廢水生物脫氮除磷工藝

廢水生物脫氮除磷工藝第1頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述

一、營養(yǎng)元素的危害二、脫氮的物化法三、除磷的物化法第2頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月一、營養(yǎng)元素的危害氨氮會消耗水體中的溶解氧；氨氮會與氯反應(yīng)生成氯胺或氮氣，增加氯的用量；含氮化合物對人和其它生物有毒害作用：

①氨氮對魚類有毒害作用；②NO3和NO2可被轉(zhuǎn)化為亞硝胺——一種“三致”物質(zhì)；③水中NO3高，可導(dǎo)致嬰兒患變性血色蛋白癥——“Bluebaby”；加速水體的“富營養(yǎng)化”過程；第3頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、脫氮的物化法1）氨氮的吹脫法：調(diào)節(jié)pH值沉淀池吹脫塔出水

排泥

進水

石灰或石灰乳吹脫法脫氨工藝流程第4頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2）折點加氯法去除氨氮：每mgNH4+--N被氧化為氮氣，至少需要7.5mg的氯。加氯反應(yīng)池活性炭吸附塔NaOCl進水出水第5頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3）選擇性離子交換法去除氨氮：采用斜發(fā)沸石作為除氨的離子交換體。澄清或過濾沸石離子交換床出水再生液脫氮NH3或N2進水第6頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月三、除磷的物化法（混凝沉淀法）1）鋁鹽除磷:羥磷灰石一般用Al2(SO4)3，聚氯化鋁（PAC）和鋁酸鈉（NaAlO2）2）鐵鹽除磷：FePO4

、Fe(OH)3一般用FeCl2、FeSO4

或FeCl3

、Fe2(SO4)33）石灰混凝除磷:第7頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)廢水生物脫氮的基本原理一、生物脫氮的基本過程：①氨化(ammonification)——含氮有機物，在生物處理過程中被（好氧或厭氧）異養(yǎng)微生物氧化分解為氨氮；②硝化(nitrification)——由好氧自養(yǎng)硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為NO2和/或NO3；③反硝化(denitrification)——缺氧條件下，在異養(yǎng)反硝化菌的作用下將NO2和NO3還原轉(zhuǎn)化為N2。第8頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月生物脫氮的基本原理有機氮NH4+-NNO2-NNO3-NNO2-NN2①氨化作用亞硝化作用硝化作用②硝化作用③反硝化作用O2O2O2或無氧異養(yǎng)細菌氨氧化細菌（自養(yǎng)型）硝化細菌（自養(yǎng)型）有機物有機物反硝化細菌（異養(yǎng)型）反硝化細菌（異養(yǎng)型）好氧或厭氧條件堿度增大，pH值升高絕對好氧條件堿度下降，pH值降低絕對好氧條件堿度和pH值無變化堿度增大，pH值升高確氧條件第9頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、硝化反應(yīng)（Nitrification）●分為兩步：●由兩組自養(yǎng)型硝化菌分步完成：①氨氧化細菌，或亞硝化細菌（Nitrosomonas）；②亞硝酸鹽氧化細菌，或硝化細菌（Nitrobacter）第10頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月1、硝化細菌的特性

●都是革蘭氏陰性、無芽孢的短桿菌和球菌；

●強烈好氧，不能在酸性條件下生長；

●無需有機物，以無機含氮化合物為能源，以無機C（CO2或HCO3-）為碳源；

●化能自養(yǎng)型；

●生長緩慢，世代時間長。第11頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2、硝化反應(yīng)過程及反應(yīng)方程式：①亞硝化反應(yīng)：

●亞硝酸鹽細菌的產(chǎn)率是：0.146g/gNH4+-N（113/55/14）；

●氧化1mgNH4+-N為NO2--N，需氧3.16mg（7632/55/14）；

●氧化1mgNH4+-N為NO2--N，需消耗7.08mg堿度以(CaCO3計)（10950/55/14）加上合成，則：第12頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2、硝化反應(yīng)過程及反應(yīng)方程式：②硝化反應(yīng)：

●硝酸鹽細菌的產(chǎn)率是：0.02g/gNO2-N(113/400/14)

