干貨 | 活性污泥中氮磷的作用及投加計算

       氮、磷等營養元素是維持微生物生長、繁殖的重要因素，如果不能滿足微生物對營養元素(N、P)的需要，微生物就不能正常生長繁殖，那么活性污泥對廢水的凈化功能也將隨著微生物生命的結束而消失，因此，對于成分單一，氮、磷營養元素比較缺乏的工業廢水來說，氮、磷營養元素的及時、適量投加就顯得尤為重要了。

一、N、P 對活性污泥的必要性

      N、P是活性污泥的主體-微生物的重要組成部分，因此，了解微生物營養需要的基礎是了解細胞的化學組成。細胞的化學分析表明：微生物細胞含有大量水分(約 80%)，其余為干物質(約 20%)，干物質由有機物質(約 90%)和無機物質(約 10%)組成。在有機物質中碳占到了首位（約 53.1%），氮位居第三（約 12.4%）；在無機物質中磷居首位(50%)，其余為硫、鈉等。通常，微生物細胞可表示為 C60H87O23N12P，由此可見，N、P對微生物來說是必不可少的。

另一方面，大多數的廢水成分龐雜，一般能提供微生物所需的各種營養成分，但是對于那些成分比較單一的工業污水來說，廢水中 N、P的相對含量非常的少。根據zui小因子定律-微生物生長受相對含量zui低而不是jue對含量zui少的營養物質的限制-可以看出，用生物法處理工業廢水的時候，N、P 易成為限制性因子。因此，在活性污泥法處理成分單一的工業污水時，氮、磷的投加是必要的。

二、N、P 的投加量對活性污泥的影響

      營養元素(N、P)在活性污泥培菌和正常運行階段都是非常重要的，因此，氮、磷的投加量對活性污泥法處理成分單一的工業污水產生的影響：

1、N、P 投加量的不足

      在活性污泥法處理污水的過程中，氮、磷的投加不足對污水處理的影響主要表現在以下幾個方面：

（1）活性污泥絮凝性差

      活性污泥在分解有機物時需要配合比例的氮、磷營養元素投加，當氮、磷出現不足的時候，就不能產生足量的微生物分解有機物了。在缺乏營養劑的狀態下，活性污泥合成過程中得不到氮磷的足量的配合，絮凝性隨即轉差。

（2）活性污泥沉降性差

      由于活性污泥絮凝性較差，過量細小的活性污泥絮團就更不能發揮較好的沉降性了，絲狀菌膨脹就是氮、磷營養元素投加不足的一個表現，同樣，由于沒能合成足夠的微生物來應對進流相對高濃度的有機物，活性污泥處于高負荷狀態，在污泥負荷較高的狀態下，出現活性污泥沉降性差就成了必然現象了?；钚晕勰鄷l生解體或絮凝不佳，所導致的液面浮渣及泡沫現象也就隨之而來。

（3）活性污泥處理效率下降

      處理效率的下降還是因為合成細jun體的時候營養劑的不足而導致，不能有效和足量的合成。同時，活性污泥結構的松散和因沉降性差而流失是導致活性污泥處理效率差的另一個原因。

（4）二沉池放流出水帶呈棕黃色

      二沉池放流出水呈現棕黃色有多種原因，其中因為活性污泥缺乏氮、磷營養元素的足夠補充而導致活性污泥合成和代謝的故障，就會發生活性污泥的解體，當解體的活性污泥溶解到水體中時便發現二沉池放流出水的異常了。

（5）活性污泥濃度提升困難

      在活性污泥法處理污水的前期，對活性污泥的培養、馴化階段，如果氮、磷營養元素投加不足，就會嚴重的影響活性污泥的濃度的提升。表現為：活性污泥的濃度低，很長一段時間后掛膜不成功?；钚晕勰嗟呐嗑A段，營養元素(N、P)的投加要求和正常培菌一樣，需要嚴格掌握，但是相對于正常運行時投加營養元素的量而言，是需要略高一點的，基本上要高過正常值的 15%左右，目的也是在于為活性污泥的快速培菌啟動成功提供必要的外圍條件，同時也為活性污泥的培菌過程中快速增殖的活性污泥濃度提供必要的保證。

2、N、P 投加量過多

       氮、磷營養元素投加過量同樣對活性污泥沉降不利的，其在活性污泥法處理污水的過程中對系統的不良影響主要表現在以下幾個方面：

（1）二沉池滋長青苔或藻類

       青苔和藻類一樣，利用光合作用進行繁殖，需要營養元素(N、P)作為必要元素。當營養劑投加過量時，極易導致在二沉池出水堰口滋生青苔。在水質處理較好時也可發現藻類的蹤跡。其原因是由于投入生化系統的氮、磷過量，活性污泥不能全部利用，就會出現相對的富營養化現象。由此也會降低生物濾池的處理效率，通常會降低 10%的去除效率，其原因在于滋生的藻類并不具備降解廢水中有機物的能力，其只需要營養劑及陽光作為生長繁殖所需的能量。

