城市污水生物脫氮除磷技術發(fā)展課件

1、城市污水生物脫氮除磷技術的發(fā)展張雁秋南京 2009年12月19日第1頁，共30頁。1前言生物脫氮除磷技術（Biological Nutrient Removal）的研究和應用已逾40年，在工藝形式和工藝流程上都發(fā)生了一系列革新，新工藝層出不窮。尤其是近年來，自控技術在城市污水處理領域的廣泛應用，更促進了生物脫氮除磷技術向高效低能耗方向的發(fā)展。 第2頁，共30頁。除磷脫氮工藝在涉及泥齡上的矛盾：1）除磷需要泥齡短 生物除磷主要靠排出剩余污泥而帶走磷，因此，如要除磷效率高，就必須加大污泥排泥量。從=VX/X 可以看出，VX是系統(tǒng)效率的基本參數(shù)， X可以看作變量，調(diào)整X可以調(diào)整泥齡。第3頁，共30頁

2、。2）脫氮需要泥齡長 脫氮的關鍵步驟是硝化，消化過程不充分，則無法提高脫氮效率。 但是，硝化菌（包括亞消化菌）是一類增值速度較慢的微生物，所需要的世代時間比較長，通常需要3-5天，因此在泥齡短的系統(tǒng)中，硝化菌量極少。第4頁，共30頁。 因此，如何確定合理的泥齡是提高除磷脫氮效率的技術關鍵。不可只偏重于其中一個方面。 在特殊的情況下，可以改變泥齡的長短來調(diào)節(jié)除磷脫氮的重心。第5頁，共30頁。連續(xù)流脫氮除磷工藝的革新與發(fā)展連續(xù)流脫氮除磷工藝的發(fā)展主要是圍繞著在同一污水處理系統(tǒng)中實現(xiàn)脫氮與除磷所存在的矛盾展開的。最初，脫氮和除磷是在不同的生物處理工藝中實現(xiàn)的。第6頁，共30頁。1972年，Barna

3、rd在研究缺氧、好氧交替進行的Bardenpho脫氮工藝時發(fā)現(xiàn)廢水中的磷也得以高效率的去除。于是，他在流程之初增加了一個厭氧區(qū)，提出同時實現(xiàn)脫氮除磷的Phoredox工藝，它的簡化流程就是2/圖1）。 第7頁，共30頁。從此之后，脫氮除磷被統(tǒng)一在一個系統(tǒng)中，既簡化了污水處理的操作，又增加了處理工藝的功能。 厭氧 缺氧 好氧 二沉池 內(nèi)回流污泥回流圖1 2/工藝厭氧缺氧好氧沉淀第8頁，共30頁。然而實際應用表明脫氮與除磷之間存在一些矛盾，很難在同一系統(tǒng)中同時獲得氮磷的高效去除。其中最主要的矛盾是厭氧環(huán)境下反硝化與釋磷對碳源的競爭。第9頁，共30頁。根據(jù)生物除磷原理，在厭氧條件下，聚磷菌通過菌種間

4、的協(xié)作，將有機物轉化為揮發(fā)酸，借助水解聚磷釋放的能量將之吸收到體內(nèi)，并以聚羥基丁酸（PHB）貯存，提供后續(xù)好氧條件下過量攝磷和自身增殖所需的磷源和能量。如果厭氧區(qū)存在較多的硝酸鹽，反硝化菌會以有機物為電子供體進行反硝化，消耗進水中有機碳源，影響厭氧產(chǎn)物PHB的合成，進而影響到后續(xù)除磷效果。 第10頁，共30頁。一般而言，要同時達到氮磷的去除目的，城市污水中碳氮比(COD/TKN）至少為 9。當城市污水中碳源低于此要求時，由于大多數(shù)處理工藝流程都把缺氧反硝化置于厭氧釋磷之后，反硝化效果受到碳源量的限制，大量的未被反硝化的硝酸鹽隨回流污泥進入?yún)捬鯀^(qū)，干擾厭氧釋磷的正常進行，最終影響到整個營養(yǎng)鹽去除

5、系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。第11頁，共30頁。為了改善城市污水脫氮除磷系統(tǒng)在進水碳源不足時的處理效果，研究者們進行了大量工藝改進。第12頁，共30頁。第一種思路是改進污泥回流路線或增加反硝化環(huán)節(jié)，以控制厭氧區(qū)回流污泥中的硝酸鹽含量。UCT、VIP、JHB等工藝都屬于這種思路的產(chǎn)物。南非Cate Town大學的UCT工藝將2/中的污泥回流由厭氧區(qū)改到缺氧區(qū)，使污泥經(jīng)反硝化后再回流至厭氧區(qū)，減少了回流污泥中硝酸鹽含量（圖2）。第13頁，共30頁。厭氧 缺氧 好氧 二沉池內(nèi)回流污泥回流圖2 UCT工藝內(nèi)回流厭氧缺氧好氧沉淀第14頁，共30頁。與2/工藝相比，在適當?shù)腃OD/TKN比例下，缺氧區(qū)的反硝化可使厭氧

