硝化工艺

一、设计计算步骤1、确定设计污水量、进、出水水质、设计水温、所在地高程，选定曝气池、二沉池池型及曝气设备类型；2、确定设计泥龄、污泥产率系数、曝气池混合液浓度，计算曝气池容积；3、计算需氧量、供气量；4、设计二沉池。二、设计计算要点1、传统活性污泥法泥龄较短，停留时间较短，曝气池缓冲能力差，故设计流量取最大日最大时流量进行计算。2、生化反应速率随水温变化，水温高时反应速率高，所需泥龄短，水温低时反应速率低，所需泥龄长，设计泥龄按最不利条件考虑，按最冷月平均水温计算，与之有关的污泥产率系数也按同一温度计算。3、需氧量也随水温变化，水温高时污泥活性好，需氧量大，设计按最不利的最热月平均水温计算。4、鼓风机风量要考虑污水处理厂所在地海拔高程的影响。三、硝化工艺设计要点1、硝化工艺泥龄较长，水力停留时间较长，设计流量可按最高日流量计算；2、硝化泥龄和污泥产率按最冷月平均水温计算；3、需氧量按最热月平均水温计算，但水温高时，生化反应加速，实际所需泥龄减少，所以在计算需氧量时可按最热月平均水温所需的硝化泥龄加上一定的安全系数。同时也按最冷月平均水温计算需氧量，取两者中的大值作为设计参数；4、对碱度要进行核算，如果碱度不够，要采取加碱或反硝化措施；5、若污水属于容易发生污泥膨胀的水质，可在生物反应池前端设置生物选择池，以抑制丝状菌的繁殖。6、运行时间表明，当缺氧和厌氧污泥总量大于好氧污泥量，活性污泥的沉降性就将恶化，因此工程上控制缺氧和厌氧污泥量不得超过好氧污泥量。一、氮的存在形式原污水中的氮多以有机氮和氨氮形式存在，有机氮在有机物分解过程中，通过氨化作用转化氨氮，硝化作用则在好氧条件下把氨氮氧化为硝酸盐并进一步氧化为硝酸盐：2NH4++3O2—亚硝酸盐菌—2NO3-+2H2O+4H+2NO2-+O2—硝酸菌—2NO3-硝化过程要消耗碱度，1mg/L氨氮硝化为1mg/L硝酸盐氮要消耗7.1mg/L碱度（按CaCO3计，下同）。通常城镇污水中碱度为150-350mg/L，为了生化的需要，碱度不应低于70mg/L。如果污水中TKN（总凯氏氮）较高，而碱度较低，硝化将造成碱度过低，pH过低，使硝化反应难以推进。硝化后混合液的碱度按下式核算，如不满足，应投加石灰：ALKe=ALK0-7.1Nb+3.5N0+0.1(S0-Se）≥70mg/LALKe——出水碱度（以CaCO3计，下同）（mg/L)；ALK0——进水碱度（mg/L)；Nh——硝化的氨氮浓度（mg/L),只有硝化时参照式Nht=24Q[NK-0.05(S0-Se)-Nhe+5]*10-3kg/d,有反硝化时按Nht=24Q[N-0.05(S0-Se)-2]*10-3(kg/d)计算；N0——反硝化的硝酸盐浓度（mg/L)70mg/L——保持反应池正常功能所需的碱度原污水中的氮多以有机氮和氨氮形式存在，有机氮在有机物分解过程中，通过氨化作用转化硝化过程要消耗碱度，1mg/L氨氮硝化为1mg/L硝酸盐氮要消耗7.1mg/L碱度（按CaCO3计，下同）。通常城镇污水中碱度为150-350mg/L，为了生化的需要，碱度不应低于70mg/L。如果污水中TKN（总凯氏氮）较高，而碱度较低，硝化将造成碱度过低，pH过低，使硝化反应难以推进。一、基本参数Q=200000m3/d8333m3/h2.315m3/s2315L/sKZ=1.15KT=1.3设计水量Qmax=230000m3/d9583m3/h2.66m3/sQmax=260000m3/d10833m3/h3.01m3/s设计最低水温T=10℃设计最高水温T=25℃BOD(S0)SS(X)TNNH4+-N112.510031.5303025三、设计计算泥龄θc=9dBODT=22500kg/d＞6000kg/d最小泥龄建议泥龄最小泥龄建议泥龄564510118912.513.81011.314.315.711.412.916.718.313.3152022161825252、污泥