SBR除氮效率的估算公式包洪新

第23卷第2期1995年3月河海大学学报JOURNALOFHOHAIUNIVERSITYVol.23No.2Mar.1995SBR除氮效率的估算公式包洪新(环境科学及工程学院)摘要研究了不同操作模式下的sBR除氮效率估算公式,阐明了除氮操作模式设计的一般原则及方法.简单除氮操作模式下,闲置期滞留液体积v,与反应期有效容积v的比值vl/v是影响反硝化除氮效率的主要因素.分多次进水的除氮操作模式,其进水次数是影响反硝化除氮效率的主要因素,而V、/V是次要因素.关键词序批式活性污泥法(SB)R除氮效率反硝化操作模式中图法分类号x703AFormulaforEstimatingEfficiencyofNitrogenRemovalinSBR/Ba。Hongxi。(cozzeg亡of艺nviornmen,azscie,:c尸。。己Engineeri,:g,月。、。iUniv.)Aformulaforestimatingrheeffieieneyofnitrogenremovalhasbeenstudiedunderdifferentoperationalpatt6rns.ThegeneralprineipleandmethodfordesigningoPerarionalpatternsofnirrogenremovalareexpounded.UnderasimPleoperationalpatternofnirrogenremoval,V:/V(theratioofliquidvolumeV,remaininginthereaerorarIDLEroliquidvolumeVatREACT)15rhen一ainfaeroraffeeringrheeffieieneyofnitrogenremovalbydenitrifieation.Undertheoperationalpatrernofseveralrimesofinflux,thenumberoftimes15themainfaetoraffeetingnitrogenremovalbydenirrifieation,whileVl/V15aseeondaryfaetor.KeywordsSdenitrifieationequeneingBatehReaeroreffieieneyofnitrogenremovaloPerationalPattern序批式.旬歇反应器(SequencingBatehRea。tor,简称SBR),又称序批式活性污泥法或间歇式活性污泥法.近十几年来国内外的研究及工程实践表明,SBR所达到的出水水质、除氮及除磷效果〔’·2〕都明显好于普通活性污泥法,尤其适用于废水水量小、含氮量高,而有除氮要求的处理工程.SBR的优点来自其灵活的操作模式.本文将从理论上分析不同操作模式下的SBR除氮效率.收稿日期:作者简介:论文1994一01一07包洪新男讲师环境工程专业从事水处理技术研究已发表《喊度对SBR中氨氮硝化的影响》等第23卷第2期包洪新SBR除氮效率的估算公式1简单操作模式下的除氮效率SBR的简单操作包括六个基本操作状态:进水、缺氧搅抖、曝气、沉淀、排液和闲置,由此构成的简单除氮操作模式见附图.罕二一二一二罕、附图简单除氮操作模式SBR的除氮由排放剩余污泥除氮和反硝化除氮两部分组成.排放剩余污泥的除氮量可由剩余污泥的可挥发性成份(VS)S中的含氮量来近似计算,如果以分子式CSH7NO:来近似表示VSS的组成,则每克VSS含氮0.124克,故排泥除氮量用下式估算:R=0.124△X(l)式中R—每次操作的排泥除氮量(g);△X-一每次操作排放的挥发性污泥量(g).1.1理想操作过程的除氮效率理想的生物除氮是指氨氮在足够碱度条件下的完全硝化和在充足碳源及缺氧条件下的完全反硝化.据此作两点假设:a.曝气阶段氨氮全部硝化,曝气结束时水相中氮都以NO子和NO牙形式存在;b.