活性污泥生物脫氮除磷課件

1、水污染控制工程唐玉朝 安徽建筑工業(yè)學院環(huán)境科學與工程系E-mail: Department of Environmental Science and Engineering, Anhui University of ArchitectureCopyright Reserved! 第六節(jié) 生物脫氮與除磷內(nèi)容 1. 概述2. 生物脫氮原理與工藝3. 生物除磷原理與工藝4. 同步脫氮除磷工藝5. 脫氮除磷工藝設計計算Water Pollution Control Engineering1.概述 水體富營養(yǎng)化是當前水環(huán)境污染面臨的重大問題，富營養(yǎng)化造成水質(zhì)惡化，生態(tài)平衡破壞，魚類和水生生物死亡，還對飲

2、用水安全造成嚴重的威脅，危害人類健康. 氮(N)和磷(P)是引起水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵的物質(zhì)，低濃度的N和P即可以引起富營養(yǎng)化，(如湖泊地面水水質(zhì)標準，二級標準P的濃度為0.01 mg/L). 因而，污水處理時如何利用生物技術(shù)能將N, P物質(zhì)去除是當今污水處理的重要內(nèi)容，尤其是磷的去除.Water Pollution Control Engineering1.概述含N化合物在水中存在形態(tài)，有機N、氨N、亞硝酸鹽N、硝酸鹽N。總氮(TN)是四種含N化合物和；凱氏氮(KN)是有機N與氨N。城市污水經(jīng)過傳統(tǒng)的二級生化處理，有機物可以轉(zhuǎn)化為CO2, H2O等, 但是有機物中的氮不能有效去除，少部分可以通過

3、同化作用轉(zhuǎn)化為生物細胞有機體組分(通過剩余污泥)而去除，大部分只能轉(zhuǎn)化為溶解性的無機氮, (一般為NH3, 有少量NO2-, NO3-), 無法從水中直接去除，生物脫N是通過將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為不溶解于水的N2而從水中去除的. Water Pollution Control Engineering1.概述二級污水處理工藝活性污泥對N去除率按照BOD:N=100:5:1計算，城市污水進水BOD一般可達到200mg/L左右，這樣以微生物需要的營養(yǎng)計算，則剩余污泥可以去除10mg/L的氮和2mg/L左右的磷(存在污泥中, 不同的工藝有差異)。以同化作用將N, P轉(zhuǎn)移出污水系統(tǒng)。(微生物利用的NP還會因內(nèi)

4、源代謝釋放)高濃度工業(yè)廢水的氮可以用物理吹脫，低濃度的飲用水氮一般以化學方法(加氯氧化)去除，污水氮一般以生物方法去除。如果同時富含高濃度磷，則常形成磷酸鎂銨作為化學肥料回收。Water Pollution Control Engineering1.概述化學方法脫N(折點加氯)：NH4+ + HOCl = NH2Cl + H+ + H2ONH2Cl + HOCl = NHCl2 + H2ONHCl2 + HOCl = NCl3 + H2O2NH2Cl + HOCl N2 + 3HCl +H2O余氨的吹脫(針對氨)：游離的氨容易揮發(fā)，可以空氣吹脫到大氣中去.Mg2+ +PO43- + NH4+

5、+6H2O =Water Pollution Control EngineeringMgNH4 PO4 6H2O 2. 生物脫氮原理與工藝一. 生物脫氮原理1.1 生物脫氮基本過程1.2 影響生物脫氮的環(huán)境因素二. 生物脫氮工藝2.1 三級生物脫氮工藝2.2 兩級生物脫氮工藝2.3 單級生物脫氮工藝 2.4 A/O工藝三. 生物脫氮新理論3.1 同步硝化反硝化;3.2 短程硝化反硝化;3.3 厭氧氨氧化2. 生物脫氮原理工藝Water Pollution Control Engineering生物脫氮原理一. 生物脫氮原理 除同化作用可以部分除氮, 生物脫氮主要由反硝化過程實現(xiàn).1.1 基本過

