硝化反硝化的碳源、堿度的計算,你清楚嗎?
硝化細菌
硝化反應過(guò)程:在有氧條件下,氨氮被硝化細菌所氧化成為亞硝酸鹽和硝酸鹽。包括兩個(gè)基本反應步驟:由亞硝酸菌(Nitrosomonas sp)參與將氨氮轉化為亞硝酸鹽的反應;硝酸菌(Nitrobacter sp)參與的將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽的反應,亞硝酸菌和硝酸菌都是化能自養菌,它們利用CO2、CO32-、HCO3-等作為碳源,通過(guò)NH3、NH4+、或NO2-的氧化還原反應獲得能量。硝化反應過(guò)程需要在好氧(Aerobic或Oxic)條件下進(jìn)行,并以氧作為電子受體,氮元素作為電子供體。其相應的反應式為:
亞硝化反應方程式:
55NH4++76O2+109HCO3→C5H7O2N﹢54NO2-+57H2O+104H2CO3
硝化反應方程式:
400NO2-+195O2+NH4-+4H2CO3+HCO3-→C5H7O2N+400NO3-+3H2O
硝化過(guò)程總反應式:
NH4-+1.83O2+1.98HCO3→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3
通過(guò)上述反應過(guò)程的物料衡算可知,在硝化反應過(guò)程中,將1克氨氮氧化為硝酸鹽氮需好氧4.57克(其中亞硝化反應需耗氧3.43克,硝化反應耗氧量為1.14克),同時(shí)約需耗7.14克重碳酸鹽(以CaCO3計)堿度。
在硝化反應過(guò)程中,氮元素的轉化經(jīng)歷了以下幾個(gè)過(guò)程:氨離子NH4-→羥胺NH2OH→硝?;鵑OH→亞硝酸鹽NO2-→硝酸鹽NO3-。
污水中含碳有機物作為反硝化反應過(guò)程中的電子供體。由上式可知,每轉化1gNO2-為N2時(shí),需有機物(以BOD表示)1.71g;每轉化1gNO3-為N2時(shí),需有機物(以BOD表示)2.86g。同時(shí)產(chǎn)生3.57g重碳酸鹽堿度(以CaCO3計)。
如果污水中含有溶解氧,為使反硝化完全,所需碳源有機物(以BOD表示)用下式計算:
C=2.86Ni+1.71N0+DO0
其中:
C為反硝化過(guò)程有機物需要量(以BOD表示),mg/l;
Ni為初始硝酸鹽氮濃度(mg/l)
N0為初始亞硝酸鹽氮濃度(mg/l)
DO0為初始溶解氧濃度(mg/l)
如果污水中碳源有機物濃度不足時(shí),應補充投加易于生物降解的碳源有機物(甲醇、乙醇或糖類(lèi))。以甲醇為例,則
NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7O2N+0.47N2↑+1.68H2O+HCO3-
如果水中有NO2-,則會(huì )發(fā)生下述反應:
NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7O2N+0.48N2↑+1.23H2O+HCO3-
由上式可見(jiàn),每還原1gNO2-和1gNO3-分別需要消耗甲醇1.53g和2.47g。
當水中有溶解氧存在時(shí),氧消耗甲醇的反應式為:
O2+0.93CH3OH+0.056NO3-→0.056C5H7O2N+1.64H2O+0.056HCO3-+0.59H2CO3
綜上所述,可得反硝化過(guò)程需要有機碳源(甲醇)的投加量公式為:
Cm=2.47Ni+1.53N0+DO0
其中:
Cm為反硝化過(guò)程中需要的甲醇濃度(mg/l)
其余符號同上
綜上所述,硝化反應每氧化1g氨氮耗氧4.57g,消耗堿度7.14g,表現為PH值下降,在反硝化過(guò)程中,去除硝酸鹽氮的同時(shí)去除碳源,這部分碳源折合DO2.6g,另外,反硝化過(guò)程中補償堿度3.57g。