廢水的脫氮除磷和深度處理工藝

1、第四章水的回用與廢水的最終處置第三節(jié) 廢水的脫氮除磷和深度處理工藝深度處理的對象和目標(biāo)去除處理水中殘存的懸浮物（包括活性污泥顆粒）；脫色、除臭，使水進(jìn)一步得到澄清降低 BOD5、COD、TOC 等指標(biāo)，使水進(jìn)一步穩(wěn)定脫氮、除磷，消除能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的因素，去除水中的病原微生物經(jīng)過深度處理的水能夠：排放至包括具有較高價值的水體及緩流水體在內(nèi)的任何水體，補(bǔ)充地面水源回用于農(nóng)田灌溉、市政雜用，如澆灌城市綠地、沖洗街道、車輛、景觀用水等居民小區(qū)中水回用于沖洗廁所作為冷卻水和工藝用水的補(bǔ)充用水，回用于工業(yè)企業(yè)用于防止地面下沉或海水入浸，回灌一、脫氮技術(shù)含氮污水任意排放造成的危害氨氮會消耗水體中的溶解

2、氧氨氮會與氯反應(yīng)生成氯胺或氮?dú)猓黾勇鹊挠昧亢衔飳θ撕推渌锖ψ饔?氨氮對魚類害作用 NO3 和 NO2可被轉(zhuǎn)化為亞硝胺 水中 NO3高，可導(dǎo)致嬰兒患變性血色蛋白癥水體的“富營養(yǎng)化”過程農(nóng)業(yè)灌溉用水中，T-N 含量如超過 1mg/L，作物吸收過剩的氮，會產(chǎn)生貪青倒伏現(xiàn)象常規(guī)的處理對氮的去除率較低在處理水中，氮是以氨態(tài)氮、亞硝酸氮和硝酸氮形式存在的。在處理過程中，它僅為微生物的生理功能所用，即用于細(xì)胞活性污泥法理想的營養(yǎng)平衡式為 BOD:N:P100:5:1。因此在城市污水中，氮是過剩的，氮的去除率僅為 20-40%（磷去除率為 15%30%）脫氮技術(shù)物理化學(xué)脫氮空氣吹脫法折點(diǎn)氯氧化法離

3、子交換法生物脫氮空氣吹脫法脫氮工藝NH + H O U NH + + OH -324pH 值升高，平衡向左移動，游離氨所占比例增大標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，含氨廢水 pH=11 時，水中的氨占 98%游離氨易于從水中逸出。如能使水的 pH 值升高，并加以曝氣吹脫，可使水中氨得到去除吹脫效率受溫度和空氣量（氣水比）的影響。溫度升高，氨的吹脫效率顯著上升空氣吹脫法的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)除氨效果穩(wěn)定操作簡便，容易存在的問題逸出的游離氨造成二次污染使用石灰易生成水垢水溫降低，脫氨效果也降低采取的措施改用氫氧化鈉作為預(yù)處理堿劑，以防形成水垢采取技術(shù)措施回收逸出的游離氨折點(diǎn)氯氧化法脫氮工藝+-Cl2 + H2O U HClO +

4、H + Cl2NH3 + 3HClO ® N2 + 3H2O + 3HCl使水中的 NH3 氧化為 N2 的投氯量恰好是在過程中，水中余氯量最低值的折點(diǎn)處。因此，采用氯氧化脫氮在理論上稱為折點(diǎn)氯氧化脫氮法。Cl:N 的理論質(zhì)量比為 7.6:1，實際應(yīng)用時， 采用 8:1pH 是影響脫氮效率的因素，一般 pH 在 6-7 為宜此法最大的優(yōu)點(diǎn)是通過適當(dāng)，可完全去除水中的氨氮該法的局限是加氯量大、費(fèi)用高以及產(chǎn)酸。為了減少氯的投加量，此法常與生物脫氮聯(lián)用，先硝化再除微量的殘留氨氮生物脫氮在處理的新鮮污水中，含氮化合物存在的主要形式有有機(jī)氮，如蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類化合物、硝基化合物等氨態(tài)

5、氮（NH3 及 NH4+），一般以前者為主含氮化合物在微生物的作用下發(fā)生的反應(yīng)氨化反應(yīng)硝化反應(yīng)反硝化反應(yīng)氨化反應(yīng)微生物分解有機(jī)氮化合物產(chǎn)生氨的過程稱為氨化作用，很多微生物都能分解蛋白質(zhì)及其含氮衍生物，其中分解能力強(qiáng)的微生物稱為氨化微生物。在氨化微生物作用下，有機(jī)氮化合物分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮好氧條件下，對于氨化作用影響較大的因素是溫度、pH 及溶解氧等硝化反應(yīng)好氧條件下，氨態(tài)氮在硝化菌作用下，分兩個階段進(jìn)一步分解氧化首先在亞硝化菌的作用下，使氨（NH4+）轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮NH + + 3 O ¾亞¾硝¾化菌¾® NO- + H O + 2H - DF

