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反硝化过程中碳源消耗量的计算及解释
更新时间:2022-10-12 来源:环保工程师 作者:曹佩

  反硝化反应是反硝化类细菌利用硝态氮/亚硝态氮为电子受体来氧化有机物或无机物从而实现自我繁殖的异养菌和自养菌的生理过程。

  大体上可分为两类,一类为异养菌(以有机碳源为电子供体),一类为自养菌(以硫自养反硝化菌为例,利用低价态的硫为电子供体来还原硝氮/亚硝氮)。

  下面我重点啰嗦一下异养型反硝化菌。

  异养型反硝化菌是利用硝氮/亚硝氮来氧化有机物,1g的硝氮需要2.86g的COD来提供电子。此时,反硝化所需要的碳氮比是2.86:1。

  生存、生长和繁殖是任何生物最原始和最基本的欲望。异养型反硝化菌为什么要去反硝化,它又不是冤大头,反硝化只是它生长繁殖中的一个提供能量的反应。它们要生长,要繁殖就需要有能量,能量来源就是反硝化过程提供的。能量来源有了,那它们生长繁殖的营养物质是啥?异养型微生物不可能将二氧化碳合成自身有机质的,只能利用水中的有机物来合成自身细胞的有机质,所以这个过程也是消耗碳源的。这个过程的碳源消耗量多大?在这个过程中碳源的消耗主要是用于合成自身的细胞物质,这是可以定量分析的。1g的细胞物质相当于1.42g的COD(有兴趣的污师可以用微生物细胞的化学分子式去算一下C5H7NO2)。所以反硝化菌合成1g的细胞物质(污泥的表观产率)需要消耗1.42g的COD。

  因内回流或进水携带的DO不参与反硝化反应,所以本文只讨论反硝化反应过程中碳源的消耗,暂不讨论DO对碳源的影响!

  综合反硝化菌的能量来源以及自身生长繁殖后,可以得出以下公式:

  △COD/△N=2.86/(1-1.42Yb)

  式中:

  △COD及△N指的是参与反硝化反应的COD及硝氮;Yb指的是反硝化菌的污泥表观产率(切记,是反硝化菌的污泥产率而不是整个系统的污泥产率)。单位:gSS/gCOD。2.86:还原1g硝氮消耗的碳源量,gCOD/ gN。1.42:细胞体所贡献的COD量,gCOD/gSS。SS代表细胞。

  从上式中可以看出一下问题:

  2.86是最基本的能量来源需求,如果这个都满足不了,那么反硝化菌怎么心甘情愿的去干活。

  Yb污泥产率决定了反硝化碳源的需求量,污泥产率越高,反硝化碳氮比需求量越大,反之越低。

  反硝化菌的污泥产率能低到一个什么程度?这个是个工艺及运行工况有关的,我觉得这点展开来讲没有意义,如果大家感兴趣,我可以单独写一篇关于这方面的文章。

  我常说的一句话:污水处理是一个动态平衡的过程。

  如市政污水AA/O工艺中三大正规军分别是:聚磷菌、反硝化菌、硝化菌,除此之外还有大量的杂牌军(以聚糖菌等一系列异养菌为主)。我们在运行过程中需要的是三大正规军,它们活干的好,出水必须得好,要不然对不起他们的工作。杂牌军是只吃粮饷不干活的种,杂牌军在争夺粮饷(碳源)方面要强于正规军,杂牌军越多则需要的粮饷(碳源)越多,如果杂牌军占优势,那么来水中那少的可怜的碳源就不够正规军用了,从而导致正规军军心不稳,从而使系统出现这样那样的问题。如何减少杂牌军那要看各位污师的手段。

  只有当杂牌军少了,粮饷才能更好的被正规军(硝化菌不算)利用,出水水质才能好,碳源投加量才能低。


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