在进水以及后续的缺氧搅拌阶段中,NO矛和NO牙经反硝化途径,全部以氮气形态而被去除.在进水碱度充足时,附图所示的SBR操作模式能基本满足上述假设条件.对此操作,氮的物料变化见表1(表中V:为进水或排液体积,N。为进水总氮浓度,N,为排液水相中的总氮浓度,V,为闲置期滞留液体积,R同前),据此可推算反硝化的除氮量.由假设条件可知,闲置期开始至缺氧搅拌结束的反硝化除氮总量等于排液后滞留液水相中的氮(NO孚和NO矛)总量,即为V:N,,故反硝化除氮的效率为表1SBR操作过程中氮的物料分析操作状态混合液体积氮的流动进出进水缺氧搅拌嗓气沉淀排液l润置NoVZ反硝化vZN。+R反硝化VIN,VZN。(2)由表1氮的物料分析可得进水带入氮量一排液带出氮量+反硝化脱氮量VZN。=(VZN,+R)+N`VlVZ(N。一N。)一N。V:+R(3)河海大学学报1995年3月、,尹、,尹钱月一O了t、了t、N,(VZN。一R)V将(4)代入(2)得、、产、产八匕行了了吸、了.、1_丑VZ入RVZN。叭一v.-P一一,排泥除氮效率将(6)代入(5)得Vl,_V。,=万丁气l一亏尸)VN,VINoVZN。VZ、.产、、,产O门QJr、Z仁、总的除氮效率故VZ(N。一N,)NoVZ将(7)代入(8)得分析式(5)(6)(7)(9)可知:刀T:=夕。,+夕,V,V,夕TI一衬十荞协VVa.反硝化除氮效率与V:/V成正比,即每批处理水量V:越小(V,越大),则反硝化除氮潜力越大,可取得的反硝化除氮效率就越高,但可取得的反硝化除氮效率随排泥除氮量的减少而升高,总的除氮效率随排泥除氮量的上升而升高.b.当剩余污泥零排放(R一0)时,夕。一0,反硝化除氮效率可取得最大值,同时总的除氮效率取得最小值.夕男全x=VI/V衅护=VI/VLZ实际操作过程的除氮效率实际的SBR操作过程一般为非理想的,会出现不完全的硝化和反硝化.对表1所示的操作过程,设排液及闲置期初的滞留液中:N。为水相中的总氮浓度;N。,为水相中NO牙+NO了的氮浓度;N。2为水相中NH3+NH才的氮浓度.所以N,=N。,+N,2此时水相中有机氮近似为零.定义l曝气期末的氨氮硝化率k,一N,1/N,,则N,,=k:N,,N。2=(l一乏,)N,.定义2至缺氧搅拌期末的NO:+NO至反硝化率kZ~DN/V,N。:,则反硝化除氮量DN=kZVzN。一k一kZVIN。.设K为反硝化除氮系数,K一klk:,故DN一KV,N,.根据表1所作的氮物料分析可得氮平衡式VZ(N。一N,)=KVIN,+R(10)N,反硝化除氮效率将(11)代入(12)得VZN吃,一RKV,+VZK丫尸IN,N。V:(11)(12)夕。2一王不下州一下下72、Fl州尸FZ一(1一VRVzN(13)。V孙K第23卷第2期包洪新SBR除氮效率的估算公式将(5)代入(13)得总的除氮效率将(10)代入(15)得即将(一4)代入(16)得即甲。2VZ(1一K),一LI一一下石下一下下又一」刁lD八yl州厂vZ头2=夕2T一VZ(N。一N,)NoVZKV一N。NoVZN。VZ夕T:=刀。:+夕。夕T:=(夕D:+专。)一V,(1一K)花二不广一下下,厂Vol八丫1一rVZ甲TZ=甲丁lVZ(1一K)几二不芬一下一几下一Vll)八flee卜丫2(14)(15)(16)(17)当R~O,即无剩余污泥排放时:夕。一o,此时反硝化除氮效率取得最大值,总的除氮效率取得最小值,即呢护KVKVKV,+VZ畔罗KV,+VZ1.3除氮效率公式的实验验证表2所述的操作模式下取得的5组实验数据川可用来验证公式(14),验证的结果见表3表2操作状态进水缺氧搅拌混合液体积I/实验的操作模式川时间h/体积几V:=5.7l01010zV=10l04.3VZ二5.7VI一4.3气淀液置曝沉排闲表3除氮公式的实验验证gRm了了,..适试验号No/mg·IJ一1N一n/lg·L一,N,z/mg·I一l(货)(货)叭/伪2n11né0自éùn、.