污水生物脫氮除磷新工藝.ppt

1、污水生物脫氮除磷新工藝,污水生物脫氮除磷新工藝 一、脫氮除磷的傳統(tǒng)工藝 二、脫氮除磷的新工藝,一、脫氮除磷的傳統(tǒng)工藝 1、 脫氮的傳統(tǒng)工藝 2 、除磷的傳統(tǒng)工藝,1、 脫氮的傳統(tǒng)工藝 自然界中氮一般有四種形態(tài)： 有機氮、 氨氮、 亞硝酸鹽氮和 硝酸鹽氮等。,生活污水中的氮主要形態(tài)是有機氮和氨氮。 有機氮占生活污水含氮量的40-60%，,氨氮占50-60%， 亞硝酸鹽和硝酸鹽氮僅占0-5%。,圖1 污水生物脫氮的可能途徑,傳統(tǒng)上，通過兩步生物反應(yīng)，即硝化(NH+4 NO-3)與反硝化(NO-3N2)，實現(xiàn)污水的生物脫氮。,硝化反應(yīng)可表示為: 亞硝化反應(yīng) NH4+ + O2 + HCO3- NO2

2、- + H2O + H2CO3 + 亞硝酸菌 硝化反應(yīng) NO2- + NH4+ + H2CO3 + HCO3-+ O2 NO3- + H2O + 硝酸菌,總反應(yīng) NH4+ + O2 + HCO3- NO3- + H2O + H2CO3 + 微生物細(xì)胞,反硝化反應(yīng)如下： NO3- + CH3OH + H2CO3 N2+H2O + HCO3-+微生物細(xì)胞,生物脫氮工藝,傳統(tǒng)生物脫氮存在問題? 首先，需要充分地氧化氨氮到硝酸氮，要消耗大量能源(因為曝氣)； 其次，還需要有足夠碳源(COD)來還原硝酸氮到氮氣。,1.2除磷傳統(tǒng)工藝,磷最常見的形式有： 無機磷: 磷酸鹽（H2PO4-、HPO42-、PO

3、43-）；聚磷酸鹽； 有機磷。 生活污水中的含磷量一般在10-15mg/L左右，其中70%是可溶性的。,活性污泥在好氧、厭氧交替條件下時，活性污泥中可產(chǎn)生所謂的“聚磷菌”。 聚磷菌在好氧條件下從廢水中過量攝取磷，形成多聚磷酸鹽作為貯藏物質(zhì)。 排放的剩余污泥中的含磷量在6%左右（污泥干重）。,除磷機理的作用過程,A/O除磷工藝系統(tǒng),污泥回流（0.5Q）,為防止水體富營養(yǎng)化，一般污水處理既需要脫氮,也需要除磷，是否可以把兩者結(jié)合起來實現(xiàn)氮磷同時去除？,A2/O工藝,生物除磷脫氮生化代謝模型,二、脫氮除磷的新工藝 2.1 脫氮新工藝 2.2 除磷新工藝,2.1脫氮新工藝 2.1.1中溫亞硝化 2.1

4、.2厭氧氨(氮)氧化 2.1.3 SHARON與ANAMMOX結(jié)合工藝,2.1.1中溫亞硝化 (Single reactor for High Ammonium Removal Over Nitrite，簡稱為SHARON) 亞硝化/反硝化脫氮 即(NH+4NO-2) ， (NO-2 N2),硝化作用 NH+4 + 1.5O2 NO-2 + H2O + 2H + NH+4 + 2O2 NO-3 + H2O + 2H+ 節(jié)約O2 25%,脫氮作用 6 NO-2 + 3CH3OH + 3CO2 3N2 + 6HCO3- + 3H2O 6 NO-3 + 5CH3OH + CO2 3N2 + 6HCO