（2）二沉池出現浮泥

       二沉池發生污泥上浮的原因很多，但由于氮、磷營養元素投加過多導致的活性污泥上浮，多半是活性污泥中存在過量的氮而導致活性污泥在厭氧狀態下發生了活性污泥的反硝化現象。反硝化過程中產生的氣體攜活性污泥絮團上浮，其上浮狀態常呈雪花樣片狀上浮。

（3）活性污泥系統中生物相的變化

       氮、磷營養元素投加過量還會導致活性污泥系統中生物相的變化。這些變化可以從觀察原生動物種類中得到印證，主要表現在爬行類纖毛蟲的數量變化上，如：累枝蟲代替鐘形蟲占優勢等活性污泥原生動物的變化。從這個方面可以發現氮、磷營養元素投加過多，在一定時期內對活性污泥中的微生物影響不大，但是長期過量投加，微生物種群將發生變化，對處理的效果也會產生比較嚴重的影響。

（4）出水氮、磷含量過高

       活性污泥中微生物的量是一定的，微生物生長所需要的營養元素(N、P)的量也是一定的。如果投加的營養元素(N、P)的量太多，就會有一部分的 N、P未被利用，它們就會隨著處理過的污水一起排放出二沉池，造成二沉出水中的 N、P 含量過高，會使污水的處理效果變差，在一定程度上會加劇水體的富營養化。

三、N、P 投加量的計算

       氮、磷營養元素投加量的確定是合理投加營養劑的前提。在好氧過程中確認投加氮、磷營養元素的量的時候，通常采用如下的經驗比例進行計算，即有機物:氮:磷=100:5:1。比例式中，有機物可以用 C 來表示，氮可以用 N 來表示，磷用 P 來表示，表達式可以轉變為：C:N:P=100:5:1。此比值可以理解為每分解 100g 有機物，對應需要消耗 5g氮和 1g 的磷，才能保證活性污泥分解有機物時對營養劑的需求是平衡的。

       在實際的工程應用中往往發現，通過理論計算出的N、P投加量往往較實際需求量大，分析其主要原因是：進流污水、廢水中或多或少還是含有營養元素的，如果忽略了這部分營養元素的含量，按理論投加量投加，就會出現排放水氮、磷超標了。因此，要對進流污水、廢水中氮、磷值引起足夠重視，將此部分氮磷含量計算出來，從理論計算值中扣除掉，這樣投加的氮、磷含量就不會過量了。

1、氮源添加量計算方法

      目前對N的爭議比較少，一般認同為TKN，除了特定的工業污水，實際進水中有機氮很少，所以投加中按氨氮投加計算居多，N源的投加量為：N=V*G/Y。

式中：

N—N源投加量

V—池內水量

G—需要補充N的差值

Y—N源換算成的N量

（1）尿素作為添加N源（CH4N2O 分子量：60.06 g/mol）

尿素含N量46.7%，若需添加1g N源，則需添加尿素Y=1/0.467=2.14 g。

（2）硫酸銨做為添加N源（(NH4)2·SO4分子量：132.14）

硫酸銨含N量 21.2%，若需添加1g N 源，則需添加硫酸銨Y=1/0.212=4.72 g。

（3）硝酸銨做為添加N源（NH4NO3分子量80g/mol）

硝酸銨含N量 35%，若需添加1g N 源，則需添加硝酸銨Y=1/0.35=2.86 g。

2、磷酸鹽添加量計算

      普通污泥培養一般按CNP比100：5：1計算，目前對TP是沒有爭議的一般認同為磷酸鹽，除了特定的有機磷與次磷的工業污水，實際投加中按磷酸鹽計算，P源的投加量為：P=V*G/Z。

式中：

P—P源投加量

V—池內水量

G—需要補充N的差值

Z—P源換算成的磷酸鹽的量

（1）磷酸二氫鈉作為添加P源（Na2HPO4.7H2O，分子量268.07 g/mol），磷酸二氫鈉含P量 11.57%，若需添加1g P 源，則需添加磷酸二氫鈉Z=1/ 0.1157=8.64 g。

（2）磷酸二氫鉀做為添加P源（K2HPO4-3H2O，分子量 228.22

g/mol），磷酸二氫鉀含P量13.6%，若需添加1g P源，則需添加磷酸二氫鉀Z=1/ 0.136 =7.35 g。

（3）磷肥過磷酸鈣做為添加P源，磷肥中有效磷為可溶性的五氧化二磷(P?O5，分子量141.94g/mol)，磷肥中有效磷含量為12%，P?O5的含P 量為 43.66%，若需添加1g P源，則需添加磷肥Z=1/(0.12×0.4366)=19.09 g。