德國是世界上環(huán)境保護(hù)工作開展較好的國家，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)將德國排水技術(shù)協(xié)會(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：

①　希望達(dá)到的脫氮效果；

②　曝氣池進(jìn)水中硝酸鹽氮NO－3－N和BOD5的比值；

③　曝氣池進(jìn)水中易降解BOD5占的比例；

④　泥齡tS；

⑤　曝氣池中的懸浮固體濃度X；

⑥　污水溫度。

圖1為前置反硝化系統(tǒng)流程。

總回流量QR=QR1+QR2

VT——曝氣池總體積　VDN——反硝化區(qū)體積

VN——硝化區(qū)體積(包括去除BOD和硝化)

圖1　前置反硝化系統(tǒng)流程

1　計(jì)算NDN/BOD5和VDN/VT

NDN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VDN占總體積VT的大小。

由氮平衡計(jì)算NDN/BOD5：

NDN＝TKNi－Noe－Nme－NS

式中　TKNi——進(jìn)水總凱氏氮，mg/L

Noe——出水中有機(jī)氮，一般取1～2 mg/L

Nme——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。按德國標(biāo)準(zhǔn)控制在18 mg/L以下，則設(shè)計(jì)時(shí)取0.67×18＝12 mg/L

NS——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NDN/BOD5之值，然后從表1查得VDN/VT。

表1　晴天和一般情況下反硝化設(shè)計(jì)的參考值

反硝化 前　置　　　　　　　同　步 VDN/VT 反硝化能力，以kgNDN/kgBOD5計(jì)， (t＝10 ℃) 0.20 0.30 0.40 0.50 0.70 0.10 0.12 0.14 0.05 0.08 0.11 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＝（X×VT）/（QS×XR＋Q×XE）

式中　tS　——泥齡，d

X——曝氣池中的活性污泥濃度，即

MLSS，kg/m3

VT——曝氣池總體積，m3

QS——每天排出的剩余污泥體積，m3/d

XR——剩余污泥濃度，kg/m3

Q——設(shè)計(jì)污水流量，m3/d

XE——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＋YP

式中　Y——污泥產(chǎn)率，kg干固體/kgBOD5

YBOD5——剩余污泥產(chǎn)率，kg干固體/kgBOD5

YP——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YBOD5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 0.6 0.8 1.0 1.2 0.74 0.86 0.98 1.10 1.22 0.70 0.82 0.94 1.06 1.18 0.67 0.79 0.91 1.03 1.15 0.64 0.76 0.88 1.00 1.12 0.59 0.71 0.83 0.95 1.07 0.52 0.64 0.76 0.88 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/(tS×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)

VT＝VDN＋VN

5　回流比

內(nèi)循環(huán)回流比R1＝QR1/Q，外循環(huán)回流比R2＝QR2/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EDN計(jì)算所需的最小回流比。

EDN＝NDN/(NDN＋Nne)

所需的最小回流比

R＝1/(1－EDN)－1
式中　EDN——反硝化率

Nne——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)測反硝化區(qū)Nne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OVC和氧化氮化合物的需氧率OVN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)OB 。

①　分解碳化合物的需氧率OVC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

②　氧化氮化合物的需氧率OVN可按下式計(jì)算：

OVN＝(4.6×Nne＋1.7×NDN)/BOD5

③　選擇曝氣區(qū)的溶解氧濃度CX，根據(jù)峰值系數(shù)fC和fN計(jì)算最大小時(shí)供氧率(氧負(fù)荷)OB：

OB＝〔Cs/(Cs－Cx)〕/(OVc×fC＋OVN×fN)

式中　Cs——污水中飽和溶解氧濃度，mg/L

Cx——曝氣池中溶解氧濃度，mg/ L

fC——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

fN——氮負(fù)荷峰值系數(shù)

推薦的CX值為：在無硝化的裝置中取2mg/L；進(jìn)行硝化的裝置中取2mg/L；進(jìn)行硝化同步/反硝化的裝置中取0.5mg/L。

如果無法測得峰值系數(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

④　根據(jù)供氧率(氧負(fù)荷)OB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)，OVC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)fC和fN、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3～8 W/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。

對前置反硝化系統(tǒng)的測試表明，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2 mg/L。對于推流式曝氣池，應(yīng)分別在沿池長25％和75％處測量池中的溶解氧。供氧量也可根據(jù)連續(xù)監(jiān)測曝氣池出水中的NH4＋-N值進(jìn)行調(diào)整。