同步硝化反硝化的总需氧量计算方法探讨

同步硝化反硝化的总需氧量计算方法探讨胡大锵(国家电力公司华东勘测设计研究院,浙江杭州310014)摘要:针对现行的兼具碳化、硝化、反硝化系统的生化总需氧量计算方法中存在的问题,从生化反应机理出发,提出了生化总需氧量的修正计算方法,并结合工程实例论证了修正方法的合理性和可行性。关键词:同步硝化反硝化;生化总需氧量;微生物量;活性污泥;挥发性污泥中图分类号:X703.1文献标识码:C文章编号:1000-4602(2003)02-0088-03生化总需氧量系指在同步硝化反硝化的条件下进行碳化、硝化及反硝化三个反应过程的理论总需氧量。1现行计算方法1.1以BODu计的去除量计算如果以最终生化需氧量(BODu)来表示底物的浓度,则去除底物的需氧量计算有以下两种表示方法:OC=Q(So-Se)-K1ΔS+K1b1Va·MLVSS(1)OC=Q(Lo-Le)+1.42ΔZ·f(1′)当以去除BOD5表示时,则式(1)可改写为:OC=Q(Lo-Le)(1-e-Kt)-1.42ΔS+1.42b1VaMLVSS(2)1.2硝化需氧量计算硝化需氧量为去除NH3-N的需氧量与细胞合成消耗NH3-N的需氧量之差,可表示为:ON=4.6Q(No-Ne)-0.56ΔS(3)1.3反硝化提供氧量在反硝化过程中NO-3被兼性异养菌分解为N2和O2,并利用其中的氧与有机物反应生成CO2。根据反应方程式推算,反硝化可提供的氧量为:OD=2.85Q(NO-3-N)(4)OD=2.6Q(NO-3-N)(4′)以上两种算式分别由两种化学反应式推出。1.4总需氧量计算将以上碳化、硝化、反硝化的需氧量计算式中的有关项,按各自的方法进行代数和相加,则现行总需氧量计算式可归纳为三种典型类型。类型一:O2=Q(Lo-Le)(1-e-Kt)-1.42ΔS+1.42b1VaMLVSS+4.6Q(No-Ne)-0.56ΔS-2.85Q(NO-3-N)(5)类型二:O2=Q(Lo-Le)+1.42ΔZ·f+4.6(No-Ne)-0.07ΔZ·f-2.6(NO-3-N)(6)类型三:O2=Q(Lo-Le)(1-e-Kt)-1.42ΔZ·f+4.6Q(No-Ne)-0.56ΔZ·f-2.6Q(NO-3-N)(7)(以上ΔS=ΔZ·f,f=MLVSSMLSS)。从工程设计中发现,采用上述三种类型公式计算生化总需氧量的结果差异较大。分析其原因,主要存有以下几方面的问题:①参数K1的原本含义(即氧化单位质量VSS所需氧量)不确切。其正确含义应修正为:氧化单位质量的微生物所需氧量。实际上,微生物量与挥发性污泥量(VSS)是有显著差别的。Mckinney曾指出:在处理生活污水的活性污泥中,测得的MLSS中只有30%～50%是活体微生物,而在延时曝气处理过程中测得的相应比例下降至10%以下。这与Weddle和Jenkins得出·88·中国给水排水2003Vol.19CHINAWATER&WASTEWATERNo.2的结果基本相符,即活性污泥中活体异养微生物只占MLVSS的10%～20%。也就是说,K1不应以1.42kgO2kgVSS来表示,而应修正为1.42kgO2(kgZ·MLSS),其中Z称为活体异养菌质量占活性污泥质量的比例(%)。笔者曾对不同水质的城市污水进行了验算,当进水中悬浮物浓度高时相应的污泥产率就大而Z值趋小。在一般情况下,当污泥产率a=0.85～0.95时Z=0.40～0.30,这与Mck-inne等人的实测结果相一致。另从下列生化反应式也可看出:C5H7NO2+5O25CO2+2H2O+NH3即K1=5×32113=1.42kgO2kg(C5H7NO2)②参数ΔS(或ΔZ·f)的原本含义(挥发性剩余污泥量,即增长的生物量)同样存有误解。其真正的含义应为日排剩余活性污泥量,单位以kgMLSSd表示。因为在剩余污泥中还含有进水中的无机悬浮固体,ΔZ应按下列公式推算:ΔZ=aQ(Lo-Lr)(8)Lr=Le-ZLse·1.42(1-e-Kt)(8′)式中Lse———出水中悬浮物浓度,kgm3③参数b1的原本含义[污泥内源呼吸需氧系数,kgO2(kgVSS·d)]有误,其正确含义应为单位质量微生物在单位时间内维持生命的需氧量(d-1)。经修正后的b1改用b表示,b值可参照表2选用。表2部分污、废水的b值d-1项目生活污水脱脂牛奶废水合成废水造纸废水城市污水b0.048～0.050.0450.180.200.05～0.10④脱氮过程中需消耗氧和原水中的BODu(城市污水多以原水中有机物作为氢的供体),但在同步硝化反硝化条件下只有约75%的异养菌有能力利用硝态氮中的氧进行呼吸(其呼吸速率约为好氧时的80%),故实际消耗的BODu可用下式计算:OB=0.07Q(Lo-Le)(1-e-Kt)(9)此