《生物脫氮除磷》PPT課件

1、污水的生物脫氮除磷技術(shù)第1章概述第2章生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)第3章生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)第4章生物脫氮除磷工藝第1章概述1.1我國氮磷的污染狀況 1. 2氮磷對(duì)水體的危害13有機(jī)麵解有機(jī)氮摻iillH化作用期:-湃呀.- 彫彩夠彩:麹:麟為 1、茨鄉(xiāng)鄉(xiāng)多鄉(xiāng)多多多多鄉(xiāng)多鄉(xiāng)鄉(xiāng)：；> 多鄉(xiāng)鄉(xiāng)鄉(xiāng)鄉(xiāng)鄉(xiāng)鄉(xiāng)鄉(xiāng)荻鄉(xiāng)鄉(xiāng)鄉(xiāng)左 88888-OXN度菌化DO硝13第2章生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2. 2生物脫氮反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論2. 5生物脫氮新工藝5a 2. 1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1.1生物脫氮反應(yīng)過程 2. 1. 2硝化反應(yīng)與微生物2

2、. 1. 3 反硝化反應(yīng)2. 1. 1生物脫氮反應(yīng)過程丁 1）氨化反應(yīng)：將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨。> 2）硝化反應(yīng)：將氨氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。3）反硝化反應(yīng)：將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為6a 2. 1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1.1生物脫氮反應(yīng)過程2.1.2硝化反應(yīng)與微生物 2. 1. 3反硝化反應(yīng)132. 1. 2 硝化反應(yīng)與微生物一、硝化反應(yīng)微生物二、硝化反應(yīng)式82. 1. 2 硝化反應(yīng)與微生物一、硝化反應(yīng)與微生物（一）硝化過程（二）對(duì)硝化細(xì)菌的新認(rèn)識(shí)82. 1. 2 硝化反應(yīng)與微生物102. 1. 2 硝化反應(yīng)與微生物'、/硝化反應(yīng)與微生物硝化過程與微生物102. 1. 2 硝化反

3、應(yīng)與微生物硝化菌由亞硝酸細(xì)菌（氨氧化細(xì)菌）和硝酸細(xì)菌（亞硝酸鹽氧化細(xì)菌）兩個(gè)亞群組成。自養(yǎng)型硝化菌都是一些革蘭氏陰性菌，硝化時(shí)它們 以氧作為最終的電子受體，屬于嚴(yán)格的好氧菌。（1）第一步由亞硝酸菌將氨氮（NH4+和NH3）轉(zhuǎn)化成亞硝酸 鹽（N02-）；（2）第二步再由硝酸菌將NO?-氧化成硝酸鹽（N（V）010對(duì)逋化細(xì)菌的新認(rèn)識(shí)2. 1. 2硝化反應(yīng)與微生物 郵細(xì)菌屬自養(yǎng)型細(xì)菌，碳源是C02。亦驗(yàn)自養(yǎng)型硝化細(xì)菌能混養(yǎng)（混合營養(yǎng)）生長（以C02、有機(jī)物為碳源），少數(shù)可異養(yǎng)生長。/亞硝酸細(xì)菌（五個(gè)屬）自養(yǎng)、混養(yǎng)；自養(yǎng)、混養(yǎng);嚴(yán)格自養(yǎng)；自養(yǎng)、混養(yǎng);自養(yǎng)、混養(yǎng)； Ni trosomonas Ni tr

4、osococcus Ni trosospira Ni troso vi bri o Ni trosolobus以氨為唯一能源，自養(yǎng)生長時(shí)，以CO?為唯一碳源;混養(yǎng)時(shí)，可同化有11機(jī)物。對(duì)硝化細(xì)菌的新認(rèn)識(shí)/硝酸細(xì)菌:自養(yǎng)型，有些可混養(yǎng)生長，某些菌株13能異養(yǎng)生長。 Ni trobac ter Ni trococcus Ni trospina Ni trospira自養(yǎng)、可異養(yǎng)，自養(yǎng)快于異養(yǎng) 嚴(yán)格自養(yǎng)嚴(yán)格自養(yǎng)自養(yǎng)、混養(yǎng)以NO?-為唯一能源，自養(yǎng)生長時(shí),以CO?為唯一碳源； 混養(yǎng)時(shí)，可同 化有機(jī)物。2. 1. 2 硝化反應(yīng)與微生物、硝化反應(yīng)微生物A二、硝化反應(yīng)式132. 1. 2硝化反應(yīng)與微生物土、

5、硝化反應(yīng)式（一）硝化反應(yīng)的理論反應(yīng)式（二）硝化反應(yīng)的生化反應(yīng)式（三）硝化反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系（四）硝化反應(yīng)代謝途徑與電子轉(zhuǎn)移14化反應(yīng)式（一）硝比反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)式NH3 + 3/202-> NO2-+H2O+H+/NCV+1/2 02 N03-> NH3 + 202- NO3-+H2O+H+硝化反應(yīng)耗氧量: NH4+-NO3- NH4+-NO2- NO2-NO3-4 57 g 02/g NH4+-N3. 43 g 02/g NH4+-N1. 14 g 02/g NO2-N等化反應(yīng)式1313(二)硝林皮應(yīng)的生化反應(yīng)氨單加輕胺氧而硝醪鹽氧酶還酶還酶氧還酶NH3f nh2oh -»