6、程: 氨化:在氨化菌作用下, 有機物中的氮被轉(zhuǎn)化為氨氮, 有機物同時得到降解： 有機N NH3 硝化:分為兩個步驟-亞硝化和硝化. 在好氧條件下,亞硝化菌將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2, 進一步在硝化菌作用下轉(zhuǎn)化為NO3: NH4+ +1.5O2 NO2 + 2H+ + H2O (亞硝化) NO2 + 0.5O2 NO3 (硝化) 總反應:NH4+ +2O2 NO3 + 2H+ + H2OWater Pollution Control Engineering生物脫氮原理 反硝化:在缺氧條件下, 反硝化菌作用將NO3轉(zhuǎn)化為N2(異化反硝化,占96)或生物體 (同化反硝化,占4). 6NO3+5C 3N2

7、 + 6OH+ H2O + 5CO2 NO3 NO2 NO N2O N2 NO3 + C + H+ C5H7O2N + H2O NO3 NO2 有機含N物質(zhì)異化同化Water Pollution Control Engineering生物脫氮原理1.2. 影響生物脫氮的因素 氨化: 氨化菌是異養(yǎng)菌, 對環(huán)境條件要求不苛刻, 好氧或厭氧均可, 對酸堿, 溫度的適應范圍寬. Water Pollution Control Engineering生物脫氮原理(亞)硝化: 亞硝化菌和硝化菌均為化能自養(yǎng)菌. (A).溶解氧, 需要好氧的條件, DO2, 每mol氨經(jīng)過亞硝化需1.5mol O2, 硝化需

8、0.5mol O2 (B).酸堿, 中性或弱堿性 (亞硝化產(chǎn)生酸!),最宜在pH 8.0-8.4左右. (C).溫度, 20-30最佳 (15迅速降低,5反應停止) . (D). C/N比，BOD低才能維持硝化菌生長(異養(yǎng)微生物競爭, BOD越高硝化菌比例越小)Water Pollution Control Engineering生物脫氮原理反硝化: 反硝化菌是異養(yǎng)菌,兼性厭氧菌. (A). 碳源(外加, 利用污水有機物, 或內(nèi)源呼吸) (B). 酸堿, pH最宜在 6.5-7.5 (C).溶解氧, 需少的DO或間歇有氧缺氧, DO 0.5mg/L, DO過高則直接以好氧呼吸 (D). 溫度,

9、 20-40, 低于15反應迅速降低 由于硝化菌和反硝化菌世代時間長,所以反應器內(nèi)生物停留時間要長,即污泥齡要長Water Pollution Control Engineering生物脫氮原理生物脫氮的過程比較過程氨化亞硝化硝化反硝化(異化)能源有機物NH4+NO2碳源H受體O2O2O2NO3,NO2DO范圍寬好氧好氧缺氧, 0.5堿度變化產(chǎn)生NH31MNH4+產(chǎn)生2M H+不變1M NO3 產(chǎn)生1M OH需氧情況1g BOD需1.5gO2氧化1MNH4+需1.5M O2氧化1M NO2需0.5M O2需NO2或NO3Water Pollution Control Engineering生物

10、脫氮工藝二. 生物脫氮工藝2.1：Barth三級(段)生物脫N工藝第一段-氨化. 去除BOD和COD, 進行曝氣, 有機N轉(zhuǎn)化為氨氮；第二段-亞硝化和硝化, 氨N轉(zhuǎn)化為NO3,需要加堿；第三段-反硝化, NO3轉(zhuǎn)化為N2氣, 必須外加碳源(加甲醇或引污水), 否則效率低, 需攪拌.Water Pollution Control EngineeringBarth三級(段)生物脫N工藝流程:曝氣硝化反硝化堿N2碳源曝氣池:降解BOD,有機物分解(氨化)硝化池:硝化反應, NH3轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮,降解BOD(亞 硝化, 硝化)反硝化池:脫N(反硝化),需攪拌沉淀池:固液分離.生物脫氮工藝沉沉沉出水進水W

11、ater Pollution Control Engineering Barth三級(段)生物脫N工藝特點: 1.各段在各自的反應器下完成, 可控制各個反應器最適宜的條件； 2. 脫氮率較高； 3. 反應器多構(gòu)筑物多, 需外加碳源和堿, 造價高, 管理也不便.生物脫氮工藝Water Pollution Control Engineering2.2 兩級(段)生物脫N工藝:曝氣反硝化堿N2碳源生物脫氮工藝沉沉出水進水曝氣池:降解BOD,有機物分解(氨化), (亞)硝化反應, NH3轉(zhuǎn)化為硝態(tài)N；反硝化池:缺氧,完成反硝化脫N；沉淀池:固液分離.Water Pollution Control En