6、區(qū)回流污泥中硝酸鹽含量接近于0。當進水COD/TKN較高時，缺氧區(qū)無法實現(xiàn)完全的脫氮，仍有部分硝酸鹽進入?yún)捬鯀^(qū)，因此又產(chǎn)生改進UCT工藝(MUCT）（圖 3）。 第15頁，共30頁。 MUCT工藝有兩個缺氧池，前一個接受二沉池回流污泥，后一個接受好氧區(qū)硝化混合液，使污泥的脫氮與混合液的脫氮分開，進一步減少硝酸鹽進入?yún)捬鯀^(qū)的可能。 厭氧 缺氧1 缺氧2 好氧 二沉池 內(nèi)回流 污泥回流圖3 MUCT工藝 內(nèi)回流沉淀第16頁，共30頁。 JHB工藝是在2/工藝的厭氧區(qū)污泥回流線路中增加了一個缺氧池，以減少回流污泥中硝酸鹽的含量（圖 4）。 厭氧 缺氧 好氧 二沉池內(nèi)回流污泥回流圖4 JHP工藝 缺氧

7、厭氧缺氧好氧沉淀缺氧第17頁，共30頁。而隨著研究的深入，“聚磷菌釋磷需絕對厭氧環(huán)境（即DO0且NO30 ）”的認識被打破，人們發(fā)現(xiàn)通過補充碳源可以緩解厭氧區(qū)反硝化與釋磷之間的競爭，從而保證脫氮除磷系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。于是改善進水水質(zhì)、改變進水方式成為第二種改進思路。 第18頁，共30頁。另一種思路由中國礦業(yè)大學張雁秋教授提出，這種思路是用生態(tài)學思想指導技術改革，并根據(jù)他提出的統(tǒng)一動力學理論、動力學負荷理論、污泥濃度優(yōu)化理論、種群密度控制理論、種群營養(yǎng)控制理論等先進理論作為新工藝的主要理論基礎。第19頁，共30頁。 中國礦業(yè)大學張雁秋等根據(jù)他本人提出理論系統(tǒng)，發(fā)明了ECOSUNIDE工藝（見圖6）

8、，實現(xiàn)了高效硝化效果。 缺氧+厭氧 微氧 二沉池污泥回流圖6 ECOSUNIDE工藝厭氧 微氧沉淀第20頁，共30頁。 技術先進性 依靠準確的分點配水計算方法結合厭氧、好氧、缺氧反應時間的合理安排，使得活性污泥系統(tǒng)中的生態(tài)系統(tǒng)得到人工優(yōu)化，從而提高出水水質(zhì)、大幅度降低工程投資； 分點配水造成的高污泥濃度，使硝化菌群及聚磷菌群處于生長優(yōu)勢，提高脫氮除磷效率； 采用了節(jié)能集成技術，包括分級多次硝化反硝化技術、同步硝化反硝化、高效曝氣技術、無內(nèi)回流技術、高污泥濃度梯度污泥減量技術、高污泥濃度高效捕集氣泡技術，可節(jié)約運行費用20%左右。第21頁，共30頁。 技術成熟性 該技術已在徐州國禎水務運營有限公

9、司、臨沂市污水處理廠、臨沂潤澤水務有限公司、德州聯(lián)合潤通水務有限公司得到成功應用，在天津某大型污水處理廠及西安某大型污水處理廠已經(jīng)經(jīng)歷了一年的成功驗證。第22頁，共30頁。 典型工藝流程 回流污泥剩余污泥污水二沉池尾水厭氧區(qū)缺氧區(qū)好氧區(qū)圖3 ECOSUNIDE工藝流程Fig.3 ECOSUNIDE process天津某大型污水處理廠（1月23-現(xiàn)在）：HRT=9.8 ,t=13-15，T/N=2.0-2.4, 達到一級B(95%保證率)第23頁，共30頁。技術要點1)適當增加回流比且全流程分點進水,以實現(xiàn)高污泥濃度；2)適當增加流程最后段的進水水量,以實現(xiàn)全程低營養(yǎng)狀態(tài)；3)最后一個進水點在曝

10、氣區(qū)尾部進入，充分利用活性污泥的吸附現(xiàn)象；4)控制較低的DO水平,促進短程硝化反硝化和同步硝化反硝化過程.；5)污水只進入?yún)捬鯀^(qū)及缺氧區(qū)，避免好氧區(qū)消耗碳源，充分利用有限的碳源供聚磷菌及反硝化菌增殖。第24頁，共30頁。工藝特點主要發(fā)現(xiàn)： 根據(jù)統(tǒng)一動力學理論發(fā)現(xiàn)了生物因子非線性反應增長現(xiàn)象，增加活性污泥濃度，相對提高硝化菌、反硝化菌、聚磷菌在生物相中所占的比例。 根據(jù)該動力學負荷理論發(fā)現(xiàn)了厭氧反應段的不完全進水可提高活性污泥法硝化效率這一技術關鍵，通過全程合理分點、多點配水，將有限的碳源合理分配，從而能進一步相對提高硝化菌、反硝化菌、聚磷菌在生物相中所占比例。主要發(fā)明： 分點進水厭氧-多級好氧缺氧活性污泥法工藝系統(tǒng)。主要創(chuàng)新點： 厭氧反應段的不完全進水方法。第25頁，共30頁。第26頁，共30頁。發(fā)明專利：“一種污水生物處理高效硝化工藝”第27頁，共30頁。第28頁，共30頁。 隨著生物學機理的深入揭示生態(tài)學思想和相關學科的發(fā)展與滲透，脫氮除磷領域的技術革新與新工藝層出不窮。生