6、; NOfno2-_N03-(1)氨氧化為疑氨：氨單加氧酶1313/ nh3 + 02nh2oh1313安氧化為亞硝酸鹽：疑胺氧還酶分兩步，中間產(chǎn)物為NONH2OH+ H20 f HN02+4H+ + 4 e-AG°=+23 kj/mol/ 0. 5。2 + 2H+ + 2H20/ NHJH+0. 5 0/9-> HNO? + 2H+ + 2AG%= -137kjAol2AG°= -114 kJ/mol輕胺氧化所需的氧是由水提供的13應(yīng)的生化反應(yīng)式硝酸氧化為硝化鹽：亞硝酸鹽氧還酶1313N02- +出0一N03-+ 2H+2e1313AG°= +83kJ/m

7、ol “0. 5O2+ 2H+2e- f 込0 »妙。 5愉朋molAG°= -54 kj/mol亞硝酸鹽氧化所需的氧是由水提供的戸申化反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系(1)硝f:反應(yīng)生物合成反應(yīng)式：薯考慮硝化細(xì)菌新細(xì)胞的合成，則反應(yīng)式為：第一步1. 00NH4+ + l. 4402+0. O496HCO3一f0. 99N02-+0. 01 C5H7NO2+O. 97禺0 + 1. 99H+第二步1. 00N02-+ 0. 5002 + 0. 031C02+ 0. 00619NH/ + 0. 124H200. 00619H+7 00N03-+0. 00619C5H7N02 +細(xì)胞物質(zhì):C

8、5H7NO213史僧t物合成總反應(yīng)式：NH/ + 1. 8902+0. 0805C02-0. 984N03-+ 0. OI6IC5H7NO2+O. 952H20+98H+13反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系1刖也-N氧化為硝酸鹽：消耗約4. 3 gO2中和7. 14g堿度利用0. 08g無機(jī)碳產(chǎn)生0. 15g新細(xì)胞消耗氧的計(jì)量關(guān)系：完全氧化IgNIV-N,需消耗4. 25gO2完全氧化生成lgN(V-N,需消耗4. 34gO2應(yīng)代謝途徑與電子轉(zhuǎn)移數(shù)代謝過程由多種酶催化氨單加氧酶（AMO）、疑胺氧還酶（HAO）、亞硝酸鹽氧 還酶（NOR）?！跋趸磻?yīng)代謝途徑：NHq+f NH2OH- NO f N02-f N

9、03-/電子轉(zhuǎn)移數(shù)：網(wǎng)+氧化為叫-，經(jīng)歷了多個(gè)步驟、6個(gè)電子變化，說明 亞硝酸菌的酶系統(tǒng)十分復(fù)雜。亞硝酸氧化反應(yīng)只經(jīng)歷了1步、2個(gè)電子變化。a 2. 1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1.1生物脫氮反應(yīng)過程2. 1. 2硝化反應(yīng)與微生物2.1.3反硝化反應(yīng)131. 1. 3 反硝化反應(yīng)、反硝化原理(1) 原理與反應(yīng)(2) 反硝化代謝途徑(3) 參與反硝化代謝的酶(4) 反硝化反應(yīng)化學(xué)計(jì)量關(guān)系二、對(duì)反硝化菌的新認(rèn)識(shí)» "T、 反硝化反應(yīng)I一、護(hù)構(gòu)化原理氷"原理與反應(yīng)生物反硝化是指污水中的硝態(tài)MNOg-和亞硝態(tài)氮N(v, 在無氧或低氧條件下被反硝化細(xì)菌還原成氮?dú)獾倪^程。反

10、 應(yīng)式如下：N03-+2H- N02-+H20N02-+3H-> 1/2N2+H2O+OH總:N03+5H-> 1/2N2 + 2H2O+OH-肖化代謝途徑丁氐肖化過程中NO?-和NO3-的轉(zhuǎn)化是通過反硝化細(xì)菌的異化作用 完成的，被還原成。nh2oh同化作用是叫-和叫-被還原成nh3-n,用于新細(xì)胞的合成。同化反硝化,合成細(xì)胞、NO f N20 N2氣態(tài)異化反硝化反硝化代謝的酶1)硝酸鹽還原酶/2)亞硝酸鹽還原酶 /3) NO還原酶 /4) %0還原酶N02- ->N0NO N2O2727%o 一 n227以硝化反應(yīng)化學(xué)計(jì)量關(guān)系為電子供體的反硝化反應(yīng)式:N03- + 5/6C