12、gineering生物脫氮工藝2.3 單級生物脫氮工藝曝氣反硝化沉淀N2污水或甲醇出水進水污泥回流曝氣池:好氧條件,完成降解BOD, 氨化,硝化等功能;反硝化池:缺氧,完成反硝化脫氮;沉淀池:固液分離;特點:工藝簡單,但難以控制,水質(zhì)也難保證.堿Water Pollution Control Engineering2.4 前置反硝化工藝, A/O工藝或AN/O(缺氧/好氧工藝anoxic/oxic):反硝化曝氣沉淀反硝化池:缺氧,完成反硝化脫氮曝氣池:好氧條件,完成降解BOD, 氨化,硝化反應等功能N2出水進水硝化液內(nèi)循環(huán)污泥回流生物脫氮工藝Water Pollution Control En

13、gineering生物脫氮工藝AN/O工藝特點:反硝化反應器前置, 氨化和硝化在后, 不需要外加碳源, 反硝化的碳源從污水中得到;亞硝化階段需要的堿度可以得到部分補償, 所以通常不需要加堿, 反硝化液殘留的有機物可以進一步處理;構(gòu)筑物少,流程簡單;但是出水含硝酸鹽NO3, 脫N效率受限制, 高的脫N率需要循環(huán)比大, 動力消耗大, 沉淀池存在反硝化過程, 容易污泥上浮.Water Pollution Control Engineering生物脫氮理論進展三. 生物脫氮新理論傳統(tǒng)脫氮理論: 硝化和反硝化反應分別由硝化菌和反硝化菌作用完成,兩菌對環(huán)境條件的要求不同, 這兩個過程不能同時發(fā)生, 而只能

14、序列式進行，即硝化反應在好氧條件下, 反硝化反應在缺氧或厭氧條件下.因此生物脫氮工藝是將缺氧區(qū)與好氧區(qū)分開的分級硝化反硝化工藝, 或在兩個分離的反應器中進行, 或在時間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個反應器中進行, 以便硝化與反硝化能夠獨立地進行.Water Pollution Control Engineering生物脫氮理論進展3.1 同步硝化反硝化 ：微環(huán)境理論認為,由于氧擴散的限制,在微生物絮體或者生物膜內(nèi)產(chǎn)生溶解氧梯度,即微生物絮體或生物膜的外表面溶解氧濃度高,深入絮體內(nèi)部,氧傳遞受阻及外部氧的大量消耗, 產(chǎn)生缺氧區(qū),從而形成有利于實現(xiàn)同步硝化反硝化的微環(huán)境.宏觀環(huán)境論認為，由于氧氣

15、擴散速率的限制，曝氣池內(nèi)形成局部缺氧/厭氧環(huán)境.微生物學研究發(fā)現(xiàn), 存在好氧反硝化細菌和異養(yǎng)硝化細菌, 打破了傳統(tǒng)理論的硝化反應只能由自養(yǎng)細菌完成和反硝化只能在厭氧條件下進行的觀點.Water Pollution Control Engineering生物脫氮理論進展同步硝化反硝化具有以下特點：(1) NO2無須氧化為NO3便可直接進行反硝化反應，因此, 整個反應過程加快, 水力停留時間縮短, 反應器容積減小；(2) 亞硝化反應僅需75的氧, 需氧量降低, 節(jié)約能耗；(3) 硝化菌和反硝化菌在同一反應器中同時工作, 脫氮工藝簡化而效能提高；Water Pollution Control Eng

16、ineering生物脫氮理論進展(4) 將有機物氧化, 硝化和反硝化在反應器內(nèi)同時實現(xiàn), 既提高脫氮效果, 又節(jié)約曝氣和混合液回流所需的能源；(5) 反硝化產(chǎn)生的OH可以中和硝化產(chǎn)生的部分H+, 減少了pH值波動, 使兩個生物反應過程同時受益, 提高了反應效率；(6) 為反硝化提供了碳源, 促進同步硝化反硝化的進行 Water Pollution Control Engineering生物脫氮理論進展3.2 短程硝化反硝化：傳統(tǒng)理論認為, 生物脫氮需經(jīng)過如下過程： NH4+ NO2 NO3 NO2 N2 氨化 亞硝化 硝化 反 硝 化而短程反硝化就是在硝化過程中造成一定的特殊環(huán)境使NH4+正常

