氨与氨氮硝化需氧量问题的诠释吕锡武

1997年第1期江苏环境科技氨与氨氮硝化需氧量问题的诊释吕锡武(东南大学环境工程系南京21()018)摘要鉴于氨氮的硝化在饮用水处理以及废水深度处理的工艺中日益显得重要,本文就氨与氨氮的定义,以及它们的硝化需氧量等问题展开讨论,以澄清一些概念上易产生的误解。关键词氮氛氮峭化需氧量氨氮的硝化是水处理中重要的工艺过程。毫克氨(NH3)转化成了1毫克硝酸盐在饮用水处理中氨氮主要是通过硝化过程去除的,氨氮硝化同时也是废水深度处理A/0工艺的关键工序之一。鉴于水与废水处理工艺对于去除氨氮日益重视,本文专门就氨与氨氮的硝化需氧量问题展开讨论,以澄清氨与氨氮硝化需氧量问题上容易产生的误解。盆与氨氮在定义上的差别以氧化每单位氨或氨氮的需氧量计,在一些文献中常可见到3.76和4.57这两个数据,究竟哪一个正确?笔者的结论是:以氨计前者正确,以氨氮计后者正确。导致两个数据产生差异的原因,是因为氨与氨氮在定义上不同。若以1毫克计,前者是指1毫克的氨(NH:);后者是指含有1毫克氮的氨(NH:一N),两者不可以等同。从定义上讲,蛋白氮(或有机氮)、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮,均是指以该种化合物形式存在时,所含氮的量。以这种形式定义,是因为人们特别关心其中氮的含量,以便使用起来对于氮有统一的尺度,可以方便地表明化合物中氮的转变情况。比如1毫克的蛋白氮,可以依次转变成1毫克氨氮,1毫克亚硝酸盐氮,1毫克硝酸盐氮。在这一转变过程中,从氮的角度讲,仅仅是氮的存在形式有了转变,其含氮量并不变化,因而可以用统一的表示法。但其转变的各阶段中所存在的化合物的量并不相等。我们可以说1毫克的氨氮(NH:一N)转化成了1毫克的硝酸盐氮(NO:一N;)但不可以说1(NO;一)。因为若以含氮化合物计,1毫克氨氮(\H3一N)其实是以17/14=1.21毫克氨(NU;)存在着,可以转化成62/14=4.43毫克门消酸盐(N仇一)。所以,水质标准中,规定硝·醉琉氮浓度不得超过10毫克/升,与硝酸盐浓度不得超过44.3毫克/升,实际是一回事情。任何含氮量为1毫克的化合物,其化合物浓度数值为:该化合物分子量二14(毫克)(1)2氨与氨氮硝化需氧量数据的计算验证根据上述定义,可以十分容易地对氨与氨氮硝化过程的需氧量进行计算验证。2.22毫克氛(NH3)万肖化需氧量NH3+202~NO3一+HZO+H十172丫321毫克氨完全硝化需氧量=2、32/17=3.76mg()2/mgNH32.21毫克氛氮(NH:一N)完全峭化需氧量计算前应该先将1毫克氨氮换算成氨,根据(1)式,1毫克氨氮实际以17/14毫克氨存在。lmg氨氮(NH3一N)~1x17/14mg氨(NH3)NH:+202~NO3一+H20丰H+(2)172入3217/14需氧量江苏环境科技1997年第1期1毫克氨氮硝化需氧量二2X32八7又17/14=4.57mgOZ/mgNH3一N另外一种简单算法是,方程式(2)中直接以氮计,因只有氮参加了氧化反应,则有N眺+202一NO3一+HZO+H+142,32则可得出2又32l/4=4.57的需氧量数值。氨氮的硝化实际上是分为两个连续而又不相同的阶段完成的。第一阶段先由亚硝化细菌作用,将氮一氮氧化成亚硝酸盐:亚硝化细菌NH3十3/202~N02-比理论略小。同化作用合成为微生物细胞的反应如下:55N氏++seo:+760:~e5H7oZN`+亚硝比细菌54NO2一+sZHZO+logH+(5)4OONO--Z+SCOZ+NH4+19502+ZHZO一CSH7OZN+400NO3一+H+(6)石肖化细菌在这一过程中,因同化作用而被结合进微生物细胞的N氏一和NO:一并未消耗溶解氧。根据(5),(6)两式,1毫克氨氮的同化硝化作用(硝化及同化同时进行)产生0.15毫克亚硝化细菌细胞和0.02毫克的硝化细菌细胞。但尽管如此,也仅减少硝化耗氧量2%左右,几乎可以忽略不计。容易算出,这一阶段3.43毫克。+H,O+H+(3)1毫克氨氮耗氧为结束语第二阶段再由硝化细菌将亚硝酸盐进一步氧化成硝酸盐:硝{七细菌NOZ+1/20:~NO3一(4)这一阶段1毫克亚硝酸氮(注意这种称呼的统一)再耗氧为1.14毫克。1毫克氨氮合计耗氧为3.43+1.14二4.57mgOZ/mgNH3一N。有关文献中硝化需氧量数据的商榷通过以上问题的讨论,笔者希望能对水处理中的重要工艺过程氨与氨氮硝化需氧量问题有一个正确的认识,以避免和澄清一些文献中对这一问题的误解。最后,笔者的建议是,今后在水处理工程中,凡涉及到硝化需氧量问题,能统一使用3.76mgOZ/mgNH3和4.57mgOZ/mgNH3一N这两个数据。参考文献在水处理工程的文献上,有时能见到一些不同于3.76和4.57的硝化需氧量数据。比如,WinklerM.A.的BiologiealTreatmentof一一~·卜1_Wastewater一书中,提出4命mgOZ/mgNH3一2”一、一”一“一`’`”名~~’2一七一二`一`b’“”`N[’1;RipG.R;ee等人提出3.ZmgOZ/mgNH3一N川等等。笔者认为,氨氮硝化的途径和原理已很明确,理论上,1毫克氨硝化需氧3.76毫克,1毫克氨氮硝化需氧4.57毫克,这是唯一的答案。提出氨或氨氮硝化需氧量的其它3数值都是欠妥当的当然,水处理实践中,氨氮除了硝化外,还存在同化问题,实际需氧量WinklerM.A,BiologiealTreatmentofWast已water,P231,ChiehesterEllisHorwood,1981.RiPG.Riee,CyrilGomella,&G.WadeMiller,Rouen,Franeewater一treatmentPlant:goodorganiesandammoniaremovalwithnoneedtoregenerateearbonbeds,JASCEVol.48,No.5,1978.吕锡武,严煦世.生物活性炭去除氨氮的实践与机制.上海环境科学,1988,7(1).(收稿日期:1996一12一25)