11、H30H f5/6C02 + 1/2N2 + 7/6H20 + H0完全還原lgNCV- N2 相當(dāng)于提供了 2.86gC)2, 產(chǎn)生0. 45gVSS,產(chǎn)生3. 57g堿度當(dāng)冊(cè)3-N濃度為lmg/L以上時(shí)，可認(rèn)為反應(yīng)速率為零級(jí)反應(yīng)以硝化反應(yīng)化學(xué)計(jì)量關(guān)系阜為電子供體的反硝化反應(yīng)式:N03- + 5/6CH3OH f 1/2N2 + 5/6C02 + 7/6H20 + H0考慮細(xì)胞合成，以甲醇為電子供體的反硝化反應(yīng)式：N03- + 1. O8CH3OH f 0. 47N2 + 0. 056C5H7N02+0. 76CO2 +1. 44H羅 +蟲還原 igNOs一 約消耗2.47g甲醇，產(chǎn)生 0.

12、 45gVSS,產(chǎn)生3. 57g堿度（假設(shè)水中無NH3）硝化菌的認(rèn)識(shí)硝化菌是異養(yǎng)兼性厭氧菌反硝化菌的能源> (1)化能型：大多數(shù)為化能異養(yǎng)型以有機(jī)物作為能源和碳源少數(shù)化能自養(yǎng)，以氫、氨、硫、硫化氫等無機(jī)物為能源；S +NO3-+H2O f S042-+N2+H+> (2)光能型(光合細(xì)菌)：有光時(shí)，光能異養(yǎng)生長。黑暗條件，化能異養(yǎng)生長。第2章生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.2生物脫氮反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論2. 5生物脫氮新工藝282. 2生物脫氮反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2. 2.1硝化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 2. 2. 2反硝化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)282. 2.

13、 1硝化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)硝化反應(yīng)更接近于莫諾特(Monod)關(guān)系式的基本條件。 因此，常用莫諾特動(dòng)力學(xué)方程來反映硝化細(xì)菌的反應(yīng)和 生長過程。硝化反應(yīng)中，亞硝酸菌的增值速度控制硝化的總反應(yīng)速度。一、亞硝酸菌增值速率二、“比+-“氧化反應(yīng)速率Monod 動(dòng)力學(xué)關(guān)系三、亞硝酸菌的凈增值速度四、硝化的最小污泥齡酸菌增值速度亞硝酸菌比增值速度莫諾特關(guān)系式式中丄座、-TS"NKsn+N "n一一亞硝酸菌的比增殖速度，1/山 Nmax亞硝酸菌的最大比增殖速度; N-NHf-N濃度， mg/L；J亞硝酸菌濃度，mg/L；心n飽和常數(shù)，mg/L；(2)亞硝酸菌的增殖速度為:maxNXKsn+N式中

14、U亞硝酸菌增殖速度，mg/(L-d)28V氧化速度詢下式表示：叫眾氧化速度mg/ (L d)NH/-N比氧化速度,1/d式中 # YdNq =dt3535dNQn =q _ dt x=x-NHf-N濃度，mg/L；亞硝酸菌濃度，mg/L；35(4)肖酸菌產(chǎn)率系數(shù)乙dN q =” dt36化反應(yīng)Monod動(dòng)力學(xué)關(guān)系1Yn3636_NX“="皿 KNtN“N = An max P Tr«SN + "3636“N max NXq _Yg+N)Un max N弘飛（L+AO36WJNH/-N 氧化Yn最大氨氮氧化速度Monod動(dòng)力學(xué)關(guān)系式如下:nh4+-n氧化速度“N m

15、ax NXq Yg+N)dNKnXNq =dtK sn + NNHJ-N 比氧化速度_ “N max N加飛(心+小dN示一 KnNX Ksn + Ny最小污泥齡（i） 硝酸菌的凈增值速度dXdt )E式中:dX亞硝酸菌凈增殖速度;dXdt )T亞硝酸菌自身分解速度。亞硝酸菌合成速度;空、 dt丿e式中心亞硝酸菌自身分解系數(shù)，1®上式各項(xiàng)除X得:式中:X“g 二心 Kd亞硝酸菌凈比增殖速度O40匕的最小污泥齡污泥凈比增值速率的關(guān)系:代入Pn Kd得:為了維持硝化菌的數(shù)量,設(shè)計(jì)最小污泥齡九心必須滿足:4141c min-r-AnK設(shè)計(jì)的固體停留時(shí)間療加應(yīng)為計(jì)算值的1525倍。r硝化反應(yīng)

16、的動(dòng)力學(xué)常數(shù)（2心符號(hào)單位數(shù)值亞硝酸菌硝酸菌總最大比增長速度“Nmaxd1.00.60.8飽和常數(shù)KsngNH4+-N/m30.3 0.3 0.7產(chǎn)率系數(shù)YngVSS/gN0.10-0.120.050.070.15 0.20自身分解系數(shù)d10.030.060.030.060.030.06對(duì)于污水處理來說，出水氨氮一般較高，可認(rèn)為是零級(jí)反應(yīng)。>25°C,亞硝酸菌生長速率硝酸菌2. 2生物脫氮反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2.2. 1硝化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2. 2.2反硝化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)412. 2. 2反硝化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)反硝化反應(yīng)時(shí)，硝酸鹽為單一的物質(zhì)，所以反硝化反應(yīng)符合莫諾