17、硝化到NO2, 而NO2氧化到NO3的過程受阻, 形成所謂的“NO2積累”后直接進行反硝化, 也可稱為不完全硝化反硝化: NH4+ NO2 N2Water Pollution Control Engineering生物脫氮理論進展實現(xiàn)短程反硝化的關(guān)鍵在于將NH4+氧化控制在NO2階段，阻止NO2的進一步氧化，因此，如何持久穩(wěn)定地維持較高濃度的NO2的積累及影響NO2積累的因素 .因為影響N 積累的控制因素比較復雜，并且硝化菌能夠迅速地將NO2轉(zhuǎn)化為NO3 ，所以要將NH4+的氧化成功地控制在亞硝酸鹽階段并非易事. Water Pollution Control Engineering生物脫氮理

18、論進展工藝特點：(1)硝化階段可減少25左右的需氧量， 反硝化階段可減少40左右的有機碳源，降低了能耗和運行費用；(2)反應時間縮短，反應器容積可減小3040左右；(3)具有較高的反硝化速率(NO2 的反硝化速率通常比NO3的高63左右；(4)污泥產(chǎn)量降低(硝化過程可少產(chǎn)污泥33-35左右，反硝化過程中可少產(chǎn)污泥55左右).Water Pollution Control Engineering生物脫氮理論進展SHARON工藝:利用硝化菌在較高的溫度下生長速率低于亞硝化菌這一事實, 開發(fā)在較高溫度下實現(xiàn)生物脫氮處理.工藝的核心是通過污泥齡和反應溫度實現(xiàn)將硝化菌淘汰, 但留下亞硝化菌.Water

19、Pollution Control Engineering生物脫氮理論進展3.3 厭氧氨氧化(ANAMMOX)：是指在厭氧條件下, 微生物直接以NH4+為電子供體, 以NO3或NO2為電子受體, 將NO3, NO2, NH4+直接轉(zhuǎn)變成N2的生物轉(zhuǎn)化過程.反應可以如下方式存在： 5NH4+ + 3NO3 4N2 + 9H2O + 2H + (1) NH4+ + NO2 N2 + 2H2O (2)Water Pollution Control Engineering工藝特點：(1)無需外加有機物作電子供體,既可節(jié)省費用,又可防止二次污染；(2)硝化反應每氧化lmolNH4+ 耗氧2mol, 厭氧

20、氨氧化每氧化lmol NH4+只需要0.75mol氧, 耗氧下降62.5, 能耗低；(3) 硝化反應氧化lmol NH4+ 可產(chǎn)生2molH+,反硝化產(chǎn)生lmol OH-, 而氨厭氧氧化的生物產(chǎn)酸量降低1/2, 產(chǎn)堿量降至為零; (4) 在厭氧條件下直接利用NH4+作電子供體, 無需供氧, 無需外加有機碳源維持反硝化, 無需額外投加酸堿中和試劑, 故降低了能耗, 節(jié)約了運行費用, 用時還避免了因投加中和試劑有可能造成的二次污染問題.生物脫氮理論進展Water Pollution Control Engineering3.生物除磷原理與工藝生物除P機理生物除磷新技術(shù)生物除磷工藝 3.1 A/O工

21、藝 3.2 Phostrip工藝:生物除磷原理與工藝化學除磷是利用磷酸鹽與Fe3+, Al3+或Ca2+反應形成不溶性沉淀而將溶解性的磷去除的. 5Ca2+ + 3PO43 + OH = Ca5(PO4)3OH Al3+ + PO43 = AlPO4 Fe3+ + PO43 = FePO4 多余的Fe3+, Al3+或Ca2+繼續(xù)與水或CO32 形成Fe(OH)3, Al(OH)3 或CaCO3等沉淀.化學法除磷效果較好, 去除率高, 磷不二次釋放,但形成的含磷污泥較多.Water Pollution Control Engineering生物除磷原理一. 生物除P機理：1.1 基本過程：厭氧

