污水處理常規(guī)工藝 厭氧生物處理PPT學習教案

1、會計學1污水處理常規(guī)工藝污水處理常規(guī)工藝 厭氧生物處理厭氧生物處理與好氧不同之處在于厭氧過程與好氧不同之處在于厭氧過程不以分子氧為受氫體不以分子氧為受氫體。kJOHCOOOHC28806662226126好氧過程好氧過程厭氧過程厭氧過程厭氧過程的受氫體厭氧過程的受氫體可以是有機物（厭氧狀態(tài)），也可以可以是有機物（厭氧狀態(tài)），也可以是含氧有機物（是含氧有機物（NO3-，SO42- ，CO2等等，缺氧狀態(tài)），缺氧狀態(tài)）。kJKNOOHCOKNOOHC179612661222236126kJCOOHCHCHOHC226222236126第1頁/共82頁第2頁/共82頁第3頁/共82頁分為厭氧分為厭氧

2、懸浮生長懸浮生長系統(tǒng)處理技術(shù)和厭氧系統(tǒng)處理技術(shù)和厭氧附著生長附著生長系統(tǒng)處理技系統(tǒng)處理技術(shù)。術(shù)。厭氧接觸法厭氧接觸法普通消化池普通消化池厭氧生物濾池厭氧生物濾池厭氧流化床厭氧流化床厭氧生物轉(zhuǎn)盤厭氧生物轉(zhuǎn)盤厭氧污泥層工藝厭氧污泥層工藝UASB工藝厭氧隔板反應器厭氧移動層反應器工藝厭氧隔板反應器厭氧移動層反應器厭氧處理工藝類型厭氧處理工藝類型第4頁/共82頁第5頁/共82頁生化階段 物態(tài)變化液化（水解）酸化（1）酸化（2）氣 化生化過程大分子不溶態(tài)有機物轉(zhuǎn)化為小分子溶解態(tài)有機物小分子溶解態(tài)有機物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及I、II兩類產(chǎn)物II類產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及乙酸等CH4、CO2等菌 群發(fā)

3、酵細菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌甲烷細菌第6頁/共82頁 I 甲酸 類 甲醇 產(chǎn) 甲胺 通過不同 廢水或污泥 蛋白質(zhì) 氨基酸 物 乙酸等 途徑轉(zhuǎn)化 中不溶態(tài)大 多 糖 C6H12O6 為 CH4、 分子有機物 脂 類 甘油 II 丙酸 CO2等 脂肪酸 類 丁酸 CO2 、 H 產(chǎn) 乳酸 和乙酸 物 乙醇等 水解階段 酸化階段 氣化階段 酸化 I（酸性發(fā)酵期） 酸化 II（退減期） 不完全厭氧消化(酸發(fā)酵) 發(fā) 酵 菌 發(fā) 酵 菌 甲 烷 菌 產(chǎn)氫 產(chǎn)乙 酸菌 厭氧生物處理概況簡圖厭氧生物處理概況簡圖第7頁/共82頁厭氧生物處理是復雜的微生物化學過程，由三大主要類群的細厭氧生物處理是復雜的微生物化學過程，

4、由三大主要類群的細菌完成。菌完成。水解產(chǎn)酸細菌水解產(chǎn)酸細菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌產(chǎn)甲烷細菌產(chǎn)甲烷細菌含纖維素，半纖維素，果膠和脂類的污水中，含纖維素，半纖維素，果膠和脂類的污水中，水解水解成為速度限成為速度限制；簡單的糖類，淀粉，氨基酸的廢水中，制；簡單的糖類，淀粉，氨基酸的廢水中，產(chǎn)甲烷產(chǎn)甲烷成為限制步成為限制步驟。驟。第8頁/共82頁物污泥易流失，難以實現(xiàn)穩(wěn)定的運行。一般要求COD大于1000mg/L。CODNP=20051 碳/氮比：10-20：1消化效果較好。過高，導致pH緩沖能力不足，pH易下降；過低，pH升高到8以上，造成脂肪酸的銨鹽積累都對甲烷菌產(chǎn)生毒害作用。第9頁/共82