17、特關(guān)系。因此，用莫諾特(Monod)動(dòng)力學(xué)方 程來反映反硝化細(xì)菌的反應(yīng)和生長過程。一、反硝化菌比增值速度一一莫諾特關(guān)系式二、N(V-N的還原反應(yīng)一一莫諾特動(dòng)力學(xué)公式三、反硝化菌的凈增殖速度四、反硝化菌的污泥齡當(dāng)N(y-N濃度為lmg/L以上時(shí)，可認(rèn)為反應(yīng)速率為零級(jí)反應(yīng)產(chǎn)化菌比增值速度一一莫諾特關(guān)系式(1)反硝化菌比增值速度一一莫諾特關(guān)系式4141反硝化菌的比增殖速度，1/d;Dmax反硝化菌的最大比增殖速度，1/d；DNO3JN 濃度，mg/L；并一一反硝化菌濃度，mg/L； 九d一一飽和常數(shù)，mg/L；(2)反硝化菌的增殖速度maxDXK sd + D式中 U反硝化菌的增殖速度，mg/(L.

18、 d) o41NONO3-N的還原速度N的還原速度可用下式表示:no3-n的還原速率mg/ (L d)；dDNO-N的比還原速率1/d；_ q qDxdDdtX4141DN(V-N 濃度，mg/L； 力一一反硝化菌濃度，mg/L；反硝化菌的產(chǎn)率系數(shù):41dDq41原速度如下：ldDKsd + DDXKsd+D4141Ad maxYdKd+D）no3-n比還原速率_ “DmaxDX飛 Yd（Ksd+D）NO3-N還原速率41max _0忙則，NCV-N還原反應(yīng)莫諾特動(dòng)力學(xué)公式如下:NO3-N 還原速率“DmaxDXNO3-N比還原速率Qr）=紜（心+Q）QdKdXDKsd+ DkdpKsd +

19、D41化菌的凈增殖速度（IX dt ）T反硝化菌凈增殖速度;反硝化菌總增殖速度;反硝化菌自身分解速度;J dt 丿 e= KdXKd反硝化菌自身分解系數(shù)，i/d。41鼻入凈增殖速率公式, 住反卵松凈比增殖速度：(dXX同時(shí)各項(xiàng)除以X,令:(&X、I必丿gX反硝化菌凈比增殖速度O比=% Kd41硝化菌的污泥齡四、根據(jù)代入得出“g =D-Kd辱74141最小污泥齡:DKd美國環(huán)保局提出，反硝化過程中反硝化菌自 身分解系數(shù)血二004dT。第2章生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2. 2生物脫氮反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論2. 5生物脫氮新工藝412

20、.3生物脫氮影響因素2. 3. 1硝化反應(yīng)的影響因素2.3.2反硝化反應(yīng)的影響因素412. 3.1硝化反應(yīng)的影響因素(1) 溫度(2) 溶解氧(3) pH(4) 堿度(5) 抑制性物質(zhì)(6) 污泥負(fù)荷生物固體停留時(shí)間 0tofe*可在445°C范圍內(nèi)進(jìn)行。但目前的試驗(yàn)結(jié)果表明, BFW0. 54 °C下，仍發(fā)生硝化反應(yīng)。硝化菌比增長速度與溫度（T °C）的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：偏=如牝嚴(yán)爐硝化菌自身分解系數(shù)與溫度（T °C）的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系:6則污泥齡:1.04（八 2。）KdT = K（20t?）6硝酸菌的凈比增殖速度（貿(mào)）與水溫的關(guān)系:葉=018嚴(yán)心5）0=0.18

21、嚴(yán) 6(75)= 5.56 嚴(yán) m)在水溫T為20°C、15°C、10°C時(shí)，固體停留時(shí)間應(yīng)分別 大于3. Id、56d、9. 9do58硝化菌各屬生存溫度范圍名 屬 菌 田X9 °C /| 度 溫 適 合亞硝酸細(xì)菌30-540-2402430-5硝酸細(xì)菌405屬 菌 螺 化 硝305258用牛軾(3) pH值DO > 2mg/L5858最佳pH范圍為78 (也有資料顯示為89),當(dāng)pH降到555 以下時(shí)，硝化反應(yīng)幾乎停止。(4)堿度對(duì)pH變化起緩沖作用，每氧化lg氨氮需消耗7. 14g 堿度(以CaC()3計(jì))58(5)抑制性物質(zhì)重金屬、酚、游離