5、3- + 7H2O 節(jié)約 CH3OH 40%,圖3 亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的最小污泥齡與溫度關(guān)系,0.8d 0.4d,SHARON工藝的基本工作原理便是利用溫度高有利于亞硝化細(xì)菌增殖這一特點，使硝化細(xì)菌失去競爭。,2.1.2 厭氧氨(氮)氧化 (Anaerobic Ammonium Oxidation，簡稱為ANAMMOX)。 氨氮以亞硝酸氮作為電子接受體而被直接氧化至成氮氣，即： NH+4 + NO-2 N2 + 2H2O,NH+4 + 1.5O2 NO-2 + H2O + 2H+ （G = -275kjmol-1） NH+4 + 2O2 NO-3 + H2O + 2H+ （G = -349k

6、jmol-1） NH+4 + NO-2 N2 + 2H2O （G = -357kjmol-1）,從這一反應(yīng)中所產(chǎn)生的Gibbs自由能甚至比產(chǎn)生于好氧氨(氮)氧化(硝化)的能量還高，所以，能夠支持自養(yǎng)細(xì)菌生長。,早在20世紀(jì)70年代中期，Broda便從自由能理論計算中預(yù)測到自然界應(yīng)該存在著ANAMMOX現(xiàn)象，但它的現(xiàn)實發(fā)現(xiàn)是在理論預(yù)測10年之后。 荷蘭人Mulder首先在用于反硝化的流化床中發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。,起ANAMMOX作用的微生物已被成功地分別在實驗室流化床與SBR反應(yīng)器中培養(yǎng)、富集到一定濃度，合成培養(yǎng)基為氨氮與亞硝酸氮的混合物。,ANAMMOX微生物的增長率與產(chǎn)率是非常低的。 但是氮的轉(zhuǎn)

7、換率卻為0.25mgN/(mgSSd)，這與傳統(tǒng)好氧硝化的轉(zhuǎn)換率相當(dāng)。,ANAMMOX反應(yīng)在1043的溫度范圍內(nèi)具有活性，適宜的pH為6.78.3。 ANAMMOX無需有機碳源存在，碳酸鹽/二氧化碳是ANAMMOX微生物生長所需的無機碳源。,2.1.3 SHARON與ANAMMOX結(jié)合工藝 SHARON與ANAMMOX結(jié)合主要針對高濃度氨氮污水。 進(jìn)水首先進(jìn)入一懸浮、無污泥停留的SHARON單元，運行最佳溫度為35。,SHARON與ANAMMOX相結(jié)合的自養(yǎng)脫氮工藝流程,目前，世界上SHARON工藝的首例工程應(yīng)用已在荷蘭鹿特丹的Dokhaven污水處理處理廠內(nèi)實現(xiàn)；它被用于污泥消化液(含有10

8、001500mgN/L)反硝化的前處理(亞硝化)。,這個SHARON亞硝化單元以實驗室2L小試反應(yīng)器為基礎(chǔ)，通過數(shù)學(xué)模擬直接放大到現(xiàn)場1500m3處理構(gòu)筑物。 幾年實際運行情況表明，這個亞硝化處理單元性能良好，亞硝化率幾乎可達(dá)100%(需控制pH)。,SHARON與ANAMMOX結(jié)合自養(yǎng)脫氮小試氮平衡,根據(jù)ANAMMOX的計量式，在SHARON反應(yīng)器中57%的氨氮亞硝化，在ANAMMOX反應(yīng)器中全部去除氨氮與亞硝酸氮。 NH+4 + 1.32NO-2 + 0.066HCO3- + 0.13H+ 0.066CH2O0.5N0.15 + 1.02N2 + 0.26NO-3 + 2.03H2O,試驗

9、表明，在SHARON反應(yīng)器中氨氮的亞硝化率完全受pH(在6 57 5間)控制。所以，要想得到一個理想的亞硝化率可以靠控制pH來實現(xiàn)。,* 生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮工藝(CANON) 如果在生物膜系統(tǒng)內(nèi)ANAMMOX微生物也能同時生長，那么生物膜內(nèi)一體化的完全自養(yǎng)脫氮工藝便可以實現(xiàn)。 這種生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮工藝被稱為CANON (Completely Autotrophic N-removal Over Nitrite)。,CANON工藝生物膜反應(yīng)模型,在支持同時硝化與ANAMMOX的生物膜系統(tǒng)中，通常存在三種不同的自養(yǎng)微生物： 亞硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、厭氧氨氧化細(xì)菌。 這三種細(xì)菌相互間競爭氧、氨氮與亞硝酸