22、釋放磷，好氧吸收磷厭氧時:厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸菌將污水有機物轉(zhuǎn)化為乙酸苷；聚P菌將體內(nèi)聚P分解, 多余能量吸收揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)化為聚羥基丁酸(PHB)或PHV等, 聚P分解為無機P釋放到水中.好氧時:聚P菌將PHB分解, 多余能量吸收水中溶解性磷酸鹽為ATP并部分轉(zhuǎn)化為聚P并儲存在體內(nèi), 即好氧吸P, 好氧吸P所吸收的P是過多的, 并非生物需要量的P.厭氧產(chǎn)生的PHB多有利于好氧吸收磷。 通過排放高含P的剩余污泥將P從系統(tǒng)中除去.Water Pollution Control Engineering生物除磷原理示意圖有機物乙酸苷產(chǎn)酸菌聚磷菌PHB聚磷菌PHB厭氧環(huán)境好氧環(huán)境生物除磷原理Water Pol

23、lution Control Engineering生物除磷原理1.2. 生物影響除P因素DO：厭氧反應器應該盡可能沒有電子受體O2、或NO3-, 厭氧需要DO0, NO3-0, 好氧區(qū)需要氧, 但曝氣時間不宜過長, 否則P可能重新釋放出來.污水性質(zhì)：BOD/TKN要大,容易生物降解有機物如低級脂肪酸對厭氧釋放P過程有利,一些酸堿物質(zhì)等有利于厭氧釋放P.Water Pollution Control Engineering生物除磷新技術(shù)反硝化除磷技術(shù)是指反硝化除磷菌(Denitrifying Phosphorus removal Bacteria，DPB)經(jīng)厭氧釋磷后，在缺氧條件下以硝酸鹽作為

24、吸磷的電子受體，同步實現(xiàn)脫氮和除磷.特點: 緩解了反硝化和釋磷對耗氧有機物(以COD計)的需求矛盾, PHB 一碳兩用;克服了硝酸鹽對磷釋放的不利影響,硝酸鹽電子手體, 節(jié)省氧量;反硝化菌和聚磷菌(PAO )所需的最佳SRT相抵觸等矛盾.Water Pollution Control Engineering 三、生物除磷工藝3.1 AP/O工藝A/O工藝(anaerobic/oxic)是厭氧/好氧工藝,工藝簡單,水不內(nèi)循環(huán),比較與生物脫N的A/O工藝異同.厭氧池-釋放P,有機物厭氧分解;曝氣池-吸收P,去除BOD;沉淀池-泥水分離. 厭氧池曝氣池沉淀池進水出水剩余污泥回流污泥生物除磷工藝Wat

25、er Pollution Control Engineering3.2 Phostrip工藝:是化學除磷與生物除磷相結(jié)合的工藝,工藝流程:生物除磷工藝Water Pollution Control Engineering厭氧池曝氣池沉淀池進水出水剩余污泥回流污泥混合池攪拌池沉淀化學污泥石灰Phostrip工藝特點:除磷效果好, 除磷穩(wěn)定, 一般出水磷濃度達到1mg/L以下, 但是沒有脫氮的功能;污泥含磷率高, 可以作為肥料使用;工藝流程復雜, 管理難度高, 需氧投加石灰, 基建和運行費用較大, 生物除磷工藝Water Pollution Control Engineering4.同步生物脫氮除

26、磷工藝同步生物脫N與除P工藝(1) A/A/O工藝(2) Bardenpho工藝(3) UCT工藝(4) Johannesburg工藝(5) SBR工藝(6) 氧化溝工藝同步脫N除P工藝Water Pollution Control Engineering同步脫N除P工藝同步生物脫N與除P 生物脫N與除P要求的環(huán)境條件接近，脫N是缺氧與好氧交替，除P是厭氧與好氧交替，所以在工藝上可以實現(xiàn)既脫N又除P的功能。Water Pollution Control Engineering同步脫N除P工藝同步生物脫N除P工藝:(1) A/A/O工藝,A2/O工藝,厭氧/缺氧/好氧工藝.特點：最簡潔的同步生物