●氧化1mgNO2-N為NO3-N，需氧

1.11mg(195*32/400/14)

●幾乎不消耗堿度加上合成，則：第13頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2、硝化反應(yīng)過程及反應(yīng)方程式：③總反應(yīng)：

●總的細菌產(chǎn)率是：0.02g/gNO2-N(113/400/14)；

●氧化1mgNH3-N為NO3-N，需氧4.27mg；需堿度7.07mg(以CaCO3計)；

●不考慮合成，則：氧化1mgNH4+-N為NO3—N，需氧4.57mg，其中亞硝化反應(yīng)3.43mg，硝化反應(yīng)1.14mg，需消耗堿度7.14mg(以CaCO3計)加上合成，則：第14頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3、硝化反應(yīng)的環(huán)境條件：①好氧條件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的堿度以維持穩(wěn)定的pH值(適宜的pH為8.0~8.4)；②一般要求進水BOD5在15~20mg/l以下；③適宜溫度：20~30C；

<15C，速率下降；<5C，完全停止；④污泥齡，須大于其最小世代時間(一般為3~10天)；⑤抑制物質(zhì)：高濃度的氨氮、（亞）硝酸鹽、有機物、重金屬離子等第15頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、反硝化反應(yīng)1、反硝化反應(yīng)過程及反硝化菌●定義：硝酸鹽或亞硝酸鹽在反硝化菌的作用下，被還原為氣態(tài)氮（N2）的過程；●反硝化菌屬異養(yǎng)型兼性厭氧菌，并不是一類專門的細菌，分屬近十個不同的屬，存在于土壤和污水處理系統(tǒng)中，如變形桿菌、假單胞菌等，土壤微生物中有50%是這一類具有還原硝酸鹽能力的細菌；●反硝化菌能在缺氧條件下，以NO2-N或NO3-N為電子受體，以有機物為電子供體，而將氮還原；●

①同化反硝化，最終產(chǎn)物是有機氮化合物，是菌體的組成部分；②異化反硝化，最終產(chǎn)物為分子態(tài)的氮氣。第16頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、反硝化反應(yīng)2HNO3-2H2O+4[H]2HNO22[HNO]-2H2O+4[H]-2H2O+4[H]-H2O+2[H]2NH2OH2NH3N2ON2-H2O異化反硝化同化反硝化-2H2O+2[H]+4[H]N2O：俗稱“笑氣”，一種溫室氣體，應(yīng)盡量避免其生成。第17頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月反硝化反應(yīng)的方程式以[H]為電子供體：第18頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月反硝化反應(yīng)方程式以甲醇為電子供體：第19頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）反硝化反應(yīng)的影響因素

●碳源：①廢水中有機物，若BOD5/TKN>3~5時，即可；②外加碳源，多為甲醇；

●適宜pH：6.5~7.5；

●溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/l以下；

●適宜溫度：20~40C第20頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月生物脫氮反應(yīng)過程中各項生化反應(yīng)特征生化反應(yīng)類型去除有機物硝化反硝化亞硝化硝化微生物好氧菌及兼性菌自養(yǎng)型菌自養(yǎng)型菌兼性菌異養(yǎng)型菌能源有機物化能化能有機物電子受體O2O2O2NO2-

、NO3-溶解氧1~2mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上0~0.5mg/l堿度無變化7.14mg/1mgNH4+-N

無變化還原1mgNO3--N或NO2--N生成3.57mg堿度耗氧分解1mg有機物（BOD5）需氧2mg氧化1mgNH4+--N需氧3.43mg氧化1mgNO2---N需氧1.14mg分解1mg有機物需NO2---N0.58mg，NO3---N0.35mg最適pH值6~87~8.56~7.56~8最適水溫15~25C30C30C34~37C增殖速度(d-1)1.2~3.50.21~1.080.28~1.44好氧分解的1/2~1/2.5

第21頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月綜合：

（1）硝化反應(yīng)每氧化1.0gNH+4-N耗氧4.57

g，消耗堿度7.14

g，表現(xiàn)為PH值下降；（2）反硝化過程，去除1.0gNO3－-N，可以消耗2.6

gBOD，補償堿度3.57g.