6、 (DF278.42kJ)42222亞硝酸氮在硝化菌的作用下，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮NO- + 1 O ¾硝¾化¾菌® NO- - DF (DF72.27kJ)2232硝化反應(yīng)的總反應(yīng)式NH + + 2O ® NO- + H O + 2H + - DF (DF351kJ)4232硝化反應(yīng)正常進(jìn)行應(yīng)保持的環(huán)境條件1. 好氧條件，滿足“硝化需氧量”的要求，并保持一定的堿度在硝化過程中，1mol 原子氮（N）氧化成硝酸氮，需 2mol應(yīng)需氧 4.57g，這個需氧量稱為“硝化需氧量”（NOD）氧（O2）。即 1g 氮完成硝化反在硝化反應(yīng)過程中將出 H+離子

7、，使混合液 pH 值下降。硝化菌對 pH 值的變化十分敏感， 為了保持適宜的 pH 值，應(yīng)當(dāng)在污水中保持足夠的堿度。一般來說，1g 氨態(tài)氮（以 N 計）完全硝化，需堿度(以 CaCO3 計)7.1g2. 混合液中有機(jī)物含量不應(yīng)過高，BOD 值應(yīng)在 15-20mg/L 以下硝化菌是化能自養(yǎng)型細(xì)菌，有機(jī)物濃度并不是它的生長限制因素。若 BOD 濃度過高，會使增殖速度較高的異養(yǎng)型細(xì)菌迅速增殖，從而使自養(yǎng)型的硝化菌得不到優(yōu)勢，不能成為優(yōu)占種屬，硝化反應(yīng)無法進(jìn)行進(jìn)行硝化反應(yīng)應(yīng)當(dāng)保持的各項指標(biāo)1. 溶解氧。氧是硝化反應(yīng)過程中的電子受體，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度將影響硝化反應(yīng)的進(jìn)程。在進(jìn)行硝化反應(yīng)的曝氣池內(nèi)，溶解

8、氧含量不能低于 1mg/L，建議應(yīng)保持在 1.22.0mg/L2. 溫度。硝化反應(yīng)的適宜溫度是 20-30。15以下時，硝化速度下降，5時完全停止3. pH 值。硝化菌對 pH 值的變化非常敏感，最佳 pH 值是 8.0-8.44. 生物固體平均停留時間（污）。為了使硝化菌群能夠在連續(xù)流反應(yīng)器系統(tǒng)中存活，微生物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間必須大于自養(yǎng)型硝化菌最小的世代時間，否則硝化菌的流失率將大于凈增殖率，將使硝化菌從系統(tǒng)中流失殆盡。一般污至少應(yīng)為硝化菌最小世代時間的2 倍以上5. 重金屬及其它有害物質(zhì)。濃度低于閾值反硝化反應(yīng)硝酸氮和亞硝酸氮在反硝化菌的作用下被還原為氮?dú)獾倪^程反硝化菌是異養(yǎng)型兼性厭氧

9、菌。在厭氧條件下，以硝酸氮為電子受體，以有機(jī)碳為電子供體，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)電子供體內(nèi)源：污水中的有機(jī)物外源：甲醇。投加量的計算反硝化反應(yīng)6NO- +3CH OH ¾亞¾硝¾酸鹽¾還原¾菌® 3N +3CO +3H O+6OH-232226NO- +5CH OH ¾反¾硝化¾菌¾®3N +5CO +7H O+6OH-33222影響反硝化反應(yīng)的環(huán)境因素碳源。當(dāng)污水中 BOD/TN>3-5 時，即可認(rèn)為碳源充足； BOD/TN<3-5 時，需要外加碳源。多采用甲醇，因為甲醇被分解

