屈計(jì)寧 高廷耀
(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院)

　　德國(guó)是世界上環(huán)境保護(hù)工作開展較好的國(guó)家，在污水處理的脫氮除磷方面積累了很多值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)將德國(guó)排水技術(shù)協(xié)會(huì)(ATV)最新制定的城市污水設(shè)計(jì)規(guī)范A131中關(guān)于生物脫氮(硝化和反硝化)的曝氣池設(shè)計(jì)方法介紹給大家，以供參考。
　　A131的應(yīng)用條件：
　　① 進(jìn)水的COD/BOD₅≈2，TKN/BOD₅≤0.25；
　　② 出水達(dá)到廢水規(guī)范VwV的規(guī)定。
　　對(duì)于具有硝化和反硝化功能的污水處理過程，其反硝化部分的大小主要取決于：
　?、?希望達(dá)到的脫氮效果；
　?、?曝氣池進(jìn)水中硝酸鹽氮NO^－₃－N和BOD₅的比值；
　?、?曝氣池進(jìn)水中易降解BOD₅占的比例；
　　④ 泥齡ｔ_s；
　?、?曝氣池中的懸浮固體濃度X；
　?、?污水溫度。
　　圖1為前置反硝化系統(tǒng)流程。

1 計(jì)算N_DN/BOD₅和V_DN/V_T

　　N_DN表示需經(jīng)反硝化去除的氮，它與進(jìn)水的BOD₅之比決定了反硝化區(qū)體積V_DN占總體積V_T的大小。?
　　由氮平衡計(jì)算N_DN/BOD₅：
　　N_DN=TKN_i-N_oe-N_me-N_s
　　式中 　TKN_i——進(jìn)水總凱氏氮，mg/L
　　　　　 N_oe——出水中有機(jī)氮，一般取1～2mg/L
　　N_me——出水中無機(jī)氮之和，包括氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，是排放控制值。按德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)控制在18mg/L以下，則設(shè)計(jì)時(shí)取0.67×18＝12mg/L
　　　　　 N_s——剩余污泥排出的氮，等于進(jìn)水BOD₅的0.05倍，mg/L
　　由此可計(jì)算N_DN/BOD₅之值，然后從表1查得V_DN/V_T。

表1 晴天和一般情況下反硝化設(shè)計(jì)參考值 反硝化 前置 周步 VDN/VT 反硝化能力，以kgNDN/kgBOD₅計(jì)，（t=10℃） 0.20 0.70 0.05 0.30 0.10 0.08 0.40 0.12 0.11 0.50 0.14 0.14

2　泥齡

　　泥齡ts是活性污泥在曝氣池中的平均停留時(shí)間，即

　　ts=曝氣池中的活性污泥量/每天從曝氣池系統(tǒng)排出的剩余污泥量
　　t_S＝（X×V_T）/（Q_S×X_R＋Q×X_E）
　　式中 t_S——泥齡，d?
　　　　　X——曝氣池中的活性污泥濃度，即MLSS，kg/m³
　　　　　V_T——曝氣池總體積，m³
　　　　　Q_S——每天排出的剩余污泥體積，m³/d
　　　　　X_R——剩余污泥濃度，kg/m³
　　　　　Q——設(shè)計(jì)污水流量，m³/d?
　　　　　X_E——二沉池出水的懸浮固體濃度，kg/m³

　　根據(jù)要求達(dá)到的處理程度和污水處理廠的規(guī)模，從表2選取應(yīng)保證的最小泥齡。

表2 處理程度及處理廠規(guī)模和最小泥齡的關(guān)系 處理程度 污水處理廠規(guī)模 ≤2萬人口當(dāng)量 ≤10萬人口當(dāng)量 無硝化的污水處理 5 4 有硝化的污水處理（設(shè)計(jì)溫度10℃） 10 8 硝化/反硝化的污水處理（設(shè)計(jì)溫度10℃）
VDN/VT=0.2
　　　=0.3
　　　=0.4
　　　=0.5
12
13
15
18
10
11
13
16 硝化/反硝化和污泥穩(wěn)定穩(wěn)定的污水處理 25 不推薦 注 12℃時(shí)達(dá)到穩(wěn)定硝化需按10℃設(shè)計(jì)

