環(huán)境工程課件PPT課件

1、一、氮的去除一、氮的去除 廢水中的氮以有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮四種形式存在。1. 化學(xué)法除氮(1) 吹脫法: 廢水中，NH3與NH4+以如下的平衡狀態(tài)共存：OHNHOHNH423 這一平衡受pH的影響，pH為10.511.5時(shí)，因廢水中的氮呈飽和狀態(tài)而逸出，所以吹脫法常需加石灰。 吹脫過(guò)程包括將廢水的pH提高至10.511.5，然后曝氣，這一過(guò)程在吹脫塔中進(jìn)行。 通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂?，可完全去除水中的氨氮?為減少氯的投加量，常與生物硝化聯(lián)用，先硝化再除微量的殘留氨氮。(2) 折點(diǎn)加氯法: 含氨氮的水加氯時(shí)，有下列反應(yīng)：ClHHOClOHCl22OHHClNHHOClNH224O2HHNHCl

2、2HOClNH224O3H3Cl5HN3HOCl2NH224O3HHNCl3HOClNH234(3) 離子交換法: 常用天然的離子交換劑，如沸石等。 與合成樹(shù)脂相比，天然離子交換劑價(jià)格便宜且可用石灰再生。2. 生物法脫氮(1) 生物脫氮機(jī)理 生物脫氮是在微生物的作用下，將有機(jī)氮和氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2和NxO氣體的過(guò)程。其中包括硝化和反硝化兩個(gè)反應(yīng)過(guò)程。 同化作用去除的氮依運(yùn)行條件和水質(zhì)而定，如果微生物細(xì)胞中氮含量以12.5%計(jì)算，同化氮去除占原污水BOD的2%5%，氮去除率在8%20%。 有機(jī)氮 （蛋白質(zhì)、尿素） 細(xì)菌分解和水解 氨 氮 同 化 有機(jī)氮 有機(jī)氮 （NH3-N） （細(xì)菌細(xì)胞） （凈增

3、長(zhǎng)） O2 硝化 自溶和自身氧化 亞硝態(tài)氮 反硝化 （NO2-） O2 有機(jī)碳 硝化 硝態(tài)氮 反硝化 氮?dú)?（NO3-） （N2） 有機(jī)碳 2、生物脫氮氨化反應(yīng)： 新鮮污水中，含氮化合物主要是以有機(jī)氮，如蛋白質(zhì)、尿素、胺類(lèi)化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少數(shù)的氨態(tài)氮如NH3及NH4+等。 微生物分解有機(jī)氮化合物產(chǎn)生氨的過(guò)程稱為氨化作用，很多細(xì)菌、真菌和放線菌都能分解蛋白質(zhì)及其含氮衍生物，其中分解能力強(qiáng)并釋放出氨的微生物稱為氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有機(jī)氮化合物分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，以氨基酸為例：322NHRCOHCOOHOHCOOHRCHNH3222NHCORCOCO

4、OHOCOOHRCHNH 硝化反應(yīng)是在好氧條件下，將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-的過(guò)程。O2H4H2NO3O2NH22亞硝酸菌24 322NO2O2NO2硝酸菌 總反應(yīng)式為：OHH2NOO2NH2324硝化細(xì)菌 硝化細(xì)菌是化能自養(yǎng)菌，生長(zhǎng)率低，對(duì)環(huán)境條件變化較為敏感。溫度、溶解氧、污泥齡、pH、有機(jī)負(fù)荷等都會(huì)對(duì)它產(chǎn)生影響。 32e22e2e22e4NONO硝酰酰NOH羥胺OHNHNH硝化反應(yīng)：硝化過(guò)程的影響因素： （a）好氧環(huán)境條件，并保持一定的堿度：硝化菌好氧環(huán)境條件，并保持一定的堿度：硝化菌為了獲得足夠的能量用于生長(zhǎng)，必須氧化大量的為了獲得足夠的能量用于生長(zhǎng)，必須氧化大量的NH3和和N

5、O2-，氧氧是硝化反應(yīng)的是硝化反應(yīng)的電子受體電子受體，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧含量的高低，必將影響硝化反應(yīng)的進(jìn)程，在硝化反應(yīng)含量的高低，必將影響硝化反應(yīng)的進(jìn)程，在硝化反應(yīng)的曝氣池內(nèi)，溶解氧含量不得低于的曝氣池內(nèi)，溶解氧含量不得低于1mg/L，多數(shù)學(xué)者，多數(shù)學(xué)者建議溶解氧應(yīng)保持在建議溶解氧應(yīng)保持在1.52.0mg/L。 在硝化反應(yīng)過(guò)程中，釋放在硝化反應(yīng)過(guò)程中，釋放H+，使，使pH下降，硝化下降，硝化菌對(duì)菌對(duì)pH的變化十分敏感，為保持適宜的的變化十分敏感，為保持適宜的pH，應(yīng)當(dāng)在，應(yīng)當(dāng)在污水中保持足夠的堿度，以調(diào)節(jié)污水中保持足夠的堿度，以調(diào)節(jié)pH的變化，如果使氨的變化，如果使氨態(tài)氮（以態(tài)氮（