（3）硝化需要BOD/TKN不能高，污泥負荷需在0.15

kg/BOD/1gSS.d以下，反硝化需要充足的碳源，BOD/TKN>4-6。（4）PH值范圍不同。硝化7.5-8.5，反硝化6.5-7.5。（5）硝化反硝化與去除有機物有矛盾的地方。第22頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)廢水生物除磷原理（1）有關(guān)廢水中的磷的基本概念：

l廢水中的存在形式：無機磷酸鹽（H2PO4-、HPO42-、PO43-）、聚磷酸鹽有機磷，等；

l所有細菌都從環(huán)境中攝取磷；

l磷細菌（也稱為聚磷菌、除磷菌），可過量、超出生理需要的攝取磷，以聚合磷酸鹽的形式貯存在細胞體內(nèi)，

l從系統(tǒng)中排出這種高磷污泥，就可達到除磷的目的。第23頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月生物除磷的原理與過程I——PHB（聚羥基丁酸）S——聚合磷酸鹽厭氧條件下，除磷菌將磷釋放好氧條件下，除磷菌過量攝取磷高含磷污泥的排出第24頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月磷的轉(zhuǎn)化過程（1）在厭氧區(qū):

在沒有溶解氧和硝態(tài)氮存在的厭氧條件下，兼性細菌通過發(fā)酵作用將溶解性BOD轉(zhuǎn)化為VFA（低分子發(fā)酵產(chǎn)物——揮發(fā)性有機酸）。聚磷菌吸收這些或來自原污水的VFA，并將其運送到細胞內(nèi)，同化成胞內(nèi)碳能源儲存物（PHB/PHV），所需的能量來源于聚磷的水解以及細胞內(nèi)糖的酵解，并導(dǎo)致磷酸鹽的釋放。第25頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）在好氧區(qū):

聚磷菌的活力得到恢復(fù)，并以聚磷的形式存儲超出生長需要的磷量，通過PHB/PHV的氧化代謝產(chǎn)生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能鍵的形式捕積存儲，磷酸鹽從液相去除。產(chǎn)生的富磷污泥（新的聚磷菌細胞），將在后面的操作單元中通過剩余污泥的形式得到排放，從而將磷從系統(tǒng)中除去。從能量角度來看，聚磷菌在厭氧狀態(tài)下釋放磷獲取能量以吸收廢水中溶解性有機物，在好氧狀態(tài)下降解吸收的溶解性有機物獲取能量以吸收磷，在整個生物除磷過程中表現(xiàn)為PHB的合成和分解。第26頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月

（3）除磷系統(tǒng)的關(guān)鍵所在就是厭氧區(qū)的設(shè)置，可以說厭氧區(qū)是聚磷菌的“生物選擇器”。由于聚磷菌能在這種短暫性的厭氧條件下優(yōu)先于非聚磷菌吸收低分子基質(zhì)（發(fā)酵終產(chǎn)物）并快速同化和儲存這些發(fā)酵產(chǎn)物，厭氧區(qū)為聚磷菌提供了競爭優(yōu)勢。同化和儲存發(fā)酵產(chǎn)物的能源來自聚磷的水解以及細胞內(nèi)糖的酵解，儲存的聚磷為基質(zhì)的主動運輸、乙酰乙酸鹽（PHB合成前體）的形成提供能量。這樣一來，能吸收大量磷的聚磷菌群體就能在處理系統(tǒng)中得到選擇性增殖，并可通過排除高含磷量的剩余污泥達到除磷的目的。第27頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月

（4）聚磷菌在生物除磷過程中的作用機理第28頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月

PHB的合成和降解，作為一種能量的儲存和釋放過程，在聚磷菌的攝磷和放磷過程中起著十分重要的作用，即聚磷菌對PHB的合成能力的大小將直接影響其攝磷能力的高低。應(yīng)當(dāng)指出，正是因為聚磷菌在厭氧—好氧交替運行的系統(tǒng)中有釋磷和攝磷的作用，才使得它在與其他微生物的競爭中取得優(yōu)勢，從而使除磷作用向正反饋的方向發(fā)展。其原因就在于聚磷菌在厭氧條件下能夠?qū)⑵潴w內(nèi)儲存PHB，這樣使得其在與其他微生物競爭中，其他微生物可利用的基質(zhì)減少，從而不能很好地生長。在好氧階段，由于聚磷菌的高能過量攝磷作用，使得活性污泥中其他非聚磷微生物得不到足夠的有機基質(zhì)及磷酸鹽，也會使聚磷菌在與其他微生物的競爭中獲得優(yōu)勢。第29頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月生物除磷的外部條件