3 剩余污泥量

　　污泥比產(chǎn)率

　　　　　　　　　Y＝Y(jié)_BOD5＋Y_P

　　式中　　Y——污泥產(chǎn)率，kg干固體/kgBOD₅
　　　　　　Y_BOD5——剩余污泥產(chǎn)率，kg干固體/kgBOD₅
　　　　　　Y_P——同步沉淀的化學(xué)污泥產(chǎn)率(當(dāng)未投加化學(xué)混凝劑除磷時(shí)無此項(xiàng))，kg干固體/kgBOD₅
　　剩余污泥產(chǎn)率Y_BOD5與泥齡、進(jìn)水SS和BOD₅的比例、溫度等有關(guān)，約為0.52～1.22 kg干固體/kgBOD₅，可從表3中選取。

表3 YBOD₅與泥齡、進(jìn)水SS和BOD₅的比例之關(guān)系 SSi/（BOD5）i 泥齡（d） 　 4 6 8 10 15 25 0.4 0.74 0.70 0.67 0.64 0.59 0.52 0.6 0.86 0.82 0.79 0.76 0.71 0.64 0.8 0.98 0.94 0.91 0.88 0.83 0.76 1.0 1.10 1.06 1.03 1.00 0.95 0.88 1.2 1.22 1.18 1.15 1.12 1.07 1.00

4 計(jì)算曝氣池體積

　　首先計(jì)算曝氣池的污泥負(fù)荷N，即
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　N＝l/(t_S×Y)
　　　式中　　N——曝氣池的污泥負(fù)荷，kgBOD₅/(kg干固體·d)
　　再根據(jù)表4選定曝氣池中的活性污泥濃度X。

表4 曝氣池中活性污泥濃度的推薦值 處理程度 活性污泥濃度X（kg/m3） 有初沉池 無初沉池 無硝化 2.5-3.5 3.5-4.5 硝化和反硝化 2.5-3.5 3.5-4.5 帶污泥穩(wěn)定 - 4.0-5.0 除磷（加混凝劑同步沉淀） 3.5-4.5 4.0-5.0

　　應(yīng)特別注意，必須校驗(yàn)二沉池能否使曝氣池中的活性污泥濃度達(dá)到所選取的X值。?
　　所以，曝氣池的體積為：?
　　　　　　　　　　　　　　　VT＝(BOD₅)_i×Q/(N×X)
　　　　　　　　　　　　　　　　V_T＝V_DN＋V_N

5 回流比

　　內(nèi)循環(huán)回流比R₁＝Q_R1/Q，外循環(huán)回流比R₂＝Q_R2/Q ，總回流比R＝R₁＋R₂。
　　在前置反硝化工藝中，硝酸鹽氮通過內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)回流進(jìn)入反硝化區(qū)。只要回流的硝酸鹽氮不超過表1中的反硝化能力，則可能達(dá)到的最大反硝化程度取決于回流比R。因此，可根據(jù)反硝化率E_DN計(jì)算所需的最小回流比。

　　E_DN＝N_DN/(N_DN＋N_ne)

　　所需的最小回流比?
　　R＝1/(1－E_DN)－1
　　式中　E_DN——反硝化率
　　　　　N_ne——出水硝酸鹽氮，mg/L
　　一般在前置反硝化工藝中，回流比取2.0。若希望進(jìn)一步提高反硝化率，可繼續(xù)提高回流比。但必須注意，最大回流比為4.0，且回流比較高時(shí)存在著將過多的溶解氧帶入反硝化區(qū)的危險(xiǎn)。為了減少循環(huán)回流中的溶解氧，可在曝氣池末端設(shè)置隔離區(qū)域，減少該區(qū)中的曝氣量。?
　　前置反硝化工藝中的反硝化區(qū)應(yīng)采用隔墻與好氧硝化區(qū)分開，并在反硝化區(qū)中設(shè)置攪拌裝置。?
　　回流量還可根據(jù)連續(xù)監(jiān)測(cè)反硝化區(qū)N_ne值進(jìn)行調(diào)節(jié)。

6 供氧量

　　生物脫氮工藝中，分解碳化合物(BOD₅)的需氧率OV_C和氧化氮化合物的需氧率OV_N必須分開計(jì)算。然后根據(jù)飽和溶解氧等的影響，由這兩部分之和計(jì)算供氧率(氧負(fù)荷)O_B 。
　?、?分解碳化合物的需氧率OV_C可從表5查得。