6、以N計(jì)）完全硝化，需堿度（以計(jì)）完全硝化，需堿度（以CaCO3計(jì)）計(jì)）7.14g。對(duì)硝化菌的適宜的。對(duì)硝化菌的適宜的pH為為8.08.4。 硝化過(guò)程的影響因素： （b）混合液中有機(jī)物含量不應(yīng)過(guò)高：硝化菌是）混合液中有機(jī)物含量不應(yīng)過(guò)高：硝化菌是自自養(yǎng)菌，有機(jī)基質(zhì)濃度并不是它的增殖限制因素，若養(yǎng)菌，有機(jī)基質(zhì)濃度并不是它的增殖限制因素，若BOD值過(guò)高，將使增殖速度較快的異養(yǎng)型細(xì)菌迅速增值過(guò)高，將使增殖速度較快的異養(yǎng)型細(xì)菌迅速增殖，從而使硝化菌不能成為優(yōu)勢(shì)種屬。殖，從而使硝化菌不能成為優(yōu)勢(shì)種屬。 （c）硝化反應(yīng)的適宜溫度是）硝化反應(yīng)的適宜溫度是2030，15以下以下時(shí)，硝化反應(yīng)速度下降，時(shí)，硝化反應(yīng)速

7、度下降，5時(shí)完全停止。時(shí)完全停止。硝化過(guò)程的影響因素：硝化過(guò)程的影響因素： （d）硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，即生物固）硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，即生物固體平均停留時(shí)間（污泥齡）體平均停留時(shí)間（污泥齡）SRT，必須大于其最小的，必須大于其最小的世代時(shí)間，否則將使硝化菌從系統(tǒng)中流失殆盡，一般世代時(shí)間，否則將使硝化菌從系統(tǒng)中流失殆盡，一般認(rèn)為硝化菌最小世代時(shí)間在適宜的溫度條件下為認(rèn)為硝化菌最小世代時(shí)間在適宜的溫度條件下為3d。SRT值與溫度密切相關(guān)，溫度低值與溫度密切相關(guān)，溫度低SRT取值應(yīng)相應(yīng)明顯取值應(yīng)相應(yīng)明顯提高。提高。 （e）除有毒有害物質(zhì)及重金屬外，對(duì)硝化反應(yīng)產(chǎn)）除有毒有害物質(zhì)及重金屬外

8、，對(duì)硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用的物質(zhì)還有高濃度的生抑制作用的物質(zhì)還有高濃度的NH4-N、高濃度的、高濃度的NOx-N、高濃度的有機(jī)基質(zhì)、部分有機(jī)物以及絡(luò)合陽(yáng)、高濃度的有機(jī)基質(zhì)、部分有機(jī)物以及絡(luò)合陽(yáng)離子等。離子等。 反硝化反應(yīng)是指在無(wú)氧的條件下，反硝化菌將硝酸鹽氮(NO3-)和亞硝酸鹽氮(NO2-)還原為氮?dú)獾倪^(guò)程。OH4CO2NO6OHCH26NO22233硝酸還原菌-222326OHOH3CO3N3OHCH36NO亞硝酸還原菌 反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在有氧存在時(shí)，它會(huì)以O(shè)2為電子受體進(jìn)行呼吸；在無(wú)氧而有NO3-或NO2-存在時(shí)，則以NO3-或NO2-為電子受體，以有機(jī)碳為電子供體和營(yíng)養(yǎng)源進(jìn)行反

9、硝化反應(yīng)。-222336OHOH7CO5N3OHCH56NO反硝化菌 總反應(yīng)式為：反硝化反應(yīng)： 在反硝化菌代謝活動(dòng)的同時(shí)，伴隨著反硝化菌的生長(zhǎng)繁殖，即菌體合成過(guò)程，反應(yīng)如下：O19HNOHC3H3COOHCH14NO32275233O2.44H0.76CON47. 0NOH.065C0HOHCH08. 1NO22227533式中：C5H7O2N為反硝化微生物的化學(xué)組成。 反硝化還原和微生物合成的總反應(yīng)式為： 從以上的過(guò)程可知，約96的NO3-N經(jīng)異化過(guò)程還原，4經(jīng)同化過(guò)程合成微生物。反硝化過(guò)程的影響因素： （a）碳源：能為反硝化菌所利用的碳源較多，從）碳源：能為反硝化菌所利用的碳源較多，從污水

