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  • 技術文章

    硝化反硝化反應的技術原理

    2021-10-10 11:14:29  來源:環保水處理
    硝化反應
    在好氧條件下,通過自養型微生物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。
    硝化反應包括亞硝化和硝化兩個步驟:
    反硝化反應
    在缺氧條件下,由于兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用,將NO2--N和NO3--N還原成N2的過程,稱為反硝化。反硝化菌為異養型微生物,在缺氧狀態時,反硝化菌利用硝酸鹽中的氧作為電子受體,以有機物作為電子供體提供能量并被氧化穩定。
    反硝化反應方程式為:

           NO2-+3H(電子供給體-有機物)  →  0.5 N2+H2O+OH-

            NO3-+5H(電子供給體-有機物)  →  0.5 N2+2H2O+OH-
    短程硝化反硝化
     

    短程硝化是指NH3生成亞硝酸根,不再生產硝酸根;而由亞硝酸根直接生成N2,稱為短程反硝化。短程硝化反硝化是指NH3---NO2----N2,即可以從水中氨氮去除的一種工藝。

    影響因素:

     

     

    1、 pH

     

    硝化反應的適宜的pH值為7.0~8.0之間,其中亞硝化菌7.0~7.8時,活性*好;硝化菌在7.7~8.1時活性*好。當pH降到5.5以下,硝化反應幾乎停止。反硝化細菌*適宜的pH值為7.0~7.5之間。考慮到硝化和反硝化兩過程中堿度消耗與產生的相互性,同步硝化與反硝化的*適的pH值應為7.5左右。

     

     

    2、溶解氧(DO)

     

    硝化過程的DO應保持在2~3mg/L,反硝化過程的DO應保持0.2~0.5mg/L。

     

    反應池內溶解氧的高低,必將影響硝化反應的進程,溶解氧質量濃度一般維持在2~3mg/L,不得低于1mg/L,當溶解氧質量濃度低于0.5~0.7mg/L時,氨的硝態反應將受到抑制。反硝化通常需在缺氧條件下進行,溶解氧對反硝化有抑制作用,主要是由于氧會與硝酸鹽競爭電子供體,同時分子態氧也會抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性。

     

     

    3、溫度

     

    生物硝化反應適宜的溫度在20~30℃,反硝化適宜溫度在30℃左右。

     

    亞硝酸菌*佳生長溫度為35℃,硝酸菌的適宜溫度為20~40℃。15℃以下時,硝化反應速度急劇下降。溫度對反硝化速率的影響很大,低于5℃或高于40℃,反硝化的作用幾乎停止。

     

    4、 堿度

     

    一般污水處理廠堿度應維持在200mg/L左右。

     

    NH4++1.83O2+1.98HCO3-→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3 

     

    通過上述反應過程的物料衡算可知,在硝化反應過程中,將1g氨氮氧化為硝酸鹽氮需約需耗7.14g碳酸氫鹽(以CaCO3計)堿度。

     

    NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.06C5H7NO2 +0.47N2+1.68H2O+HCO3-

     

    在反硝化過程中,將1g硝酸鹽氮還原成氮氣,約產生3.57g堿(以CaCO3計),需要有機物(BOD5)約為2.86g。

    微生物降解1 mg有機碳源BOD5,約產生0.1 mg堿度(以CaCO3計)。

     

     

    5、碳氮比(C/N)

     

    控制硝化過程的55/TKN<8。

     

    硝化細菌為自養菌,在硝化池中有機碳含量不宜過高,否則異養好氧菌繁殖速率過快,硝化菌難成為優勢菌種;反硝化細菌為異養菌,有機碳源是反硝化細菌的電子供體提供者。有機碳源越充分,C/N越高,反硝化作用越明顯,TN的去除率也越高。當BOD5/TN>3時,碳源充足,無需補充外加碳源;BOD5/TN<3時,需要補充外加碳源。

     

     

    6. 水力停留時間(HRT)

     

    硝化過程HRT可控制在4h~10h之間,反硝化HRT可控制在1h~4h之間。

     

    因HRT過短,反應池中各微生物種群沒有充分的時間生長,污泥流失過快,硝化反應和反硝化反應都沒有得到充分的進行。當HRT達到一定的值時,再增加HRT,對脫氮作用沒有顯著的效果。因為長HRT條件下,系統的有機負荷率降低,會使生物的內源呼吸加劇,影響污泥的活性,*終降低系統對污染物去除效果。

     

     

    7. 污泥停留時間(SRT)

     

    硝化過程的泥齡(SRT)一般控制在10~20d。

     

    硝化菌的增殖速度很小,其*大比生長速率為 0.3~0.5d-1,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*小世代時間。但是污泥停留時間太長,會導致系統有機負荷過低,許多微生物由于得不到所需要的營養會死亡。

     

    比生長速率μ :每小時單位質量的菌體所增加的菌體量稱為菌體比生長速率

     

     

    8. 氧化還原電位(ORP)

     

    硝化段ORP值一般在+180mV左右,反硝化段的ORP值在-50~-110mV之間。 

     

    氧化還原電位就是用來反映水溶液中所有物質表現出來的宏觀氧化-還原性。越高,氧化性越強,電位越低,氧化性越弱。通過控制ORP可以間接控制溶解氧濃度,尤其氧化還原電位其在DO濃度比較低時,DO較小的改變反映在氧化還原電位上變化較大。

     

     

    9. 碳源投加量

     

    每克甲醇、乙醇、乙酸、乙酸鈉、葡萄糖對應的COD、BOD5

     

    COD(g/g)

    BOD5(g/g)

    甲醇

    1.4

    1.05

    乙醇

    2.08

    1.5

    乙酸

    1.06

    0.71

    乙酸鈉

    0.78

    0.52

    葡萄糖

    1.06

    0.8

     


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