表5 分解碳化合物的需氧率OVc kgO₂/kgBOD₅ 溫度（℃） 泥齡（d） 4 6 8 10 15 25 10 0.83 0.95 1.05 1.15 1.32 1.55 12 0.87 1.00 1.10 1.20 1.38 1.60 15 0.94 1.08 1.20 1.30 1.46 1.60 18 1.00 1.17 1.30 1.40 1.54 1.60 20 1.05 1.22 1.35 1.45 1.60 1.60

　?、?氧化氮化合物的需氧率OV_N可按下式計(jì)算：

　　OV_N＝(4.6×N_ne＋1.7×N_DN)/BOD₅

　?、?選擇曝氣區(qū)的溶解氧濃度C_X，根據(jù)峰值系數(shù)f_C和f_N計(jì)算最大小時(shí)供氧率(氧負(fù)荷)O_B：

　　O_B＝〔C_s/(C_s－C_x)〕/(OV_c×f_C＋OV_N×f_N)
　　式中　 C_s——污水中飽和溶解氧濃度，mg/L
　　　　　 C_x——曝氣池中溶解氧濃度，mg/ L
　　　　　 f_C——碳負(fù)荷峰值系數(shù)，即最大小時(shí)需氧率與平均小時(shí)需氧率之比
　　　　　 f_N——氮負(fù)荷峰值系數(shù)

　　推薦的C_X值為：在無硝化的裝置中取2 mg/L；進(jìn)行硝化的裝置中取2 mg/L；進(jìn)行硝化同步/反硝化的裝置中取0.5mg/L。
　　如果無法測(cè)得峰值系數(shù)，可從表6中查取。由于在污水處理廠最大氮負(fù)荷與最大碳負(fù)荷并不同時(shí)出現(xiàn)，因此選用最大碳負(fù)荷和平均氮負(fù)荷或最大氮負(fù)荷和平均碳負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。

表6 峰值系數(shù) 各類負(fù)荷值系數(shù) 泥齡（d） 4 6 8 10 15 25 fc
fN（≤2萬人口當(dāng)量）
fN（＞10萬人口當(dāng)量） 1.3 1.25 1.2 1.2 1.15 1.1 - - - 2.5 2.0 1.5 - - 2.0 1.8 1.5 - 注 假定24h中出現(xiàn)2h峰值

　?、?根據(jù)供氧率(氧負(fù)荷)O_B和曝氣設(shè)備的氧利用率計(jì)算設(shè)計(jì)供氧量。如果曝氣設(shè)備的氧利用率是在清水中測(cè)定的，則計(jì)算結(jié)果必須除以供氧系數(shù)α(0.5～1.0)。
　　應(yīng)特別注意的問題還有，夏季在不具備反硝化功能的污水處理廠進(jìn)行污水硝化時(shí)，OV_C值必須增加1/3。另外，最大小時(shí)需氧率是根據(jù)峰值系數(shù)f_C和f_N、以及日需氧率的1/24計(jì)算的，因此若采用間歇反硝化，供氧量應(yīng)依據(jù)曝氣間歇時(shí)間相應(yīng)提高。
　　在前置反硝化工藝中，可將供氧和攪拌分開。反硝化區(qū)的攪拌強(qiáng)度取決于池容，通常為3～8W/m³。同時(shí)，在反硝化區(qū)安裝曝氣裝置有利于加強(qiáng)運(yùn)行靈活性。
　　對(duì)前置反硝化系統(tǒng)的測(cè)試表明，曝氣區(qū)起始段的耗氧量為平均耗氧量的2倍，故應(yīng)合理布置曝氣裝置，保證整個(gè)曝氣區(qū)內(nèi)的溶解氧都不低于2mg/L。對(duì)于推流式曝氣池，應(yīng)分別在沿池長(zhǎng)25％和75％處測(cè)量池中的溶解氧。供氧量也可根據(jù)連續(xù)監(jiān)測(cè)曝氣池出水中的NH₄+-N值進(jìn)行調(diào)整。

參考文獻(xiàn)?

　　1 ATV.Arbeitsblatt A131.1991.4～12

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　　作者通訊處： 200092 上海市四平路1239號(hào) 同濟(jì)大學(xué)工程學(xué)院
　　(收稿日期 1998-11-30)