城镇污水处理厂的氮负荷分析唐建国

乍惊城镇污水处理厂的氮负荷合析唐建国`林洁梅2(1上海市水务局,上海200001;2上海城市排水有限公司,上海200001)摘要阐述了污水处理厂进水、生物系统进水氮负荷的分析和除氮过程中氮平衡分析的方法,通过举例说明了氮负荷的不同对除氮设施的影响。对污水处理厂除氮设计和污水处理厂除氮能力分析有一定的参考作用。关键词氮负荷峭化反峭化反峭化能力Analysisofnitrogen10树ingofurbanWastewatertreatmentPlantsTangJian一guo`,LinJie一meiZ(1.Shan劝aiM“nieiaPlS~rAuthoriyt,hSan助aiZ000OI,hCina;2.hSan动aiU厂占。ns叹￡吧r肠.,Lzd.,hSan动ai200001,hCina)Abstacrt:TheNloadingsofeurdeinflowtothewastewaterteratmentplanandinlettobiol吧iealsystem,andtheNbalaneeatNervmoalporeessaerdiseussed.TheeffeetstotheNrevmoalstruetureofvariousNloadsaerexploerdwithpraetiealexamples.lAlthedescriptionsalx犯tNrvemoaldesignandNr~aleapaeityinwastewaterteratmentplantinthispapershallbehelpfultodesignersorsomeh对ywhointeerstsontheNremovaleapaeityofwastewatertreatmentplants.eKywo川s:Nitorgenloacling;Nitrifieation;Denitrifieatlon;eDnitrifyingeapaeity氮化合物是导致水体富营养化的主要污染物,计或者能力分析时,首先进行氮负荷的分析是非常故将城镇污水中所含的氮有效地去除是城镇污水处必要的。理厂的主要任务之一。氮污染物主要是通过将污水1进水中氮负荷的分析中的氮化合物转变为恢和合成到污泥中两种途径城镇污水处理厂进水中的氮污染物主要是:氨去除的。而转变为N:需要经过氧化和还原两个过氮(NH:一N)、有机氮和硝酸盐氮(N--3Q一N)。表1程,进人污泥中的氮也会部分通过分离出的污泥水是我国及国外居民(或者当量人口)氮的产生量(各重新返回到污水处理厂进水中,所以在进行除氮设类氮化合物均是以N计,下同)。、之`之`之?色二之`之`e二之`之`之产写e`之佗之`己`之`迎`迎`之`。`之,之`迎二之洲写司卫二泛`迎`。`e`e;e`遭`e`之?,矛2`之`迎`之`已`之`e`e`之`乙临义二`之`之1IR记riguezMJ,VinetteY,S,刁巴JB,etal厂1、rihalomerhanesind石nki明waterofgreaterQuebeer馆ion(肠nada):Oceurrenee,vanat一onsandm以leli飞.En训mnmentalMonitori眼andASsess-nlent,2003,89(l):69一9312王丽花,张晓健.成都市饮用水中消毒副产物的变化研究.中国给水排水,2003,19(11):8一1113沁皿anTS,aH~LL,b洲〕yegnaRW.`rheuseofcholran五n巴topreventtrihal伽1、ethanefo们na!ion.AWWA,1980,72(3):176一180141玉longHA,玫rgM,IloaogMH,etal.1丫ihalomethaneformationbyehlorinationof~niu服ndbro溯decontaini眼groundwaterinwatersuppliesofaHnol,Vietnam.WatRes,2003,37(13):3242一3252巧王丽花,周鸿,张晓建,等.供水管网中A(X)、消毒复式、产物的变化规律.中国给水排水,2001,17(6):1一3O通讯处:510275广州市新港西路135号中山大学环境科学与工程学院环境科学系03级博电话:[phone]E一mail:ee冈151@student户szu.edu.Cn收稿日期:2005一02一24给水排水Vol.31No.10200531DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2005.10.008表1各国居民生活氮的产生负荷,国别中国德国巴西丹麦埃及希腊意大利土耳其瑞典氮负荷名称总氮资料来源《室外排水设计规范》德国1A31(2000年版)19971997199719971997199719975%一20%。有时实际情况是,生物设施进水中的氮负荷高于污水处理厂进水中氮负荷,见图1。其原因主要是来自污泥区的污泥水是在初次沉淀池后接人生物系统。污水处理厂进水生物系统进水NKNTKTNKTNKTNH3一N“、粉耐卜70605040扣20100锰乏喊劝óóóóóóóóóNNNNKKKKKTKKKTTT美国NH」一N负荷量乍(/人·d)5一11118一1414一198一148一108一148一1411一169一225一12199719972345678910111213141516171819202122日期通常城镇污水处理厂进水中,如果没有含有硝酸盐较多的地下水渗人管道,没有特殊的工业废水及来自污泥处理区的污泥水,则硝酸盐氮一般可以忽略不计,如上海曲阳污水处理厂和松江污水处理厂进水硝酸盐氮平均值分别为1.8mg几和2.3grn几。故进水中的氮主要是氨氮和有机氮,称为总凯氏氮(TKN)。进水中氮的分析要注意以下几点。1.1注意区分污水处理厂进水和生物系统进水中的氮负荷由于初次沉淀池对氮是有一定的去除作用的,所以污水处理厂进水和生物系统进水中的氮负荷是不同的。