22、氨等游離氨的抑制濃度: 亞硝酸菌 硝酸菌10150 mg/L0. 11 mg/L6061全抑制亞硝酸菌對(duì)氨氮的氧化反應(yīng)。硝化卵r的抑制劑為 J戰(zhàn)酸鈉(NaC103):抑制叫-的氧化。烯丙基硫月尿(allylthiourea,簡稱ATU):抑制氨氮的氧 化。NaC103在0. 02mol的濃度下僅抑制硝酸細(xì)菌對(duì)N0的氧化反應(yīng), 在較短的時(shí)間內(nèi)(30min),對(duì)其它生物反應(yīng)基本不抑制；烯丙基硫服: NaC10q :N03-抑制nh4+抑饗no2-烯丙基硫腺可以抑制亞硝酸菌的活性，在5mg/L的濃度下能完勺、啻泥有機(jī)負(fù)荷kgBOD/(kgMLSS. d)污泥氨氮負(fù)荷 kgNH3-N/ (kgMLSS

23、. d)當(dāng)處理高NH3-N水時(shí)，應(yīng)采用氨氮負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)或 校核。要達(dá)到較低的出水氨氮：0.07kg NH3-N/ (kgMLSS. d)o61亭留時(shí)間"cd的經(jīng)驗(yàn)公式: 美國環(huán)境保護(hù)局（EPA）建議的cd公式:ecd =2.5x2.13 嚴(yán) 98（3） 日本下水道協(xié)會(huì)建議的cd公式：ecd =（1.2 1.5） X 20.6不°"27了T 水溫 年硝酸菌的凈比增殖速度（貿(mào)）與水溫的關(guān)系:葉=018嚴(yán)心5）= 5.56e-°-116(r-15)水溫T ( °C )固體停留時(shí)間氏（d）20>3.115>5.610>9.92.3生物

24、脫氮影響因素2.3. 1硝化反應(yīng)的影響因素2. 3. 2反硝化反應(yīng)的影響因素612. 3. 2反硝化反應(yīng)的影響因素炭源：一是原廢水中的有機(jī)物，當(dāng)廢水的BOD5/TKN大于 35時(shí)，可認(rèn)為碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇; pH :適宜的pH值是6575, pH值高于8或低于6,反硝 化速率將大大下降；溶解氧：反硝化菌適于在缺氧條件下發(fā)生反硝化反應(yīng)， 但另一方面，其某些酶系統(tǒng)只有在有氧條件下才能合成, 所以反硝化反應(yīng)宜于在缺氧、好氧交替的條件下進(jìn)行， 溶解氧應(yīng)控制在05mg/L以下；溫度：最適宜溫度為2040°C,低于15%其反應(yīng)速率將大為降低。硝化速度K的影響：V V /3(7-2

25、0) /y nr /v ontz 式中T 20島 一一溫度為T°C時(shí)反硝化速度，gNO3-N/ (gVSS. d)；K2Q 溫度為20°C時(shí)反硝化速度，gNO3-N/ (gVSS. d)； "T混合液溫度，°C；e溫度修正系數(shù)，一般0= 1.03 1. 15o61第2章生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2. 2生物脫氮反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論2. 5生物脫氮新工藝682.4生物脫氮新理論電子受體與電子供體多樣性常時(shí)，以氧為電子受體，氨為電子供體；-低氧時(shí)，同時(shí)以氧和亞硝酸鹽為電子受體；-無氧時(shí)，以亞硝酸鹽為

26、電子受體；-以亞硝酸鹽為電子受體時(shí)，能利用氫、氨、有機(jī)物為電子 供體；硝酸菌隨環(huán)境條件變化而進(jìn)行不同的呼吸-正常時(shí)，以氧為電子受體、亞硝酸鹽為電子供體進(jìn)行好氧 呼吸；-無氧時(shí)，以硝酸鹽為電子受體、有機(jī)物為電子供體進(jìn)行厭氧呼吸。厭氧氨氧化菌的發(fā)現(xiàn)612.4生物脫氮新理論2. 4.1短程硝化-反硝化2. 4. 2厭氧氨氧化（自養(yǎng)脫氮）70相對(duì)全程而言。2.4.1短程硝化-反硝化為什么要短程?O2 (75%)n2Methanol該原理仍符合傳統(tǒng)的硝化一反硝化脫氮理論，只不過 是少走了 “一段路”。鍵是控制硝化反應(yīng)，使NO?-積累。如何控制?/改變pH,抑制亞硝酸鹽的氧化。/通過控制溫度(>30

27、°C)和污泥齡，來淘汰硝酸菌。WIP/在絮體內(nèi)創(chuàng)建缺氧條件，限制硝酸菌的生長。/提高游離氨濃度，抑制硝酸菌。61反硝化優(yōu)點(diǎn):61可節(jié)省氧供應(yīng)量約25%,降低能耗。節(jié)省反硝化所需碳源的40%,減少污泥生成量可達(dá)50%減少投堿量?？s短反應(yīng)時(shí)間和減小反應(yīng)器容積。612.4生物脫氮新理論2.4.1短程硝化-反硝化2. 4.2厭氧氨氧化（自養(yǎng)脫氮）74十么是厭氧氨氧化？ I"!1!-以亞硝酸鹽為氧化劑將氨氧化為的生物反應(yīng)。!1!-以氨為電子供體將亞硝酸鹽還原成的生物反應(yīng)。 厭氧氨氧化菌：自養(yǎng)型細(xì)菌。無。2條件，氨與亞硝酸鹽同時(shí)存在。 ANAMMOX :anaerobic ammoni