10、生物脫氮考慮，可有下列三類(lèi)：一是原污水中污水生物脫氮考慮，可有下列三類(lèi)：一是原污水中所含碳源，對(duì)于城市污水，當(dāng)原污水所含碳源，對(duì)于城市污水，當(dāng)原污水BOD5/TKN35時(shí)時(shí),即可認(rèn)為碳源充足；二是外加碳即可認(rèn)為碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇（源，多采用甲醇（CH3OH），因?yàn)榧状急环纸夂蟮模?，因?yàn)榧状急环纸夂蟮漠a(chǎn)物為產(chǎn)物為CO2和和H2O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物；三，不留任何難降解的中間產(chǎn)物；三是利用微生物組織進(jìn)行內(nèi)源反硝化。是利用微生物組織進(jìn)行內(nèi)源反硝化。 （b）pH：對(duì)反硝化反應(yīng)，最適宜的對(duì)反硝化反應(yīng)，最適宜的pH是是6.57.5。pH高于高于8或低于或低于6，反硝化速率將大為下降。

11、，反硝化速率將大為下降。反硝化過(guò)程的影響因素： （c）溶解氧濃度：反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，）溶解氧濃度：反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在無(wú)分子氧同時(shí)存在硝酸根離子和亞硝酸根離子的在無(wú)分子氧同時(shí)存在硝酸根離子和亞硝酸根離子的條件下，它們能夠利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，條件下，它們能夠利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，使硝酸鹽還原。另一方面，反硝化菌體內(nèi)的某些酶使硝酸鹽還原。另一方面，反硝化菌體內(nèi)的某些酶系統(tǒng)組分，只有在有氧條件下，才能夠合成。這樣，系統(tǒng)組分，只有在有氧條件下，才能夠合成。這樣，反硝化反應(yīng)宜于在缺氧、好氧條件交替的條件下進(jìn)反硝化反應(yīng)宜于在缺氧、好氧條件交替的條件下進(jìn)行，溶解氧應(yīng)控制在行，溶

12、解氧應(yīng)控制在0.5 mg/L以下。以下。 （d）溫度：反硝化反應(yīng)的最適宜溫度是）溫度：反硝化反應(yīng)的最適宜溫度是2040，低于低于15反硝化反應(yīng)速率最低。為了保持一定的反反硝化反應(yīng)速率最低。為了保持一定的反硝化速率，在冬季低溫季節(jié)，可采用如下措施：提硝化速率，在冬季低溫季節(jié)，可采用如下措施：提高生物固體平均停留時(shí)間；降低負(fù)荷率；提高污水高生物固體平均停留時(shí)間；降低負(fù)荷率；提高污水的水力停留時(shí)間。的水力停留時(shí)間。 在反硝化反應(yīng)中，最大的問(wèn)題就是污水中可用于反硝化的有機(jī)碳的多少及其可生化程度。碳源原水中含有的有機(jī)碳外加碳源，多用甲醇內(nèi)源呼吸碳源細(xì)菌體內(nèi)的原生物質(zhì)及其貯存的有機(jī)物(2) 生物脫氮工藝（

13、a）三段生物脫氮工藝： 將有機(jī)物氧化、硝化以及反硝化段獨(dú)立開(kāi)來(lái)，每一部分都有其自己的沉淀池和各自獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)。（b）Bardenpho生物脫氮工藝： 設(shè)立兩個(gè)缺氧段，第一段利用原水中的有機(jī)物為碳源和第一好氧池中回流的含有硝態(tài)氮的混合液進(jìn)行反硝化反應(yīng)。 為進(jìn)一步提高脫氮效率，廢水進(jìn)入第二段反硝化反應(yīng)器，利用內(nèi)源呼吸碳源進(jìn)行反硝化。 曝氣池用于吹脫廢水中的氮?dú)猓岣呶勰嗟某两敌阅?，防止在二沉池發(fā)生污泥上浮現(xiàn)象。（c）缺氧好氧生物脫氮工藝： 該工藝將反硝化段設(shè)置在系統(tǒng)的前面，又稱前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)。 反硝化反應(yīng)以水中的有機(jī)物為碳源，曝氣池中含有大量的硝酸鹽的回流混合液，在缺氧池中進(jìn)行反硝