總的來講，聚磷菌對環(huán)境因素的響應(yīng)與反硝化菌、好氧異養(yǎng)菌相似，為了能夠積累聚磷，以下兩項要求實際上非常重要?！?/p>

（1）厭氧／好氧條件的交替；·

（2）厭氧階段不存的硝酸鹽。

（1）厭氧／好氧條件厭氧條件對于污水處理廠選擇機理非常重要。引入這一條件，我們就加強了聚磷菌的優(yōu)勢選擇，結(jié)果是大部分生物量由這類菌組成。第30頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．硝酸鹽厭氧階段硝酸鹽有兩個負作用：

1）反硝化去除了某些本應(yīng)貯存在聚磷菌細胞內(nèi)的易降解有機物。結(jié)果是由于易降解有機物數(shù)量的減少，使磷的去除也減少了。存在乙酸的反硝化過程可依據(jù)例3.10的表達式，據(jù)此可知4.96

mol

HAc/3.94

mol

NO-3=1.26

molHAc/mol

NO-3被消耗。由于反硝化消耗了有機物質(zhì)，使除磷過程受到損害。

2）顯然，硝酸鹽影響聚磷菌的代謝，因此不再貯存聚磷酸鹽。第31頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、生物除磷過程的影響因素①溶解氧：

l厭氧池內(nèi)：絕對的厭氧，即使是NO3-等也不允許存在；

l好氧池內(nèi)：充足的溶解氧。②污泥齡：

l剩余污泥對脫磷效果有很大影響，泥齡短的系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥多，可以取得較好的除磷效果；

l有報道稱：污泥齡為30d，除磷率為40%；污泥齡為17d，除磷率為50%；而污泥齡為5d時，除磷率高達87%。③溫度：

l5~30C；第32頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、生物除磷過程的影響因素④pH值：

l6~8。⑤BOD5負荷：

lBOD/TP>20；

l

小分子易降解的有機物誘導(dǎo)磷的釋放的能力更強；

l

磷的釋放越充分，磷的攝取量也越大。⑥硝態(tài)氮

l

硝酸鹽應(yīng)小于2mg/l；當(dāng)COD/TKN10，硝酸鹽的影響就減弱了。⑦氧化還原電位：

l好氧區(qū)的ORP:+40~50mV；缺氧區(qū)的ORP:-160~5mV第33頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)廢水生物脫氮工藝與技術(shù)一、活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝二、缺氧—好氧活性污泥法生物脫氮系統(tǒng)（A—O工藝）三、氧化溝生物脫氮工藝四、生物轉(zhuǎn)盤生物脫氮工藝第34頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月一、活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝1、三級活性污泥法流程：①碳化：②氨化：第35頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月1、三級活性污泥法流程：由Barth首先開創(chuàng)；三級各自具有獨立的污泥系統(tǒng)；優(yōu)點：氨化、硝化、反硝化是在各自的反應(yīng)器中進行，反應(yīng)速率快且較徹底；缺點：處理設(shè)備多，造價高，運行管理較為復(fù)雜。第36頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2、兩級活性污泥法脫氮工藝第37頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、缺氧——好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)（A—O工藝）

——又稱“前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)”第38頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、缺氧——好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)（A—O工藝）

在反硝化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的堿度可補償硝化反應(yīng)消耗的堿度的一半左右；硝化曝氣池在后，使反硝化殘留的有機物得以進一步去除，無需增建后曝氣池。第39頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月三、氧化溝生物脫氮工藝第40頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月四、生物轉(zhuǎn)盤硝化脫氮工藝進水BOD去除好氧碳化及硝化缺氧脫氮好氧第41頁，課件共49頁，