10、后的產(chǎn)物為 CO2 和 H2O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物pH 值。對反硝化菌最適宜的 pH 值是 6.5-7.5。當(dāng) pH 值高于 8 或低于 6 時，反硝化速率將大為下降溶解氧。反硝化菌是異養(yǎng)兼性厭氧菌，只有在無氧而同時存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，它們才能夠利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，使硝酸鹽還原。反硝化菌以在厭氧、缺氧交替的環(huán)境中生活為宜，溶解氧應(yīng)在 0.5mg/L 以下溫度。反硝化反應(yīng)的適宜溫度是 20-40生物脫氮工藝三段活性污泥法將有機(jī)物氧化、硝化以及反硝化段開來，每一部分都有其的沉淀各自的污泥回流系統(tǒng)第一曝氣池為一般的處理曝氣池，其主要功能是去除 BOD、COD，使有機(jī)氮轉(zhuǎn)化，形

11、成NH3 及 NH4+，即完成碳化+氨化過程。經(jīng)過沉淀后，污水進(jìn)入硝化曝氣池。此時污水 BOD5已降至 15-20mg/L第硝化曝氣池，在此進(jìn)行硝化反應(yīng)，使 NH3 及 NH4+氧化為硝酸氮。硝化反應(yīng)要消耗堿度， 因此需要投堿以防 pH 值下降第三級為反硝化反應(yīng)器，在缺氧條件下，硝酸氮還原為氣態(tài)氮逸出。在這一級應(yīng)采取厭氧-缺氧交替的運(yùn)行方式?？赏都蛹状甲鳛橥饧犹荚椿蛞朐瓘U水三級活性污泥法脫氮工藝的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)有機(jī)物降解菌、硝化菌、反硝化菌，分別在各自的反應(yīng)器內(nèi)生長增殖，環(huán)境條件適宜。而且各自回流在沉淀池分離的污泥，反應(yīng)速度快而且比較徹底缺點(diǎn)處理設(shè)備多，造價高管理不夠方便兩級生物脫氮系統(tǒng)BOD 去

12、除和硝化兩個反應(yīng)置于同一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行設(shè)計的污泥負(fù)荷率要低，水力停留時間和要長，否則硝化作用要降低。在反硝化段仍需要外加碳源來維持反硝化的順利進(jìn)行Bardenpho 生物脫氮工藝取消了三段脫氮工藝的中間沉淀池設(shè)立了兩個缺氧段第一段利用原水中的有機(jī)物為碳源和第一好氧回流的含有硝態(tài)氮的混合液進(jìn)行反硝化反應(yīng)。經(jīng)第一段處理，脫氮已基本完成為進(jìn)一步提高脫氮效率，廢水進(jìn)入第二硝化反應(yīng)器，利用內(nèi)源呼吸碳源進(jìn)行反硝化最后的曝氣池用于吹脫廢水中的氮?dú)?，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池發(fā)生污泥上浮現(xiàn)象這一工藝比三段脫氮工藝減少了投資和運(yùn)行費(fèi)用缺氧-好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng)（A/O 法脫氮工藝）于二十世紀(jì)八十年代初開發(fā)

13、。該工藝將反硝化段設(shè)置在系統(tǒng)的前面，因此又稱為前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)，是目前采用的一種脫氮工藝硝化反應(yīng)器內(nèi)的已進(jìn)行充分反應(yīng)的硝化液回流至反硝化反應(yīng)器，而反硝化反應(yīng)以原污水中的有機(jī)物為碳源，以回流液中硝酸鹽的氧作為電子受體，在缺氧進(jìn)行反硝化脫氮，不需外加碳源在反硝化反應(yīng)中產(chǎn)生的堿度可補(bǔ)償硝化反應(yīng)中所消耗的堿度的 50%左右。對含氮濃度不高的廢水（如生活污水、城市污水）可不必另行投堿以調(diào)節(jié) pH 值硝化曝氣池在后，使反硝化殘留的有機(jī)污染物得以進(jìn)一步去除，提高了處理水水質(zhì)，而且勿需增建后曝氣池A/O 法脫氮工藝的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)流程簡單，無需外加碳源，因而基建費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用較低缺點(diǎn)處理水來自硝化反應(yīng)器，含

14、有一定濃度的硝酸鹽，在二沉有可能進(jìn)行反硝化反應(yīng)，造成污泥上浮，影響出水水質(zhì)如欲提高脫氮率，必須加大內(nèi)循環(huán)比，使運(yùn)行費(fèi)用增高。內(nèi)循環(huán)液來自曝氣池（硝化池），含有一定的溶解氧，使反硝化段難以保持理想的缺氧狀態(tài)，影響反硝化進(jìn)程。脫氮效率一般在70-80%二、除磷技術(shù)含磷化合物有機(jī)磷磷酸甘油酸磷肌酸無機(jī)磷磷酸鹽：正磷酸鹽(PO43-)、磷酸氫鹽(HPO42-) 、磷酸二氫鹽 H2PO4-、偏磷酸鹽(PO3-)聚合磷酸鹽：焦磷酸鹽(P2O74-) 、三磷酸鹽(P3O105-)、 三磷酸氫鹽(HP3O92-)除磷技術(shù)化學(xué)除磷法：使磷成為不溶性的固體沉淀物，從污水中分離出去生物除磷法：使磷以溶解態(tài)為微生物所