5、頁氧化還原電位？氧化還原電位？某物質(zhì)與氫電極構(gòu)成原電池時的電壓高低某物質(zhì)與氫電極構(gòu)成原電池時的電壓高低, ,反映該物質(zhì)氧反映該物質(zhì)氧化性強弱化性強弱第10頁/共82頁影響水樣氧化還原電位的因素有哪些？影響水樣氧化還原電位的因素有哪些？氧化性物質(zhì)（主要是氧濃度）與還原性物質(zhì)（有機物氧化性物質(zhì)（主要是氧濃度）與還原性物質(zhì)（有機物、H H2 2S S等）的等）的種類和含量種類和含量氧的溶入氧的溶入是引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的最主要和最直接是引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的最主要和最直接的原因。但是其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質(zhì)（如某些工業(yè)廢水中的原因。但是其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質(zhì)（如某些工業(yè)廢水

6、中含有的含有的FeFe3+3+、CrCr2 2O O7 72-2-、NONO3 3- -、SOSO4 42-2-以及酸性廢水中的以及酸性廢水中的H+H+等），同樣等），同樣能使體系中的氧化還原電位升高。當其濃度達到一定程度時，同能使體系中的氧化還原電位升高。當其濃度達到一定程度時，同樣會危害厭氧消化過程的進行。樣會危害厭氧消化過程的進行。還原物質(zhì)主要是有機物還原物質(zhì)主要是有機物 第11頁/共82頁為-350mV或更低。第12頁/共82頁常溫消化常溫消化中溫消化中溫消化高溫消化高溫消化水溫515水溫3035水溫5055第13頁/共82頁第14頁/共82頁第15頁/共82頁為困難，形成了三種發(fā)酵狀

7、態(tài)。當有機物負荷率很高，酸性發(fā)酵狀態(tài)，是一種低效而又不穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，應盡量避免。pH7.5第16頁/共82頁V=BOD*Q/qQ為流量q為BOD容積負荷，中溫1.66.5kg/m3*d第17頁/共82頁第18頁/共82頁h4h3h2h1Dd2d1圓筒形厭氧消化池圓筒形厭氧消化池 蛋形厭氧消化池蛋形厭氧消化池 第19頁/共82頁的污泥又送回消化池，因此組成了厭氧接觸系統(tǒng)。污泥回流量約為進水流量的2-3倍。消化池內(nèi)的MLVSS為6-10g/L。第20頁/共82頁第21頁/共82頁第22頁/共82頁 UASB布置結(jié)果示意圖布置結(jié)果示意圖布水區(qū)布水區(qū)反應反應區(qū)區(qū)三相分離區(qū)三相分離區(qū)超高超高第23頁/

8、共82頁第24頁/共82頁第25頁/共82頁n污水脫氮除磷的技術(shù)可分為物理法、化學法和生物法。相對而言，生物脫氮除磷技術(shù)投資少、運行操作簡單、無二次污染而被廣泛應用。n常用的生物脫氮除磷工藝有：缺氧-好氧脫氮工藝；厭氧-好氧除磷工藝；厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝等。第26頁/共82頁第27頁/共82頁第28頁/共82頁一、氮的去除一、氮的去除 廢水中氮的存在形式以有機氮、氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮四種。1. 化學法除氮(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，因廢水中的氮呈飽和狀態(tài)而逸出，所以吹脫法常

9、需加石灰。 吹脫過程包括將廢水的pH提高至10.511.5，然后曝氣，這一過程在吹脫塔中進行。第29頁/共82頁第30頁/共82頁第31頁/共82頁 通過適當?shù)目刂疲赏耆コ械陌钡?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) 折點加氯法: 含氨氮的水加氯時，有下列反應：ClHHOClOHCl22OHHClNHHOClNH224O2HHNHCl2HOClNH224O3H3Cl5HN3HOCl2NH224O3HHNCl3HOClNH234第32頁/共82頁O3H3Cl5HN3HOCl2NH224第33頁/共82頁第34頁/共82頁2. 生物法脫氮(1) 生物脫氮機

10、理 生物脫氮是在微生物的作用下，將有機氮和氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2的過程。其中包括硝化和反硝化兩個反應過程。 同化作用去除的氮依運行條件和水質(zhì)而定，如果微生物細胞中氮含量以12.5%計算，同化氮去除占原污水BOD的2%5%，氮去除率在8%20%。第35頁/共82頁 有機氮 （蛋白質(zhì)、尿素） 細菌分解和水解 氨 氮 同 化 有機氮 有機氮 （NH3-N） （細菌細胞） （凈增長） O2 硝化 自溶和自身氧化 亞硝態(tài)氮 反硝化 （NO2-） O2 有機碳 硝化 硝態(tài)氮 反硝化 氮氣 （NO3-） （N2） 有機碳 第36頁/共82頁氨化反應： 新鮮污水中，含氮化合物主要是以有機氮，如蛋白質(zhì)、氨基酸、胺類化