产率的计算设计最低水温T=10℃产率系数Y=0.87污泥负荷LS=0.174、确定X(MLSS)MLSSX=2.5g/L5、污泥回流比浓缩时间tE=1.5h污泥指数SVI=150mL/g污泥稳定4.5无硝化2.0-3.03.0-4.0有硝化（和反硝化）2.5-3.53.5-4.53、核算污泥负荷kgBOD/（kgMLSS·d）符合规范要求处理目标MLSS（kg/m3）有初沉池无初沉池二、设计进出水水质进水(mg/L)出水(mg/L)1、泥龄θc无硝化的活性污泥：tE1.5-2.0h只有硝化的活性污泥：tE1.0-1.5h有反硝化的活性污泥：tE2.0h有深度反硝化的活性污泥：tE2.5h处理目标污水厂规模BODT≤1200kg/dBODT≥6000kg/d无硝化污水处理厂有硝化有硝化反硝化VD/V=0.2VD/V=0.3VD/V=0.4VD/V=0.5有硝化、反硝化、污泥稳定回流污泥浓度XR=5.34g/L污泥回流比R=0.881曝气池容积V=59430m3水力停留时间T=6.2h7.1h曝气池数量n=4个单座容积Vi=14857.5m3有效水深h=5.2m单座面积A=2857m2夏季高温T=25℃所需泥龄θco=1.85dBODT=22500kg/d＞6000kg/d故F=1.45考虑安全系数θc=4d查表OC=1.07kgO2/kgBOD当T=10℃及θc=9d查表OC=1.01kgO2/kgBODh=5.0mOC=1.07kgO2/kgBOD4810152025100.850.991.051.131.191.23120.871.021.081.160.691.25150.921.071.121.200.661.28180.961.111.161.230.671.31200.991.141.191.260.691.32251.071.211.251.300.731.35301.141.261.301.340.791.38fC=1.2泥龄θC（d）468101525波动系数fC1.31.251.21.21.151.1BOD去除量St=19800kg/d825kg/h硝化氨氮量Nht=1696kgN/d71kgN/h实际需氧量AOR=28937kg/d1206kg/hEA=0.2处理目标SVI(ml/g）含有利的工业废水含不利的工业废水污泥稳定75-120120-150无硝化100-150120-180硝化（反硝化）100-150120-180符合要求无硝化的活性污泥法R≤100%，R≤80%；有硝化的活性污泥法R≤150%，R≤100%。6、曝气池容积V平均时7、计算需氧量、供气量曝气装置安装深度则去除单位BOD需氧量T(℃)泥龄（d）BODT≤1200kg/dF=1.8BODT≥6000kg/dF=1.45BOD负荷波动系数曝气设备氧利用率Ot=0.1754Pb=1.513105PaCST=8.4mg/LCSW=9.65mg/LK0=1.44CS=9.2mg/Lα=0.85β=0.9C0=2.0SOR=41669kg/d1736kg/h供气量GS=31000Nm3/hqmax=1.07m3/m2·h表面负荷取值q=1m3/m2·h801001201501802.502.001.671.331.112.001.601.331.070.891.671.331.110.890.741.431.140.950.760.631.251.000.830.671.110.890.74沉淀池数量n=8.0个单池设计水量Qi=1354m3/h单池表面积Fi=1354m2单池直径D=41.5m直径取值D=42m超高h1=0.8m分离区h2=1.51m缓冲区h3=0.5m污泥浓缩区h4=0.92m总池深H=3.80m停留时间T=3.89h允许最大二沉池表面负荷SVI（ml/g）X(g/L)2.0选用辐流式二沉池2.53.03.54.04.5曝气装置处绝对压力清水在T=25℃饱和溶解氧值qmax[m3/m2·h）]8、二沉池的计算混合液剩余溶解氧值标准需氧量清水在T=25℃和实际计算压力Pa时的饱和溶解氧需氧量修正系数标况下清水中饱和溶解氧混合液与清水中KLa值之比混合液与清水饱和DO值比曝气池逸出气体含氧一、生物脱氮目前多用活性污泥法，它包括以下几个过程：同化作用：污水中一部分氨氮同化为新细胞物质，以剩余污泥形式排除；硝化作用：硝化菌将污水中的氨氮氧化为硝酸盐氮；反硝化过程：反硝化细菌将污水中硝酸盐氮转化为氮气从污水中释放入大气；反硝化作用是在缺氧环境下，在反硝化菌的参与下，将硝酸盐还原为氮气释放到大气中，其过程可表示为：N03-+5H（碳源有机物提供）—反硝化菌—1/2N2+2H2O+OH-反硝化菌是兼性细菌，既可进行有氧呼吸，也可进行无氧呼吸，有氧呼吸可产生较多的能量，当污水中同时存在溶解氧时，它将优先以溶解氧为电子供体，进行有氧呼吸，这必将影响反硝化的进行，因此确保缺氧环境（DO≤0.5mg/L),是保证反硝化顺利进行的必要条件。A/O工艺，通常是前置缺氧，然后好氧，反硝化所需的硝酸盐由二沉池污泥回流和好氧区混合液内回流提供，反硝化率用回流比控制，他们之间的关系为：fde=(R+r）/（R+r+1）fde——反消化率；r——内回流比。反硝化率fde=1.2Not/NhtNot——需反硝化的硝态氮量（kg/d）；Nht——硝化产生的硝态氮量(kg/d)；1.2——安全系数。生物脱氮的理论和实践有了新的发展：发现了好氧反硝化细菌，在好氧环境中可以实现反硝化；特别是发现了短程硝化反硝化，只需将氨氮转化为亚硝酸盐氮，然后由亚硝酸盐直接直接转化为氮气。SHARON和ANAMMOX两项新工艺已用于生产实践，为生物脱氮技术展现了广阔的前景。这种工艺目前只能用于高浓度氨氮和高温污水。一、基本参数Q=200000m3/d8333m3/h2.315m3/s2315L/sKZ=1.15KT=1.3设计水量Qmax=230000m3/d9583m3/h2.66m3/sQmax=260000m3/d10833m3/h3.01m3/s设计最低水温T=10℃设计最高水温T=25℃BOD(S0)SS(X)TNNH4+-N112.510031.520201525三、设计计算N0=11.9mg/L反硝化速率Kde=0.106查表VD/V=0.20间歇或同步反硝化查表泥龄θc=11.3d9d缺氧泥龄2.3dBODT=22500kg/d＞6000kg/d最小泥龄建议泥龄最小泥龄建议泥龄564510118912.513.81011.314.315.711.412.916.718.313.3152022161825252、污泥产率的计算设计最低水温T=10℃产率系数Y=0.84kgSS/kgBOD污泥负荷LS=0.134、确定X(MLSS)MLSSX=3.0g/L二、设计进出水水质进水(mg/L)出水(mg/L)1、泥龄θc处理目标MLSS（kg/m3）有初沉池无初沉池无硝化污水处理厂有硝化有硝化反硝化VD/V=0.2VD/V=0.3VD/V=0.4VD/V=0.5有硝化、反硝化、污泥稳定3、核算污泥负荷kgBOD/（kgMLSS·d）符合规范要求需反硝化的氨氮浓度反硝化工艺设置缺氧区的反硝化VD/V（θcd/θc）0.200.110.300.130.400.140.15Kde（kgNO3/kgBOD）0.060.090.120.15处理目标污水厂规模BODT≤1200kg/dBODT≥6000kg/d0.50其中，好氧泥龄5、污泥回流比浓缩时间tE=2.0h污泥指数SVI=150mL/g回流污泥浓度XR=5.88g/L污泥回流比R=1.041.5曝气池容积V=67315m3水力停留时间T=7h8.1h其中，好氧区V′=53852m3缺氧区VD=13463m3曝气池数量n=4个单座容积Vi=16828.75m3有效水深h=5.2m单座面积A=3236m2夏季高温T=25℃所需泥龄θco=1.85