）。

1）氨化反应：微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称氨化作用。氨化是有机物通过细菌对蛋白质的分解和对尿素的水解转化为氨。

2）硝化反应：氨态氮在好氧条件下进一步被氧化，分两个阶段进行。首先在亚硝化细菌的作用下，氨态氮被氧化为亚硝酸盐；亚硝酸盐在硝化细菌的作用下，进一步被氧化为硝酸盐。

3）反硝化反应：亚硝酸盐和硝酸盐在缺氧条件，在反硝化菌作用下被还原为氮气。

（2）污水生物除磷原理磷通常是以磷酸盐（H₂PO₄^-、HPO²₄^-、PO³₄^-）、聚磷酸盐和有机磷等形式存在于废水中。有一类特殊的细菌———磷细菌，可以过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内，如果从系统中排出这种高磷污泥，以达到除磷的效果。

在好氧条件下，聚磷菌利用废水中的BOD₅或体内贮存的聚β-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。

在厌氧条件下，除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP，并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚β-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。一般在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。

2.污水生物除磷脱氮工艺设计

《室外排水设计规范》（GB 50014—2006）规定，进入生物脱氮、除磷系统的污水，应符合下列要求：

脱氮时，污水中的5日生化需氧量与总凯氏氮之比宜大于4。

除磷时，污水中的5日生化需氧量与总磷之比宜大于17。

同时脱氮、除磷时，宜同时满足前两项的要求。

好氧区（池）剩余总碱度宜大于70mg/L（以CaCO₃计），当进水碱度不能满足上述要求时，应采取增加碱度的措施。

（1）缺氧/好氧脱氮工艺设计当仅需脱氮时，宜采用缺氧/好氧法（A_NO法）。

1）生物反应池的容积按式（2-3-7）计算时，反应池中缺氧区（池）的水力停留时间宜为0.5～3h。

2）生物反应池的容积采用硝化、反硝化动力学计算时，按下列规定计算。

缺氧区（池）容积，可按下列公式计算

K_de（T）=K_de（20）1.08^（T-20）（2-3-9.2）

式中，V_n为缺氧区（池）容积（m³）；Q为生物反应池的设计流量（m³/d）；X为生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度[g（MLSS）/L]；N_k为生物反应池进水总凯氏氮浓度（mg/L）；N_te为生物反应池出水总氮浓度（mg/L）；ΔX_v为排出生物反应池系统的微生物量[kg（MLVSS）/d]；K_de为脱氮速率[kg（NO₃-N）/（kg（MLSS）·d）]，宜根据试验资料确定。无试验资料时，20℃时的K_de值可采用0.03～0.06[kg（NO₃-N）/（kg（MLSS）·d）]，并按式（2-3-9.2）进行温度修正；K_de（T）、K_de（20）分别为T℃和20℃时的脱氮速率；T为设计温度（℃）；Y_t为污泥总产率系数[kg（MLSS）/kg（BOD₅）]，宜根据试验资料确定，无试验资料时，系统有初次沉淀池时取0.3，无初次沉淀池时取0.6～1.0；y为MLSS中MLVSS所占比例；S₀为生物反应池进水5日生化需氧量（mg/L）；S_e为生物反应池进出水5日生化需氧量（mg/L）。

好氧区（池）容积，可按下列规定计算

式中，V₀为好氧区（池）容积（m³）；θ_co为好氧区（池）设计污泥泥龄（d）；F为安全系数，为1.5～3.0；μ为硝化细菌比生长速率（d^-1）；N_a为生物反应池中氨氮浓度（mg/L）；K_n为硝化作用中氮的半速率常数（mg/L）；T为设计温度（℃）；0.47为15℃时，硝化细菌最大比生长速率（d^-1）。