14、化脫氮。缺氧-好氧生物脫氮工藝 磷也是有機(jī)物中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生磷也是有機(jī)物中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生長(zhǎng)的重要元素。長(zhǎng)的重要元素。 磷主要來(lái)自：人體排泄物以及合成洗滌劑、牲畜飼養(yǎng)場(chǎng)及磷主要來(lái)自：人體排泄物以及合成洗滌劑、牲畜飼養(yǎng)場(chǎng)及含磷工業(yè)廢水。含磷工業(yè)廢水。 危害：促進(jìn)藻類(lèi)等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復(fù)氧危害：促進(jìn)藻類(lèi)等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復(fù)氧平衡；使水質(zhì)迅速惡化，危害水產(chǎn)資源。平衡；使水質(zhì)迅速惡化，危害水產(chǎn)資源。含磷化合物含磷化合物有機(jī)磷有機(jī)磷有機(jī)磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等有機(jī)磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無(wú)機(jī)磷無(wú)機(jī)磷磷酸鹽：正磷酸鹽磷酸鹽：正磷酸鹽

15、(PO(PO4 43-3-) )、磷酸氫鹽、磷酸氫鹽(HPO(HPO4 42-2-) ) 、 磷酸二氫鹽磷酸二氫鹽H H2 2POPO4 4- -、偏磷酸鹽、偏磷酸鹽(PO(PO3 3- -) )聚合磷酸鹽：焦磷酸鹽聚合磷酸鹽：焦磷酸鹽(P(P2 2OO7 74 4) ) 、三磷酸鹽、三磷酸鹽(P(P3 3OO10105-5-) )、 三磷酸氫鹽三磷酸氫鹽(HP(HP3 3OO9 92-2-) ) 二、污水中磷的去除二、污水中磷的去除一般城市污水水質(zhì)與排放要求 常規(guī)活性污泥法的微生物同化和吸附；項(xiàng)項(xiàng) 目目進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)水水質(zhì)/（mgL-1）國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)/（mgL-1）一級(jí)一級(jí)A一級(jí)一級(jí)

16、BCODcr2503005060BOD51001501020SS1502001020TKN(NH3-N)35（25）5（8）8（15）TP5611.5 如何去除以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)？ 生物強(qiáng)化除磷； 投加化學(xué)藥劑除磷。常規(guī)活性污泥法的微生物同化和吸附 普通活性污泥法剩余污泥中磷含量約占微生物干重的1.5%2.0%，通過(guò)同化作用可去除磷12%20%。observe015. 0dBODdTPy 生物強(qiáng)化除磷工藝可以使得系統(tǒng)排除的剩余污泥中磷含量占到干重5%6%。生物強(qiáng)化除磷工藝 如果還不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，就必須借助化學(xué)法除磷。生物強(qiáng)化除磷工藝 利用好氧微生物中聚磷菌在好氧條件下對(duì)污水中溶解性磷酸鹽過(guò)量吸收

17、作用，然后沉淀分離而除磷。 污水中的有機(jī)物在厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸菌的作用下轉(zhuǎn)化為乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厭氧的不利狀態(tài)下，將體內(nèi)積聚的聚磷分解，分解產(chǎn)生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主動(dòng)吸收乙酸苷轉(zhuǎn)化為PHB(聚-羥基丁酸)的形態(tài)儲(chǔ)藏于體內(nèi)。 聚磷分解形成的無(wú)機(jī)磷釋放回污水中，這就是厭氧釋磷。厭氧環(huán)境中： 進(jìn)入好氧狀態(tài)后，聚磷菌將儲(chǔ)存于體內(nèi)的PHB進(jìn)行好氧分解并釋出大量能量供聚磷菌增殖等生理活動(dòng)，部分供其主動(dòng)吸收污水中的磷酸鹽，以聚磷的形式積聚于體內(nèi)，這就是好氧吸磷。 剩余污泥中包含過(guò)量吸收磷的聚磷菌，也就是從污水中去除的含磷物質(zhì)。 普通活性污泥法通過(guò)同化作用除磷率可以達(dá)到12%

18、20%。而具生物除磷功能的處理系統(tǒng)排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重5%6%，去除率基本可滿足排放要求。好氧環(huán)境中： (1) A/O法是由厭氧池和好氧池組成的同時(shí)去除污水中有機(jī)污染物及磷的處理系統(tǒng)。厭氧-好氧除磷工藝流程三、三、 生物除磷及生物脫氮除磷工藝生物除磷及生物脫氮除磷工藝1.A/O生物除磷工藝(2) Phostrip去除磷工藝流程：三、生物除磷及生物脫氮除磷工藝三、生物除磷及生物脫氮除磷工藝2. A2/O工藝A2/O工藝基本流程3. 改進(jìn)的Bardenpho工藝4.UCT工藝5. SBR工藝 SBR工藝是將除磷脫氮的各種反應(yīng)，通過(guò)時(shí)間順序上的控制，在同一反應(yīng)器中完成。 混合液回流 攪拌 攪拌 N2 沉淀池 原污水 處理出水 厭氧反應(yīng)器 缺氧反應(yīng)器 好氧反應(yīng)器 磷釋放 脫氮 BOD 去除、硝化 磷吸收 污泥回流