27、脫N除P工藝,構(gòu)筑物少,兩個A池需要慢速攪拌,不需外加碳源和堿度,運行費用低,脫N除P效果不高.Water Pollution Control Engineering同步脫N除P工藝 第一A池(anaerobic)-厭氧池,釋放P和部分有機物厭氧分解；第二A池(anoxic)-缺氧池,生物脫N,NO3來自回流；O池(oxic)-好氧池,有機物降解,氨化,亞硝化,硝化,吸收P；沉淀池-污泥與水分離。厭氧池缺氧池沉淀池進水出水剩余污泥回流污泥好氧池A/A/O工藝流程圖Water Pollution Control Engineering同步脫N除P工藝 倒置A2/O工藝：第一A池(anaerobi

28、c)-缺氧池,生物脫N,NO3來自回流；第二A池(anoxic)-厭氧池,釋放P和部分有機物厭氧分解； O池(oxic)-好氧池功能；沉淀池-功能。缺氧池厭氧池沉淀池進水出水剩余污泥回流污泥好氧池倒置A2/O工藝流程圖Water Pollution Control Engineering沉(2) Bardenpho工藝四級串連工藝,即缺氧/好氧/缺氧/好氧工藝,理解為兩級串連的A/O工藝,第一級A/O工藝設置污水回流. 特點:脫N效果好,除P一般, 工藝較復雜, 構(gòu)筑物較多. Water Pollution Control Engineering同步脫N除P工藝Bardenpho工藝流程圖Wa

29、ter Pollution Control Engineering缺氧池沉淀池進水出水剩余污泥回流污泥好氧池缺氧池好氧池回流污水第一缺氧池-脫N釋放P;第一好氧池-BOD降解,吸收P,硝化(程度低)；第二缺氧池-脫N釋放P;第二好氧池-吸收P,硝化,BOD降解。同步脫N除P工藝改進的Bardenpho工藝流程圖:厭氧池:釋放磷;第一缺氧池-脫N釋放P;第一好氧池-BOD降解,吸收P,硝化(程度低)；第二缺氧池-脫N釋放P;第二好氧池-吸收P,硝化,BOD降解,除N2功能。強化了除磷的功能,但構(gòu)筑物多,工藝復雜.同步脫N除P工藝Water Pollution Control Engineerin

30、g厭沉進水出水剩余污泥回流污泥好缺好回流污水缺同步脫N除P工藝(3) UCT工藝，厭氧/缺氧/好氧工藝。避免(AAO工藝)厭氧池由于污泥回流帶入的少量NO3-給釋放P的影響；厭氧池的污泥減少由缺氧池回流補充(但是回流污泥濃度不高，造成厭氧池MLSS低). 厭氧池缺氧池沉淀池進水出水剩余污泥回流污泥好氧池回流1回流2Water Pollution Control Engineering同步脫N除P工藝(4) Johannesburg工藝(約翰內(nèi)斯堡)減少回流,缺氧池有足夠的水力時間,厭氧池NO3-濃度低,效率高.缺氧池1厭氧池沉淀池進水出水剩余污泥回流污泥好氧池缺氧池2Water Polluti

31、on Control Engineering缺氧池1, 僅處理回流污泥，體積小(5) SBR工藝:1.反硝化脫N; 2.釋放P,有機物厭氧分解; 3.有機物好氧分解,吸收P, BOD降低,氨化; 4.吸收P, 亞硝化, 硝化;5.泥水分離具有較高的脫N除P效率,運行靈活,工藝簡潔Water Pollution Control Engineering缺氧厭氧好氧好氧沉淀12345進水出水排泥同步脫N除P工藝(6) 氧化溝工藝:特點:推流與完全混合工藝特點;DO存在濃度梯度,具有顯著的脫氮功能,有除磷效果;出水水質(zhì)好;形式: Carrousel氧化溝. Orbal氧化溝. 一體化氧化溝。同步脫N除

32、P工藝Water Pollution Control Engineering同步脫N除P工藝同步生物脫N除P工藝存在問題：生物脫N要求低的污泥負荷,長的泥齡,而生物除P要求高的負荷,較低的泥齡. 為了脫N效果,要充分曝氣以完成硝化過程,會對吸收P產(chǎn)生不利影響,生物脫N必須的NO3對生物除P的過程有抑制作用,解決此問題則工藝復雜.同步生物脫N除P在沉淀池前為好氧池,有部分NO3不能去除,只能依靠加大回流來提高脫N效率,動力消耗大.系統(tǒng)抗沖擊負荷能力低.Water Pollution Control EngineeringN,P處理主要問題1.傳統(tǒng)工藝要同時獲得高的N, P去除率有困難, N P