28、a oxidation由荷蘭Delft大學(xué)的Gist Brocades在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)。NH4+ + N02- N2+ 3、灰氧氨氧化反應(yīng)機(jī)理模式圖2HN2H2no2-> N03-ANAMMOX工藝中N的轉(zhuǎn)化途徑61,72. 4. 2厭氧氨氧化話丿氧氨氧化生物反應(yīng)表達(dá)式及計(jì)量關(guān)系NHZ + 1.32 NO/ + 0.066 HCOf + 0.13 H+ 1.02 N2 + 0.26 NOf 4- 2.03HQ + ()t066CH20().5No.15NH4+ + 1. 31N02- + 0. 0425C02 -> 1. 045N2+0. 22N03 + 厭氧氨氧化反應(yīng)化學(xué)計(jì)量關(guān)系：厭

29、氧條件下，每減少lniol NH3,消耗約1.3 mol N(V， 產(chǎn)生約0.2 molN03-,產(chǎn)生約10 mol %。61第2章生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2. 2生物脫氮反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論78第2章生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)78第2章生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.5生物脫氮新工藝782.5新型生物脫氮工藝 2. 5. 1 2. 5. 2 2. 5. 3 2. 5. 4 2. 5. 5Sharon 工藝'厭氧氨氧化（Anammox）工藝 好氧脫氨工|藝Canon工藝好氧自養(yǎng)脫氮Oland工藝1基于短程 硝化61Sharon工藝

30、aron (singlereactor high activity ammonia61removal over nitrite)短程硝化-反硝化工藝一、工藝特點(diǎn)：在一個(gè)反應(yīng)器中完成：短程硝化和反硝化;連續(xù)流，反應(yīng)器內(nèi)不持留活性污泥；采用較高的工作溫度：3040 °C；反硝化過程按傳統(tǒng)反硝化反應(yīng)進(jìn)行。工藝的技術(shù)要點(diǎn)心是實(shí)現(xiàn)短程硝化：硝化過程終止于亞硝酸鹽階段，同時(shí)促使氨氧化過程順利進(jìn)行。系統(tǒng)淘汰硝酸細(xì)菌或抑制其生長，保留亞硝酸菌并提高其生長速率。(1) 控制溫度(2) 控制pH(3) 控制DO(4) 控制污泥齡控制基質(zhì)濃度和負(fù)荷61三、SHARON用于污水廠的改造Dokhaven WW

31、TP; 470,000 pe消化液脫氮82SHARONiWWWPCapacity (MGD)SHARON(kgN/day)OperationaltTfrecht519001997Rotterdam608501999Zwolle264102003Beverwijk411.2002003Groningen382.4002005Den Haag551.3002005NYC WardsIsland2505.7702007#2.5新型生物脫氮工藝2. 5. 12. 5.22. 5. 32. 5. 42. 5. 5Sharon工藝厭氧氨氧化（Anammox）工藝好氧脫氨工藝Canon工藝Oland工藝85

32、2.i5.'2厭氧氨氧化（Anammox）脫氮組合工藝碳源嚴(yán)重不足的高濃度氨氮廢水首先將部分氨氮氧化成NCV與短程硝化反應(yīng)器組合：短程硝化f Anammox脫氮工藝#0厭氧氨氧化脫氮組合工藝（870#0廠高濃度氨氮廢水先利用Sharon工藝將部分氨氮轉(zhuǎn)化為NO氨氮 SHARON約50% N02-約 50% NH4+ANAMMOXHRT= 1 dT= 30-40 °CpH= 6. 6-7. 0#SHARON#eN 61U) NOLLVaLN 山ONO。o o o o6 43146o o o o2 oo oo o8 6o oo o4 2oNH4-N out617691106121

33、136151TIME (days)89#圖片來源于TU Delft號(hào) 厭氧氨氧化脫氮組合工藝（二）行短程硝化，將氨氮轉(zhuǎn)化為N（V。#N2#2. 5新型生物脫氮工藝2. 5. 12. 5. 22. 5.32. 5.42. 5. 5Sharon工藝厭氧氨氧化（Anammox）工藝好氧脫氨工藝Canon工藝Oland工藝91好氧脫氨工藝deammonification 1997年首先由德國Hannover大學(xué)提出,理論依據(jù)： 一些硝化細(xì)菌既能進(jìn)行硝化作用，還能進(jìn)行反硝化作用。 一些反硝化細(xì)菌既能在無氧條件下進(jìn)行正常反硝化，還能在有氧條件下進(jìn)行反硝化（氧受限制時(shí)，同時(shí)以氧與硝酸鹽為電子受體） 一些細(xì)菌