15、攝取，與微生物成為一體，并隨微生物從污水中分離出去化學(xué)除磷法可分為金屬鹽混凝沉淀除磷鋁鹽除磷鐵鹽除磷石灰混凝除磷化學(xué)法的特點(diǎn)是磷的去除率較高，處理結(jié)果穩(wěn)定，污泥在處理和處置過程中重新磷而造成二次污染，但污泥的產(chǎn)量比較大鋁鹽除磷鋁離子與正磷酸離子化合，形成難溶的磷酸鋁，通過沉淀加以去除Al3+ + PO3- ® AlPO44混凝劑可以是硫酸鋁、聚氯化鋁和鋁酸鈉（NaAlO2）。三者反應(yīng)過程中體系 pH 值分別下降、不變和上升磷酸鋁溶解度與 pH 值有關(guān)，pH=6 時溶解度最小。因此反應(yīng)體系的 pH 值應(yīng)介于 5-7 之間混凝沉淀污泥宜回流，因污泥中含有氫氧化鋁，能與正磷酸離子反應(yīng)生成磷

16、酸鋁，提的去除率反應(yīng)生成的絮凝體宜通過重力沉淀去除鐵鹽除磷二價鐵離子（氯化亞鐵和硫酸亞鐵）和三價鐵離子（氯化鐵和硫酸鐵）均可進(jìn)行除磷。三價鐵離子與磷的反應(yīng)與鋁離子相同為了徹底地從污水中去除鐵和磷，必須對二價鐵離子加以氧化，因此需要充足的氧FePO4 的溶解度當(dāng) pH=5 時最小石灰混凝除磷向含磷污水投加石灰，污水 pH 值上升，其中的磷與石灰中的鈣反應(yīng)，生成Ca5(OH)(PO4)3（羥磷灰石）沉淀pH 值是影響除磷效果最主要的因素。如欲使處理水中磷的含量在 1mg/L 以下時，對水，pH 值應(yīng)在 9.5 以上，對原污水則應(yīng)在 11 以上石灰混凝沉淀除磷工藝比較復(fù)雜，產(chǎn)生的石灰污泥需要進(jìn)一步處

17、理，回收再生石灰，以免造處理成二次污染生物除磷原理：利用菌一類的微生物能夠過量地（超過其生理需要）從外部環(huán)境攝取磷，并將磷以聚合的形態(tài)貯藏在菌體內(nèi)，形成污泥，排出系統(tǒng)外，達(dá)到從污水中除磷的效果ATP，另一部分好氧吸磷：菌在好氧條件下將環(huán)境中的磷酸攝入體內(nèi)，一部分用于用于酸鹽貯存起來。這種現(xiàn)象即為“磷的過剩攝取”：在厭氧條件下，菌體內(nèi)的 ATP 水解，出磷酸、ADP 和能量厭氧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生物除磷工藝Phostrip 除磷工藝含磷污水進(jìn)入曝氣池，同步進(jìn)入曝氣池的還有由除磷池回流的已磷但含有菌的污泥。曝氣池的功能是：

18、使菌過量地攝取磷，去除有機(jī)物，還可能出現(xiàn)硝化作用從曝氣池流出的混合液（污泥含磷，污水已經(jīng)除磷）進(jìn)入沉淀池 I，在這里進(jìn)行泥水分離，含磷污泥沉淀，已除磷的上清液作為處理排放保持厭氧狀態(tài)，即 DO0，NOx-0。含磷污泥在這里含磷污泥進(jìn)入除磷池，除磷磷后沉于池底，并回流曝氣池，再次用于吸收污水中的磷。含磷上清液從上部流出進(jìn)入混合池含磷上清液進(jìn)入混合池，同步向混合池投加石灰乳，經(jīng)混合后進(jìn)入攪拌反應(yīng)池，使磷與石灰反應(yīng)，形成磷酸鈣固體。即采用化學(xué)法除磷沉淀池 II 為混凝沉淀池，經(jīng)過混凝反應(yīng)形成的磷酸鈣固體在這里與上清液分離。已除磷的上清液回流曝氣池，而磷酸鈣的污泥排出，可以用作肥料該工藝主流是常規(guī)的活