二O门..332929282798川品阴.193187.5188.6207.2184.3188.178.077.279.569.870.90.7640.6900.6970.7060.701104.5148.4183.5181.1206.642.843.3;.::4446947.20.971孟门了ō匕八U,d..…`络月任`任Qón,一0口八J,曰几」q`月匕丹了幼d.…口JCù及几ōb`吸户任甫,J任注:脚为实验取得的总氮去除率;因kZ一1,故k一hl.表3中专二/头2表示试验取得的总氮去除率与用公式算得的总氮去除率之比,它反映了公式的可靠程度,该比值的平均值为1.03,均方差为。.045,说明推导的公式体系较可靠.因此利用上述有关公式,在N。,V,,V已知时,通过选择合适的R和K值,就可估算某操作模式可能达到的除氮效率及出水的氨氮和NO牙+NO矛浓度.河海大学学报1995年3月2分多次进水操作模式下的除氮效率附图表示的操作模式,可能达到的反硝化除氮效率与v:/v成正比,故减少进水量v:使对应的V,升高,这样能提高反硝化除氮的效率.将一次进水变成多次进水,在每次进水后进行所需的缺氧搅拌(A)和曝气(B).在缺氧搅拌期,用进水带入的碳源使混合液中NO牙十NO牙经反硝化被去除,而进水带入的氮在曝气期又转化为NO牙+NO孚,由此构成的除氮操作模式见表4.表4n次平均进水的操作过程及其氮物料分析氮氮的流动动}氮的流动动操操作状态混合液体积——1操作状态混合液体积——迸迸出出{进出出进进水1NoV,/,,lll……进采,:`、。泣2/,,““缺缺氧搅拌V,+VZ/,,反硝化化…{缺氧搅拌v反,肖化化曝曝气v、+vZ/,,,……曝气扩扩进进水2NoVZ/一:::{沉淀vvv缺缺氧搅拌V,+2V2/,:反硝化化}}排液N`VZ+RRR曝曝气V.+2V2/,...l闲置Vl反硝化化注:V:为总进水量或排液量,VZ/,:为每次进水量,N。为进水总氮浓度,V一V,+VZ,N。为排液水相中氮浓度,R为排液泥相中氮量.由表4可知,反硝化除氮总量DN=VZN。一VZN,一R反硝化除氮效率夕。3DNVZN。VZN。一VZN,一RVZN。N,R甲D:一1一又7一朴一下下区v0FZ三、(18)由假设条件可知每次进水后的缺氧搅拌可使混合液所含的NOZ+N03全部被反硝化去除,进水带入的氮在后续的曝气阶段全部硝化,故可以认为每次进水带入的氮在下次进水后的曝气开始时,在水相中已被去除.又因整个操作过程所产生的剩余污泥(含氮为R)由,,次进水的操作所产生,可近似认为每次进水的产泥量相同(含氮为R;l/).这样,N,的大小仅取决于最后一次进水所带入的氮量,而且经曝气后全部以NO牙+NO3形式存在,故N,~(VZN。/,,一R/n)/VN。1VZNo一RnV(19)将(19)代入(18)得VZ,11、R甲D3一1一二玉于一叹石叶一下于)又7I亡下FZ,正F孟vo(20)取尺~0.ZvZN。,即排泥除氧效率为20%,对公式(20)进行讨论:a.甲。3随n的变化见表5(VI=VZ=V/2);b.甲。3随VZ/V的变化见表6.第23卷第2期包洪新SBR除氮效率的估算公式表5伽3随n的变化”12345671020即表6夕3D随Vz/v的变化V:/V0.50.60.70.8夕走,3叭)3,,〕30.760二720.640.740.720.700.680.660.64’0.680.64“0.600.560.520.480.560.480.400.320.240.16,不同的,,及VZ/V取得相同除氮效果3操作模式的设置条件为了达到理想反硝化的假设条件,实际操作过程应具备以下条件:a.进水中的BOD:碳源最低限度应满足反硝化对碳源的需求.b.每次进水带入的碱度加上BODS降解和反硝化产生的碱度应能满足硝化对碱度的需求,并略有富余,pH的波动不至于影响生化反应的进行.。.设置的缺氧搅拌及曝气时间足以完成反硝化及硝化过程.满足上述条件的操作模式可以是灵活多样的.