34、彼此合作，進(jìn)行序列反應(yīng)，把氨轉(zhuǎn)化為。 特點(diǎn)： 在一個(gè)好氧反應(yīng)器中完成脫氮（氨）;生物膜表層發(fā)生好氧硝化反應(yīng)； 生物膜內(nèi)層發(fā)生多種途徑的NOf還原反應(yīng)。2.5新型生物脫氮工藝2. 5. 12. 5. 22. 5. 32. 5.42. 5. 5Sharon工藝厭氧氨氧化（Anammox）工藝 好氧脫氨工藝Canon工藝Oland工藝934Canon工藝Cmon (completely autotrophic nitrogen removal over mtrite) 2002年首先由荷蘭Delft工業(yè)大學(xué)提出。依據(jù)：亞硝酸細(xì)菌在有氧條件下把氨氧化成亞硝酸鹽，厭氧氨氧化菌在無氧條件下把氨和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)

35、化成。利用亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌的協(xié)同作用（Cannon反應(yīng)）。亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌均為自養(yǎng)型。無需外源有機(jī)物（可完全無機(jī)），低氧環(huán)境下運(yùn)行。#anon特點(diǎn)95#自養(yǎng)型脫氮：由亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌協(xié)同完成。一個(gè)曝氣反應(yīng)器中完成；控制DO,低氧狀態(tài); 多采用生物膜法；生物膜表面發(fā)生短程硝化反應(yīng)；生物膜內(nèi)層發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)；2.5新型生物脫氮工藝2. 5. 12. 5. 22. 5. 32. 5. 42. 5.5Sharon工藝厭氧氨氧化（Anammox）工藝 好氧脫氨工藝Canon工藝01 and工藝97特點(diǎn):冒黒雜鹽單獨(dú)作用完成脫氮。01 and工藝(Oxygen-limited aut

36、otrophic nitrification - denitrification)氧限制自養(yǎng)型硝化-反硝化工藝2樓罅乎首先由比利時(shí)Ghent大學(xué)提出。在限制供氧的條件下，自養(yǎng)型的亞硝酸細(xì)菌將以氧為電子受體，把部分氨氧化成亞硝酸鹽，然后，再以氨作為電子供體，把亞硝酸鹽還原為。即氧限制自養(yǎng)型硝化-反 硝化。一個(gè)曝氣反應(yīng)器中完成。生物膜好氧短程脫氨（氮）反應(yīng)模式3章生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)3.1概述3. 2生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)3. 3生物除磷反應(yīng)動(dòng)力學(xué)3.4影響生物除磷的主要影響因素3. 5生物除磷新理論99K概述、片呼放標(biāo)準(zhǔn)及去除方法BLs/18-2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(P) (

37、mg/L)項(xiàng)目進(jìn)水排放標(biāo)準(zhǔn)/(mgL)級(jí)A級(jí)B2005年12月31日前建設(shè)的5611.52006年1月1日起建設(shè)的560.51如何去除以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)?常規(guī)活性污泥法的微生物同化和吸附；污泥含磷量廣2%生物強(qiáng)豬綁；投加化學(xué)藥劑除磷。3.1概述番的排放標(biāo)準(zhǔn)及去除方法花：微生物從水中攝取一定量的磷來滿足其生理需要，從而去除部分磷。一BOD : N :P = ?生物強(qiáng)化除磷一類特殊的細(xì)菌聚磷細(xì)菌，可以過量地、超出 其生理需要地從外部攝取磷，并以聚合磷酸鹽的形式貯存在細(xì) 胞體內(nèi)，如果從系統(tǒng)中排出這種高磷污泥，則能達(dá)到除磷的效 果。/ 生物除磷工藝仍以活性污泥法為主。/系統(tǒng)排除的剩余污泥中磷含量占干重5%

38、6%。如果還不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，就必須借助化學(xué)法除磷。1033. 1概述2二、耳物除磷的發(fā)展歷程j55年，Greenburg發(fā)現(xiàn)活性污泥系統(tǒng)中磷消耗量超過細(xì)胞正 常生長所需量，推斷存在磷的過量吸收。 1959年，Srinarh和Alarcon最先報(bào)道了污水廠污泥生物除磷的 現(xiàn)象。未能解釋該現(xiàn)象。 1965年，Levin和Shapiro指出磷的過量吸收與微生物代謝密切 相關(guān)，發(fā)現(xiàn)一些細(xì)胞中形成異染顆粒，添加抑制劑后，磷的吸 收停止。1967年，Levin和Shapiro發(fā)現(xiàn)了活性污泥在好氧下吸磷，厭 氧條件下放磷。70年代，Arizona大學(xué)的一個(gè)研究組分離出了除磷菌，為揭示生物除磷機(jī)理奠定了基礎(chǔ)