19、性污泥工藝，而在回流污泥過程中增設(shè)厭氧上清液的化學(xué)沉淀池，稱為旁路Phostrip 除磷工藝的優(yōu)點(diǎn)該法是生物除磷與化學(xué)除磷相結(jié)合的工藝，除磷效果良好，處理水中含磷量一般都低于 1mg/L產(chǎn)生污泥的含磷率較高，約為 2.1-7.1%石灰用量較低，一般為 21-31.8mgCa(OH)2/m3 污水SVI100，污泥易于沉淀、濃縮、脫水、污泥肥分高，絲狀菌難于增殖，污泥不膨脹可以根據(jù) BOD/P 比值靈活調(diào)節(jié)回流污泥與混凝污泥量之比Phostrip 除磷工藝的缺點(diǎn)工藝流程復(fù)雜，運(yùn)行管理比較麻煩投加石灰乳，運(yùn)行費(fèi)用有所提高，建設(shè)費(fèi)用也高沉淀池 I 的底部可能形成缺氧狀態(tài)而產(chǎn)生磷的現(xiàn)象，因此應(yīng)當(dāng)及時地

20、排泥和回流厭氧-好氧除磷工藝（A-O 法）厭氧-好氧除磷工藝的優(yōu)點(diǎn)工藝流程簡單，既不投藥，也勿需考慮內(nèi)循環(huán)，因此建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用都較低由于無內(nèi)循環(huán)的影響，厭氧反應(yīng)器能夠保持良好的厭氧（或缺氧）狀態(tài)在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間較短，一般為 3-6hBOD 去除率大致與一般的活性污泥系統(tǒng)相同。磷的去除率較高，處理水中磷含量一般都低于1.0mg/L，去除率約為 76%沉淀污泥含磷率約為 4%，污泥的肥效好混合液的 SVI100，易沉淀，不膨脹厭氧-好氧除磷工藝的缺點(diǎn)除磷率難以進(jìn)一步提高，因為微生物對磷的吸收，即便是過量吸收，也是有一定限度的，特別是當(dāng)進(jìn)水 BOD 值不高或廢水中含磷量，即 P/BOD 值更

21、是如此在沉淀池內(nèi)容易產(chǎn)生磷的現(xiàn)象，特別是當(dāng)污泥在沉淀池內(nèi)停留時間較長時。因此應(yīng)注意及時排泥和回流同步脫氮除磷工藝Bardenpho 脫氮除磷工藝Bardenpho 脫氮除磷工藝各單元功能原污水進(jìn)入第一缺氧反應(yīng)器，本單元的首要功能是脫氮，含硝態(tài)氮的污水通過內(nèi)循環(huán)來自第一好氧反應(yīng)器。本單元的第二功能是污泥磷，而含磷污泥是從沉淀池排出回流來的經(jīng)第一缺氧反應(yīng)器處理后的混合液進(jìn)入第一好氧反應(yīng)器，它的功能有三：首要功能是去除原污水中的 BOD；其次是硝化，但由于 BOD 濃度還較高，因此硝化程度較低，產(chǎn)生的硝酸氮也較少；第三項功能是菌對磷的吸收。但是本單元內(nèi)磷吸收的效果太好混合液進(jìn)入第二厭氧反應(yīng)器，本單元

22、功能與第一缺氧反應(yīng)器相同，一是脫氮，二是磷第二好氧反應(yīng)器，其首要功能是吸收磷，第二項功能是進(jìn)一步硝化，再次是進(jìn)一步去除 BOD沉淀池，主要功能是泥水分離，上清液作為處理水排放。含磷污泥的一部分作為回流污泥回流到第一缺氧反應(yīng)器，另一部分作為剩余污泥排出系統(tǒng)Bardenpho 脫氮除磷工藝特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)無論哪一種反應(yīng)，在系統(tǒng)中都反復(fù)進(jìn)行二次或二次以上各反應(yīng)單元都有其首要功能，并兼行其他項功能本工藝脫氮除磷效果很好，脫氮率達(dá) 90-95，除磷率 97缺點(diǎn)工藝復(fù)雜，反應(yīng)器單元多，運(yùn)行繁瑣成本高厭氧-缺氧-好氧同步脫氮除磷工藝在原來 A/O 工藝的基礎(chǔ)上，嵌入一個缺氧池，并將好氧的混合液回流到缺氧，達(dá)到反硝化脫氮的目的，這樣厭氧-缺氧-好氧相串聯(lián)的系統(tǒng)能同時除磷脫氮。厭氧反應(yīng)