33、同時高的污水需采取其他措施;需要雙污泥系統(tǒng), 工藝過分復雜.2.出水TP和TN超標與污泥沉降不完全有很大關(guān)系(BOD5也是), 改善沉降性能或外加過濾措施;3.與進水的TN和TP相比, 傳統(tǒng)工藝的碳源相對不足, 工藝需要改進和完善.Water Pollution Control Engineering5.脫氮除磷工藝設計脫N除P工藝設計與計算1. 生物脫氮設計計算 1.1 水質(zhì)要求 1.2 脫氮設計計算 1.3 設計舉例2. 生物除磷設計計算脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝設計與計算：1. 生物脫氮設計計算確定污水水質(zhì)參數(shù)；根據(jù)

34、污水性質(zhì)選擇合適的脫N除P工藝；計算各反應器容積和水力停留時間；計算需要氧的量；計算堿度。Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算1.1水質(zhì)要求:1. 脫氮時，污水中的五日生化需氧量與總凱氏氮之比宜大于4；2. 除磷時，污水中的五日生化需氧量與總磷之比宜大于17；3. 同時脫氮、除磷時，宜同時滿足前兩款的要求；4 .好氧區(qū)（池）剩余總堿度宜大于70mg/L（以CaCO3 計），當進水堿度不能滿足上述要求時，應采取增加堿度的措施。脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering1.2脫氮設計計算:當僅需脫氮時，宜

35、采用缺氧好氧法（AN/O 法）。1. 生物反應池的容積，按活性污泥法一般公式計算時，反應池中缺氧區(qū)（池）的水力停留時間宜為0.53h。2. 生物反應池的容積，采用硝化、反硝化動力學計算時，按下列規(guī)定計算。脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering1) 缺氧區(qū)(池)容積，可按下列公式計算： Vn =Nk - 進水凱氏氮濃度(總氮更妥Nt)Nte - 出水總氮濃度Kde-脫氮速率, 溫

36、度校正: Kde(T)=Kde(20) 1.08(T-20)0.12-活性污泥的N元素占污泥VSS的比例脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering2) 好氧區(qū)(池)容積，可按下列規(guī)定計算： V=其他并無差異, 污泥齡: co= FF:安全系數(shù), n硝化菌比增殖速率脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering硝化菌比增殖速率:nm 硝化菌最大比增殖速率;Na 硝化菌的底物濃度,即NH3濃度;Kn 硝化反應的半速度常數(shù);DO 溶解氧濃度Ko 溶解氧影響的開關(guān)系數(shù);Kdn 硝化菌的內(nèi)源代謝系數(shù)。脫N除P工藝計算Wa

37、ter Pollution Control Engineering硝化池內(nèi)DO濃度較高，如果忽略內(nèi)源代謝，忽略溶解氧影響的開關(guān)系數(shù)，再考慮溫度影響：脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering3）需氧量計算：與一般的活性污泥相比，增加了因為硝化而需要的氧，該部分就是凱氏氮的去除總量氮的氧當量系數(shù)4.57:氮的總?cè)コ浚核孕柩趿?生物脫氮工藝的理論需氧量)：脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering如果工藝具有前置反硝化(或反應器不分開)，則由于反硝化可以以NO3代謝掉部分有機物，所以這部分“節(jié)省”的氧應該扣

38、除(除非外加碳源)： Nk0，Nke分別為進水出水凱氏氮濃度；Nt0，Nte分別為進水出水總氮濃度。脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering4.57: 1mol的氨N(14g)徹底氧化需要轉(zhuǎn)移8mol電子, 即2mol O2(64g) 64/14=4.572.86: 1mol硝酸根還原轉(zhuǎn)移5mol電子, 即1.25mol O2(40g) 40/14=2.86Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算4）混合液回流比，可按下列公式計算：假設理想反應器(AN/O工藝)，有機N和氨N在好氧反應器內(nèi)可以完全氧化為

