关于氮(N)、磷(P)投加量的详解!

氮、磷等营养元素是维持微生物生长、繁殖的重要因素,如果不能满足微生物对营养元素(N、P)的需要,微生物就不能正常生长繁殖,那么活性污泥对废水的净化功能也将随着微生物生命的结束而消失,因此,对于成分单一,氮、磷营养元素比较缺乏的工业废水来说,氮、磷营养元素的及时、适量投加就显得尤为重要了。
 
1、 N、P 对活性污泥的必要性
 
N、P是活性污泥的主体-微生物的重要组成部分,因此,了解微生物营养需要的基础是了解细胞的化学组成。细胞的化学分析表明:微生物细胞含有大量水分(约 80%),其余为干物质(约 20%),干物质由有机物质(约 90%)和无机物质(约 10%)组成。在有机物质中碳占到了首位(约 53.1%),氮位居第三(约 12.4%);在无机物质中磷居首位(50%),其余为硫、钠等。通常,微生物细胞可表示为 C60H87O23N12P,由此可见,N、P对微生物来说是必不可少的。
 
另一方面,大多数的废水成分庞杂,一般能提供微生物所需的各种营养成分,但是对于那些成分比较单一的工业污水来说,废水中 N、P的相对含量非常的少。根据最小因子定律-微生物生长受相对含量最低而不是绝对含量最少的营养物质的限制-可以看出,用生物法处理工业废水的时候,N、P 易成为限制性因子。因此,在活性污泥法处理成分单一的工业污水时,氮、磷的投加是必要的。
 
2、N、P 的投加量对活性污泥的影响
 
营养元素(N、P)在活性污泥培菌和正常运行阶段都是非常重要的,因此,氮、磷的投加量对活性污泥法处理成分单一的工业污水产生的影响:
 
1. N、P 投加量的不足
 
在活性污泥法处理污水的过程中,氮、磷的投加不足对污水处理的影响主要表现在以下几个方面:
(1)活性污泥絮凝性差
活性污泥在分解有机物时需要配合比例的氮、磷营养元素投加,当氮、磷出现不足的时候,就不能产生足量的微生物分解有机物了。在缺乏营养剂的状态下,活性污泥合成过程中得不到氮磷的足量的配合,絮凝性随即转差。
(2)活性污泥沉降性差
由于活性污泥絮凝性较差,过量细小的活性污泥絮团就更不能发挥较好的沉降性了,丝状菌膨胀就是氮、磷营养元素投加不足的一个表现,同样,由于没能合成足够的微生物来应对进流相对高浓度的有机物,活性污泥处于高负荷状态,在污泥负荷较高的状态下,出现活性污泥沉降性差就成了必然现象了。活性污泥会发生解体或絮凝不佳,所导致的液面浮渣及泡沫现象也就随之而来。
(3)活性污泥处理效率下降
处理效率的下降还是因为合成细菌体的时候营养剂的不足而导致,不能有效和足量的合成。同时,活性污泥结构的松散和因沉降性差而流失是导致活性污泥处理效率差的另一个原因。
(4)二沉池放流出水带呈棕黄色
二沉池放流出水呈现棕黄色有多种原因,其中因为活性污泥缺乏氮、磷营养元素的足够补充而导致活性污泥合成和代谢的故障,就会发生活性污泥的解体,当解体的活性污泥溶解到水体中时便发现二沉池放流出水的异常了。
(5)活性污泥浓度提升困难
在活性污泥法处理污水的前期,对活性污泥的培养、驯化阶段,如果氮、磷营养元素投加不足,就会严重的影响活性污泥的浓度的提升。表现为:活性污泥的浓度低,很长一段时间后挂膜不成功。活性污泥的培菌阶段,营养元素(N、P)的投加要求和正常培菌一样,需要严格掌握,但是相对于正常运行时投加营养元素的量而言,是需要略高一点的,基本上要高过正常值的 15%左右,目的也是在于为活性污泥的快速培菌启动成功提供必要的外围条件,同时也为活性污泥的培菌过程中快速增殖的活性污泥浓度提供必要的保证。
 