10、氮。,由于亞硝化細(xì)菌與硝化細(xì)菌間對氧的親和性不同，以及傳質(zhì)限制等因素，亞硝酸氮在生物膜表層的聚集是可能的。 當(dāng)氧向內(nèi)擴散到被全部消耗后，厭氧層出現(xiàn)，厭氧氨氧化細(xì)菌便有可能在此生長。 隨著未被亞硝化的氨氮與亞硝化后的亞硝酸氮擴散至厭氧層，ANAMMOX反應(yīng)便能進(jìn)行。,雖然目前CANON工藝在世界范圍內(nèi)仍處于研發(fā)階段，還沒有真正的工程應(yīng)用，但是它必將會給污水脫氮技術(shù)帶來革命性的變革。,2.2 除磷新工藝 2.2.1 反硝化除磷細(xì)菌 2.2.2反硝化除磷工藝,2.2.1 反硝化除磷細(xì)菌,脫氮要經(jīng)歷好氧(硝化)/厭氧(反硝化), 除磷要經(jīng)歷厭氧(釋放磷)/好氧(積聚磷). 如果能使反硝化細(xì)菌同時具有生

11、物攝/放磷作用則可以將反硝化脫氮與生物除磷有機地合二為一。,在缺氧(無氧但存在硝酸氮)條件下，反硝化除磷細(xì)菌DPB (Denitrifying Phosphorus removing Bacteria) 能夠象在好氧條件下一樣，利用硝酸氮充當(dāng)電子受體，產(chǎn)生同樣的生物攝磷作用。在生物攝磷的同時，硝酸氮被還原為氮氣。,事實上，在早先應(yīng)用的UCT(University of Cape Town)等生物脫氮除磷工藝中存在著一定數(shù)量的反硝化除磷細(xì)菌DPB(圖5)，只不過當(dāng)時沒有被人們認(rèn)識而已。,圖5 UCT工藝流程圖,在實際工程中，為最大程度地從工藝角度創(chuàng)造DPB的富集條件，一種變型的UCT工藝BCFS

12、 在荷蘭應(yīng)運而生(圖6)。,圖6 BCFS工藝流程,BCFS工藝將每一種屬不同功能的細(xì)菌用空間分隔開來，并通過不同的循環(huán)系統(tǒng)來控制其生長環(huán)境。 BCFS工藝由5個功能相對專一的獨立反應(yīng)器及3路循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成。 各循環(huán)的作用如下表所示。,BCFS中各循環(huán)的主要作用,厭氧池 厭氧池的厭氧條件通過進(jìn)水及從缺氧池回流的缺氧混合液(其中NO3-N0.1mg/)來維持。 污水中的揮發(fā)性脂肪酸(VFA)只被用于生物除磷。,接觸池(選擇器) 控制污泥膨脹。 接觸池中氧濃度為零，二沉池回流污泥中的微量硝酸鹽能很快地被去除。,在這種環(huán)境下，絲狀菌生長非常緩慢，可保持較低的污泥指數(shù)(SVI)。 反硝化除磷菌在接觸池中也同樣發(fā)揮作用，這一過程是缺氧池反應(yīng)過程的延續(xù)。,缺氧池有兩個功能： 首先是反硝化以獲得不含硝酸鹽的污泥進(jìn)而提高厭氧池的釋磷效率， 其次是利用好氧池中的硝酸鹽來除磷,（缺氧/好氧）混合池 主要功能是脫氮，正常情況下該池可不充氧，缺氧條件可通過好氧池回流的混合液來維持。,好氧池 同常規(guī)的處理工藝一樣，其主要