39、NO3-；回流到缺氧反應器的NO3-可以完全被反硝化為N2：則，好氧反應器O的末端出水硝酸鹽N的總量，是濃度 Nte與流量的積： (RiR+1)QNte與原進水總N量相等：QNt0 (RiR+1)QNte= QNt0脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering(RiR+1)QNteQNt0(RiR+1) NteNt0 = N去除率 加大回流比可以提高N去除率,一般Ri400%.如假設R為0.5,則Ri=4, 去除率81.8% Ri=5, 去除率84.6%脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering出水堿度=進水

40、堿度+0.1(S0-Se) +3.57反硝化去除的N 7.14 氨氧化的N出水堿度宜大于70mg/L。脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering1.3 設計舉例:1).A2O工藝(規(guī)范建議同步脫氮除磷選擇工藝)2).氧化溝工藝脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering1).A2O工藝例題：流量,平均日20000m3，進水：COD-450, BOD5-185, SS-250, TKN-40, TP- 5出水：COD-70,

41、BOD-20, SS-20, TN-15, TP-1先計算污水設計流量:一級構(gòu)筑物Kz為1.59; 生化處理構(gòu)筑物Kz 為1.30.二級生化處理構(gòu)筑物反應器容積計算方法：方法1：按照反硝化速率和硝化菌比增殖速率；方法2：按照污泥負荷. Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算方法1：按照反硝化速率和硝化菌比增殖速率：(1):厭氧池計算：水力時間 V=QtQ為設計流量,Q=平均流量變化系數(shù)，t為水力停留時間，h。t取2.0h，變化系數(shù)取1.3，平均流量833m3/h V=8331.32.0=2166 m3厭氧池容積2166 m3,水力停留時間2.0h

42、Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算回流污泥濃度與SVI：SVI=SV/MLSS，曝氣池的MLSS曝氣池MLSS/沉淀池下部污泥區(qū)的污泥濃度MLSS=SVMLSS曝/MLSS沉=SVSVI= =1/ MLSS沉=1/Xr (Xr回流污泥濃度)如SVI=100mL/g,則回流污泥濃度=1/100mLg-1 =1g/100m L =10000mg/L，如SVI=80 mL/g,則回流污泥濃度=1/80mLg-1 =1.25g/100mL=12500mg/L。 Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算反應

43、器內(nèi)污泥濃度： X=r/(1+r)XrX反應器內(nèi)污泥濃度，r污泥回流比,取0.4，Xr回流污泥濃度 X = Xr, SVI取75，則Xr = 13333 mg/L SV取30，X=4000mg/L, MLVSS=0.74000=2800mg/LWater Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算 (2).缺氧池計算：反硝化速率V= Q設計流量，Nk、Nte分別為進水TKN, 出水TKN, Kde反硝化脫N速率反硝化脫N速率溫度校正： Kde(T)=Kde(20) 1.08(T-20) Xv Q(S0-Se) Yobs20000(185-20)0.4=1320k

44、g/d表觀產(chǎn)率系數(shù)取0.4Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算 內(nèi)源代謝系數(shù)Kde取0.05水力停留時間3511/1083=3.2hWater Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算(3)好氧池計算：水力時間,根據(jù)硝化菌計算出水NH3-N濃度取1mg/L, 半速度常數(shù)為1mg/L, 忽略溶解氧開關(guān)系數(shù)，內(nèi)源代謝系數(shù)取0.02:Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算安全系數(shù)取2.

45、0水力停留時間5700/1083=5.3h脫N除P工藝計算方法1結(jié)果:厭氧池: 2166 m3, 水力停留時間2.0h缺氧池:3511 m3 , 水力停留時間3.2 h好氧池:5700 m3 , 水力停留時間5.3h合計: 11377m3 , 水力停留時間10.5hWater Pollution Control Engineering2按照污泥負荷厭氧池計算同上述方法；缺氧好氧池(A/O)計算： 作為整體，按污泥負荷計算，VAO= N0污泥容積負荷(kgBOD5/kgMLVSSd)，X污泥濃度，MLVSS。注意污泥濃度單位的一致。 Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算VAO= 按照A池:O池=1:3的比例計算各自的容積：VA=2553 m3VO=7660 m3Water Pollution Control Engineering脫N除P工藝計算脫N除