上海曲阳和松江污水处理厂初次沉淀池对氮的平均去除率分别达到15%和49%。国外有报道称通过初次沉淀处理(进人初沉污泥中)可去除氮10gtn几;也有报道,在不考虑污泥区来水的影响时,污水处理厂进水的总氮浓度是生物系统进水总氮浓度的1.2倍。因此,应注意区分污水处理厂进水和生物系统进水中的氮负荷。1.2污泥处理区来水的影响污泥浓缩、污泥脱水等处理过程所产生的污泥水含有高浓度的氨氮,特别是厌氧消化后的污泥。污泥厌氧消化后,污泥中约30%一50%的有机物被降解成为无机物,同时污泥中50%以上的有机氮会以氨氮的形式释放出来,一般污泥水中的氨氮浓度可达300一1000grn几,所以来自污泥区的污泥水回流到污水处理系统时,会使进水的氮负荷提高图1德国某污水处理厂进水和生物系统进水总氮浓度的比较2氮氮和总氮的关系目前国内在设计污水处理厂时,其进水大都只考虑氨氮值,如果在设计生物除氮系统时,不考虑进水中的有机氮、初次沉淀池去除的氮和来自污泥处理区污泥水的氮负荷则是不完整的。污水处理厂进水总氮或TKN和氨氮是存在一定比例关系的,在缺少总氮资料时,借助氨氮和总氮的关系,推算出总氮含量,对污水处理厂设计、运行管理均是十分有益的。对于生活污水,或者以生活污水为主的城镇污水,德国污水处理厂协会根据调查数据分析得出:污水处理厂进水总氮为1.7火N玩一N;生物系统进水总氮为1.2XNH3一N。按美国每人每天产生的氮负荷计,其TKN与NH3一N之比也是如此,详见表2注。表2美国每人每天设计氮负荷情况类类型型变化化典型值值不含粉粉含粉碎碎用水量以以用水量以以范范范围围围碎的厨厨的厨房房190L///46()L///房房房房房垃圾圾垃圾圾(人·d)计计(人·d)计计哑哑毛一NNN5一12227.8887.6668.44441.2计计17.2...有有机氮氮4一10005.5555.4445.99929.1畏畏12.1...111下NNN9一21.77713.333133314.33370.4长长29.3...注:①本浓度计算是按25%的厨房粉碎垃圾进人考虑;②二处单位为mg几,其余为g(/人·d);③TKN与N氏一N之比为1.7一1.8032给水排水vOI.31oN.102005上述总氮和氨氮的比值仅是一统计平均值,受污水在管道中停留时间、工业废水和合流制系统雨水的影响,总氮和氨氮比值的变化范围是较大的,不同污水处理厂之间会有很大的差距。上海曲阳污水处理厂、松江污水处理厂及前例德国某污水处理厂进水和生物系统进水总氮和氨氮比值的平均值则分别高于1.2和1.7,详见表3。对于生物除氮而言,则应主要考虑生物处理系统的氮负荷,进行合理设计计算。表33个污水处理厂进水各类氮的情况数值类型氨氮介刀g几有机氮角艰几TKN小瑶几丁Nn/堪几工圣氨氮污水处理厂进水曲曲曲平均值值19.7777777406662.0666阳阳阳最小值值13.222222227.3332.0666厂厂厂最大值值30.111111157.5551.9111松松松平均值值37777777786.5552.2999江江江最小值值14.666666633.9992.3222厂厂厂最大值值71.4444444168t3332.3555德德德平均值值16.99917.55534.44435.2222.0888国国国最小值值44448.4441288814.2223.2333厂厂厂最大值值23.33325.00048.333489992.10003生物除氮过程氮平衡分析生物除氮过程的氮平衡分析除了需要考虑生物系统的进水氮负荷外,还要考虑出水中的氮负荷、进人剩余污泥的氮负荷,在此基础上才能够分析出能进行硝化反应的氮负荷和能进行反硝化反应的氮负荷。(1)出水中的氮浓度:我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GI318918一2002)规定的氮污染物排放浓度详见表4。出水中的有机氮在进水无特殊工业废水的情况下,一般为Zmg几。由于我国规定的排放标准是指24h混合水样的测定值,而环保部门监测则是抽样水样的测定值,故在确定出水负荷时宜考虑一定的安全系数。德国规定监测值为出水值的60%一80%。表4我国规定的氮污染物排放标准项项目名称称一级标准准二级标准准AAAAA标准准B标准准准IIINr/119几几l555200025(30)))氨氨氮八ng几几5(8)))8(15)))))生物系统进水曲曲曲平均值值18111111134.4441.9000阳阳阳最小值值13.444444415.2221.1333厂厂厂最大值值23.333333347.5552.0333松松松平均值值29.000000044.2221.5222江江江最小值值18.444444432.3331.7555厂厂厂最大值值49.2222222912221.8777德德德平均值值19.99918.55538.44439.2221.9777国国国最小值值4.77711.55516.22217.1113.6444厂厂厂最大值值32.44427.99960.33360.6661.8777污水处理厂进水TN/生物系统进水TN曲阳厂松江厂德国厂注:①曲阳厂进水总氮包括来自污泥浓缩池和脱水机房的来水总氮;②松江厂进水中含有较多的工业废水,而且污泥上清液进人污水处理厂进水中;③德国厂是由于进水中含有较多的工业废水,其污泥水是在初沉池后进人的,故生物系统进水的氮负荷高于污水处理厂进水。注:计算温度为12℃,括号内数字指水温低于12℃时的控制指标。(2)进人污泥中的氮负荷:通过微生物合成,进人污泥中的氮一般可按生物系统进水孜卫几负荷的4%一5%计算。(3)进行硝化反应的氮:进行硝化反应的氮是指生物系统进水总氮扣除出水中的氮和进人污泥中的氮后的剩余部分。对于有生物除氮(带有反硝化反应)的设施,一般为了安全起见,出水按N姚一N为O计算。从严格意义上来讲,在分析计算时,出水中的氮是指溶解于水中的氮,也就是说是指采用过滤水样分析测定的数值,因为出水颗粒物中的氮已计算在进人污泥的氮负荷