2.N、P 投加量过多
 
氮、磷营养元素投加过量同样对活性污泥沉降不利的,其在活性污泥法处理污水的过程中对系统的不良影响主要表现在以下几个方面:
(1) 二沉池滋长青苔或藻类
青苔和藻类一样,利用光合作用进行繁殖,需要营养元素(N、P)作为必要元素。当营养剂投加过量时,极易导致在二沉池出水堰口滋生青苔。在水质处理较好时也可发现藻类的踪迹。其原因是由于投入生化系统的氮、磷过量,活性污泥不能全部利用,就会出现相对的富营养化现象。由此也会降低生物滤池的处理效率,通常会降低 10%的去除效率,其原因在于滋生的藻类并不具备降解废水中有机物的能力,其只需要营养剂及阳光作为生长繁殖所需的能量。
(2)二沉池出现浮泥
二沉池发生污泥上浮的原因很多,但由于氮、磷营养元素投加过多导致的活性污泥上浮,多半是活性污泥中存在过量的氮而导致活性污泥在厌氧状态下发生了活性污泥的反硝化现象。反硝化过程中产生的气体携活性污泥絮团上浮,其上浮状态常呈雪花样片状上浮。
(3)活性污泥系统中生物相的变化
氮、磷营养元素投加过量还会导致活性污泥系统中生物相的变化。这些变化可以从观察原生动物种类中得到印证,主要表现在爬行类纤毛虫的数量变化上,如:累枝虫代替钟形虫占优势等活性污泥原生动物的变化。从这个方面可以发现氮、磷营养元素投加过多,在一定时期内对活性污泥中的微生物影响不大,但是长期过量投加,微生物种群将发生变化,对处理的效果也会产生比较严重的影响。
(4) 出水氮、磷含量过高
活性污泥中微生物的量是一定的,微生物生长所需要的营养元素(N、P)的量也是一定的。如果投加的营养元素(N、P)的量太多,就会有一部分的 N、P未被利用,它们就会随着处理过的污水一起排放出二沉池,造成二沉出水中的 N、P 含量过高,会使污水的处理效果变差,在一定程度上会加剧水体的富营养化。
 
3、N、P 投加量的计算
 
氮、磷营养元素投加量的确定是合理投加营养剂的前提。在好氧过程中确认投加氮、磷营养元素的量的时候,通常采用如下的经验比例进行计算,即有机物:氮:磷=100:5:1。比例式中,有机物可以用 C 来表示,氮可以用 N 来表示,磷用 P 来表示,表达式可以转变为:C:N:P=100:5:1。此比值可以理解为每分解 100g 有机物,对应需要消耗 5g氮和 1g 的磷,才能保证活性污泥分解有机物时对营养剂的需求是平衡的。在实际的工程应用中往往发现,通过理论计算出的N、P投加量往往较实际需求量大,分析其主要原因是:进流污水、废水中或多或少还是含有营养元素的,如果忽略了这部分营养元素的含量,按理论投加量投加,就会出现排放水氮、磷超标了。因此,要对进流污水、废水中氮、磷值引起足够重视,将此部分氮磷含量计算出来,从理论计算值中扣除掉,这样投加的氮、磷含量就不会过量了。
 
1.氮源添加量计算方法
 
目前对N的争议比较少,一般认同为TKN,除了特定的工业污水,实际进水中有机氮很少,所以投加中按氨氮投加计算居多,N源的投加量为:
N=V*G/Y
式中:
N—N源投加量
V—池内水量
G—需要补充N的差值
Y—N源换算成的N量
1)尿素作为添加N源(CH4N2O 分子量:60.06 g/mol)
尿素含N量46.7%,若需添加1g N源,则需添加尿素Y=1/0.467=2.14 g
2)硫酸铵做为添加N源((NH4)2·SO4分子量:132.14)
硫酸铵含N量 21.2%,若需添加1g N 源,则需添加硫酸铵Y=1/0.212=4.72 g
3)硝酸铵做为添加N源(NH4NO3分子量80g/mol)
硝酸铵含N量 35%,若需添加1g N 源,则需添加硝酸铵Y=1/0.35=2.86 g
 
2.磷酸盐添加量计算
 
普通污泥培养一般按CNP比100:5:1计算,目前对TP是没有争议的一般认同为磷酸盐,除了特定的有机磷与次磷的工业污水,实际投加中按磷酸盐计算,P源的投加量为:
P=V*G/Z
式中:
P—P源投加量
V—池内水量
G—需要补充N的差值
Z—P源换算成的磷酸盐的量
1)磷酸二氢钠作为添加P源(Na2HPO4.7H2O,分子量268.07 g/mol)
磷酸二氢钠含P量 11.57%,若需添加1g P 源,则需添加磷酸二氢钠Z=1/ 0.1157=8.64 g
2)磷酸二氢钾做为添加P源(K2HPO4-3H2O,分子量 228.22g/mol)
磷酸二氢钾含P量13.6%,若需添加1g P源,则需添加磷酸二氢钾Z=1/ 0.136 =7.35 g
3)磷肥过磷酸钙做为添加P源
磷肥中有效磷为可溶性的五氧化二磷(P?O5,分子量141.94g/mol)
磷肥中有效磷含量为12%,P?O5的含P 量为 43.66%,若需添加1g P源,则需添加磷肥Z=1/(0.12×0.4366)=19.09 g

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