11、合物以及尿素等形式存在的，此外也含有少數(shù)的氨態(tài)氮如NH3及NH4+等。 微生物分解有機氮化合物產(chǎn)生氨的過程稱為氨化作用，很多細菌、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，有機氮化合物分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，以氨基酸為例：322NHRCOHCOOHOHCOOHRCHNH3222NHCORCOCOOHOCOOHRCHNH第37頁/共82頁 硝化反應是在好氧條件下，將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-的過程。O2H4H2NO3O2NH22亞硝酸菌24 322NO2O2NO2硝酸菌 總反應式為：OHH2NOO2NH2324硝化細菌硝化反

12、應：第38頁/共82頁 硝化細菌是化能自養(yǎng)菌，生長率低，對環(huán)境條件變化較為敏感。溫度、溶解氧、污泥齡、pH、有機負荷等都會對它產(chǎn)生影響。第39頁/共82頁 （a）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，必須氧化大量的NH3和NO2-，氧是硝化反應的電子受體，反應器內(nèi)溶解氧含量的高低影響硝化反應的進程，在硝化反應的曝氣池內(nèi)，溶解氧含量不得低于1mg/L，建議溶解氧應保持在1.22.0mg/L。 在硝化反應過程中，釋放H+，使pH下降，硝化菌對pH的變化十分敏感，為保持適宜的pH，應當在污水中保持足夠的堿度，以調(diào)節(jié)pH的變化，1g氨態(tài)氮（以N計）完全硝化，需堿度（以CaC

13、O3計）7.14g。對硝化菌的適宜的pH為8.08.4。 第40頁/共82頁硝化過程的影響因素： （b）混合液中有機物含量不應過高：硝化菌是自養(yǎng)菌，有機基質(zhì)濃度并不是它的增殖限制因素， BOD/TN3可不加外源碳源原水中含有的有機碳外加碳源，多用甲醇內(nèi)源呼吸碳源細菌體內(nèi)的原生物質(zhì)及其貯存的有機物第47頁/共82頁(2) 生物脫氮工藝（a）三段生物脫氮工藝： 將有機物氧化、硝化以及反硝化段獨立開來，每一部分都有其自己的沉淀池和各自獨立的污泥回流系統(tǒng)。第48頁/共82頁（b）Bardenpho生物脫氮工藝： 設(shè)立兩個缺氧段，第一段利用原水中的有機物為碳源和第一好氧池中回流的含有硝態(tài)氮的混合液進行反

14、硝化反應。 為進一步提高脫氮效率，廢水進入第二段反硝化反應器，利用內(nèi)源呼吸碳源進行反硝化。 曝氣池用于吹脫廢水中的氮氣，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。第49頁/共82頁第50頁/共82頁（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)。 反硝化反應以水中的有機物為碳源，曝氣池中含有大量的硝酸鹽的回流混合液，在缺氧池中進行反硝化脫氮。缺氧-好氧生物脫氮工藝第51頁/共82頁第52頁/共82頁第53頁/共82頁 磷也是生物體中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生長的重要元素，是水體中藻類繁殖的主要限制元素是水體中藻類繁殖的主要限制元素

15、。 人為參與磷的主要來自：人體排泄物以及合成洗滌劑、牲畜飼養(yǎng)場及含磷工業(yè)廢水。 危害：促進藻類等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復氧平衡；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磷有機磷有機磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等有機磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無機磷無機磷磷酸鹽：正磷酸鹽磷酸鹽：正磷酸鹽(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

16、(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、污水中磷的去除第54頁/共82頁一般城市污水水質(zhì)與排放要求 常規(guī)活性污泥法的微生物同化和吸附；項 目進水水質(zhì)/（mgL-1）國家排放標準/（mgL-1）一級A一級BCODcr2503005060BOD51001501020SS1502001020TKN(NH3-N)35（25）5（8）8（15）TP5611.5 如何去除以達到排放標準？ 生物強化除磷； 投加化學藥劑除磷。第55頁/共82頁常規(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

17、.5%2.0%，通過同化作用可去除磷12%20%。observe015. 0dBODdTPy 生物強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%。生物強化除磷工藝 如果還不能滿足排放標準，就必須借助化學法化學法除磷。第56頁/共82頁生物強化除磷工藝 利用好氧微生物中聚磷菌聚磷菌在好氧條件下對污水中溶解性磷酸鹽發(fā)揮過量吸收過量吸收作用，之后沉淀分離除磷。 污水中的有機物在厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸菌的作用下轉(zhuǎn)化為乙酸苷； 聚磷菌在厭氧狀態(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吸收乙酸苷轉(zhuǎn)化為PHB(聚-羥基丁酸)的形態(tài)儲藏于體內(nèi)。聚磷分解形成的無

18、機磷釋放回水中，這就是厭氧釋磷。厭氧環(huán)境中：第57頁/共82頁 進入好氧狀態(tài)后，聚磷菌將儲存于體內(nèi)的PHB進行好氧分解并釋出大量能量供聚磷菌增殖等生理活動，部分供其主動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同化作用除磷率可以達到12%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：第58頁/共82頁 厭氧環(huán)境 好氧環(huán)境 有機基質(zhì) 產(chǎn)酸菌 P 乙酸 P 聚 P 聚 P PHB PHB 聚 P 聚 P 聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌

19、 聚磷菌 生物除磷機理第59頁/共82頁 （1）厭氧環(huán)境條件： （a）氧化還原電位：Barnard、Shapiro等人研究發(fā)現(xiàn)，在批式試驗中，反硝化完成后，ORP突然下降，隨后開始放磷，放磷時ORP一般小于100mV； （b）溶解氧濃度：厭氧區(qū)如存在溶解氧，兼性厭氧菌就不會啟動其發(fā)酵代謝，不會產(chǎn)生脂肪酸，也不會誘導放磷，好氧呼吸會消耗易降解有機質(zhì)好氧呼吸會消耗易降解有機質(zhì)； （c）NOx-濃度：產(chǎn)酸菌利用NOx- 作為電子受體，抑制厭氧發(fā)酵過程，反硝化時消耗易生物降解有機質(zhì)；抑制厭氧放磷，從而影響好氧攝磷。生物除磷影響因素：第60頁/共82頁 （2）有機物濃度及可利用性：BOD5/TP20,較

20、高的較高的BOD對除磷有利對除磷有利；碳源的性質(zhì)對吸放磷及其速率影響極大，小分子的易小分子的易降解有機物能促進磷的釋放降解有機物能促進磷的釋放，磷的釋放越充分，好氧條件下磷的攝取量就越大；生物除磷影響因素：第61頁/共82頁 （3）污泥齡：污泥齡影響著污泥排放量及污泥含磷量，污泥齡越長，污泥含磷量越低，去除單位質(zhì)量的磷須同時耗用更多的BOD。 Rensink和Ermel研究了污泥齡對除磷的影響，結(jié)果表明：SRT=30d時，除磷效果40%；SRT=17d時，除磷效果50%；SRT=5d天時，除磷效果87%。 同時脫氮除磷系統(tǒng)應處理好泥齡的矛盾。同時脫氮除磷系統(tǒng)應處理好泥齡的矛盾。生物除磷影響因素

21、：第62頁/共82頁 （4）pH：與常規(guī)生物處理相同，生物除磷系統(tǒng)合適的pH為中性和微堿性6-8，不合適時應調(diào)節(jié)。生物除磷影響因素： （5）溫度：在適宜溫度范圍內(nèi)5-30，溫度越高釋磷速度越快；溫度低時應適當延長厭氧區(qū)的停留時間。 （6）其他：影響系統(tǒng)除磷效果的還有污泥沉降性能和剩余污泥處置方法等。第63頁/共82頁 (1) A/O法是由厭氧池和好氧池組成的同時去除污水中有機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生物除磷工藝第64頁/共82頁(2) Phostrip去除磷工藝流程：第65頁/共82頁3. A2/O工藝

22、A2/O工藝基本流程第66頁/共82頁 混合液回流 攪拌 攪拌 N2 沉淀池 原污水 處理出水 厭氧反應器 缺氧反應器 好氧反應器 磷釋放 脫氮 BOD 去除、硝化 磷吸收 污泥回流 剩余污泥 MSBR工藝傳統(tǒng)A2O工藝第67頁/共82頁第68頁/共82頁水力停留時間（h）厭氧反應器0.51.0缺氧反應器0.51.0好氧反應器3.56.0污泥回流比(%)50100混合液內(nèi)循環(huán)回流比(%)100300混合液懸浮固體濃度(mg/l)30005000F/M(kgBOD5/kgMLSS.d)0.150.7好氧反應器內(nèi)DO濃度(mg/l)2BOD5/P525(以10為宜)第69頁/共82頁4. 改進的Bardenpho工藝Phoredox工藝Bardenpho工藝第70頁/共82頁5. SBR工藝 SBR工藝是將除磷脫氮的各種反應，通過時間順序上的控制，在同一反應器中完成。