39、。以后，生物除磷技術(shù)得到迅速發(fā)展。相繼產(chǎn)生了一系列工藝。#生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)105#3.1概述3. 2生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)3. 3生物除磷反應(yīng)動(dòng)力學(xué)3.4影響生物除磷的主要影響因素3. 5生物除磷新理論#3.2生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)一、生物除磷機(jī)理二、生物除磷的主要影響因素#3. 2生物除磷原理生灣除磷機(jī)理生物除磷的主體：一類聚磷菌（除磷菌、積磷菌）。什么是生物除磷:（定義）首先讓聚磷菌在厭氧條件下釋放磷，然后在有（好）氧條 件下過量吸收磷，使污水中的磷最終轉(zhuǎn)移到污泥中排出。超岀生理需要，攝取量大于釋放量> （1）聚磷菌除磷的生化過程和環(huán)境條件必須經(jīng)歷兩個(gè)過程：聚磷菌釋放磷：

40、厭氧環(huán)境肇意：兩T護(hù)皐聚磷菌過量攝取磷：好氧環(huán)境環(huán)懸環(huán)境條件決定生化過程命前對(duì)麗個(gè)過程的描述菌除磷的生化過程和環(huán)境條件»聚磷菌厭氧釋放磷：在厭氧條件下，聚磷菌能分解體內(nèi)的聚磷酸鹽而產(chǎn)生 能量，將廢水中的易降解有機(jī)物攝入細(xì)胞內(nèi)，以聚B-輕基丁酸 （PHB）等有機(jī)顆粒的形式貯存于細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)還將分解聚磷 酸鹽所產(chǎn)生的磷酸鹽排出體外（釋放）。A聚磷菌好氧過量攝取磷：好氧條件下，聚磷菌氧化分解體內(nèi)貯存的聚卩-徑基 丁酸（PHB）并釋放大量能量，用于細(xì)胞增殖和攝取廢水中的 磷，一部分磷被用來合成ATP,另外絕大部分的磷則被合成為 聚磷酸鹽而貯存在細(xì)胞體內(nèi)。好氧條件下攝磷量厭氧條件下釋磷量。10

41、93. 2生物除磷原理#3. 2生物除磷原理將富磷剩余污泥排出系統(tǒng)而達(dá)到除磷的目的。#InTTuentPO4HAcPO4HAcInTTuent(2)生物除磷物質(zhì)轉(zhuǎn)化示意圖Aerobic / AnoxicAnaerobicAerobic / Anoxicco.COSettling phaseEffluentO2(NO3)Return sluge乂 Waste slugePO4PHA -O2(NO3)Settling phaseAnaerobicAerobic / Anoxic06IX生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)107#3.1概述3. 2生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)3. 3生物除磷反應(yīng)動(dòng)力學(xué)3.4影響生物

42、除磷的主要影響因素3. 5生物除磷新理論# 3. 3. 1生物除磷反應(yīng)式 3.3.2厭氧階段吸收乙酸動(dòng)力學(xué)關(guān)系# 3. 3. 3好氧階段磷酸鹽的吸收動(dòng)力學(xué)1093. 3. lj *生物除磷反應(yīng)式#在好氧條件下，聚磷的積累可按下式表示:C2H4O2 +0A6NH4+ +12。2 +02POT0.16C5/77TV02+1.2C02 +0.2(7/PO3)(聚磷)+ 044OZT +1.442。在厭氧條件下，聚磷的分解可按下式表示：2C2H4O2+(HPO4)(聚磷)+H2O(C2H2O2)2(e 有機(jī)物)+ PO + 3H +#厭氧階段吸收乙酸動(dòng)力學(xué)關(guān)系吸收乙酸動(dòng)力學(xué)關(guān)系用Monod方程描述:c

43、 Va 二 K 恥cpWhAC HAC r£sHAC 十 &HAC式中Qhac乙酸的吸收速度，mg/ (L. d)血AC一一乙酸的最大吸收速度，1/山 耳ac乙酸濃度，mg/L；心一一聚磷菌濃度，mg/L； 血hac飽和常數(shù)，mg/Lotilt!i!vmtin111w好氧階段磷酸鹽的吸收動(dòng)力學(xué)段，磷酸鹽的吸收動(dòng)力學(xué)用Monod方程描述：“PmaxA p _ «P g + SpYp (Ksp+Sp)S 兒 一 SpXp式中Q?磷酸鹽吸收速度，mg/(L. d)5p磷酸鹽濃度，mg/LoMpmax聚磷菌的最大比增殖速度，1/山 x?聚磷菌濃度；yp聚磷菌最大產(chǎn)率系數(shù)；Ksp飽和常數(shù)，mg/LoXPmax磷酸鹽的最大比吸收速度,1/d；2(rc時(shí)生物除磷反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)符號(hào)單位數(shù)值聚磷菌最大比增殖 速度“Pmaxd124聚磷圉產(chǎn)率系數(shù)嶺kgSS/kgCOD