水體污染處理氮磷去除PPT課件

1、 20世紀(jì)世紀(jì)80年代以前，污水處理主要以去年代以前，污水處理主要以去除有機(jī)物為主，隨著排放水體富營養(yǎng)化加劇除有機(jī)物為主，隨著排放水體富營養(yǎng)化加劇和排放要求的不斷提高，在近和排放要求的不斷提高，在近30年中，很多年中，很多具有高效脫氮除磷的污水處理工藝被研究開具有高效脫氮除磷的污水處理工藝被研究開發(fā)出來。發(fā)出來。 氮、磷為植物營養(yǎng)物質(zhì)，能助長藻類和氮、磷為植物營養(yǎng)物質(zhì)，能助長藻類和水生生物，引起水體的富營養(yǎng)化，影響飲用水生生物，引起水體的富營養(yǎng)化，影響飲用水水源。水水源。第1頁/共57頁太湖的富營養(yǎng)化第2頁/共57頁第3頁/共57頁第4頁/共57頁城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放要求（GB18918-

2、2002）第5頁/共57頁一、脫氮工藝一、脫氮工藝 廢水中的氮以有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮四種形式存在。第6頁/共57頁1. 化學(xué)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(jìn)行。第7頁/共57頁第8頁/共57頁第9頁/共57頁 通過適當(dāng)?shù)目刂?，可完全去除水中的氨氮?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

3、時，有下列反應(yīng)：ClHHOClOHCl22OHHClNHHOClNH224O2HHNHCl2HOClNH224O3H3Cl5HN3HOCl2NH224O3HHNCl3HOClNH234第10頁/共57頁第11頁/共57頁(3) 離子交換法: 常用天然的離子交換劑，如沸石等。 與合成樹脂相比，天然離子交換劑價格便宜且可用石灰再生。(4) 磷酸銨鎂法:第12頁/共57頁2. 生物法脫氮(1) 生物脫氮機(jī)理 生物脫氮是在微生物的作用下，將有機(jī)氮和氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2和NxO氣體的過程。其中包括硝化和反硝化兩個反應(yīng)過程。 同化作用去除的氮依運(yùn)行條件和水質(zhì)而定，如果微生物細(xì)胞中氮含量以12.5%計算，氮去除

4、率在20%40%。第13頁/共57頁氨化反應(yīng)： 新鮮污水中，含氮化合物主要是以有機(jī)氮，如蛋白質(zhì)、尿素、胺類化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，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(jī)氮化合物產(chǎn)生氨的過程稱為氨化作用，很多細(xì)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(qiáng)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(jī)氮化合物分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，以氨基酸為例：322NHRCOCOOHOHCOOHRCHNH3222NHCORCOCOOHOCOOHRCHNH第14頁/共57頁 有機(jī)氮 （蛋白質(zhì)、尿素） 細(xì)菌分解和水解 氨 氮 同 化 有機(jī)氮 有機(jī)氮

5、（NH3-N） （細(xì)菌細(xì)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(jī)碳 硝化 硝態(tài)氮 反硝化 氮?dú)?（NO3-） （N2） 有機(jī)碳 第15頁/共57頁 硝化反應(yīng)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(yīng)式為：OHH2NOO2NH2324硝化細(xì)菌 硝化細(xì)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(jī)負(fù)荷等都會對它產(chǎn)生影響。32e23e2e2-3e4NONONOHOHNHNH硝化反應(yīng)：羥胺硝酰基第16頁/共57頁硝化過程的影

6、響因素： （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(yīng)的電子受體，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧含量的高低，必將影響硝化反應(yīng)的進(jìn)程，在硝化反應(yīng)的曝氣池內(nèi)，溶解氧含量不得低于1mg/L，多數(shù)學(xué)者建議溶解氧應(yīng)保持在1.22.0mg/L。 在硝化反應(yīng)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(yīng)當(dāng)在污水中保持足夠的堿度，以調(diào)節(jié)pH的變化，lg氨態(tài)氮（以N計）完全硝化，需堿度（以CaCO3計）7.14g。對硝化菌的適宜的pH為8.08.4。 第17頁/共57頁硝化過程的影響因素： （b）混合液中有機(jī)物含量不應(yīng)過高：

7、硝化菌是自養(yǎng)菌，有機(jī)基質(zhì)濃度并不是它的增殖限制因素，若BOD值過高，將使增殖速度較快的異養(yǎng)型細(xì)菌迅速增殖，從而使硝化菌不能成為優(yōu)勢種屬。 （c）硝化反應(yīng)的適宜溫度是2030，15以下時，硝化反應(yīng)速度下降，5時完全停止。第18頁/共57頁硝化過程的影響因素： （d）硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，即生物固體平均停留時間（污泥齡）SRTn，必須大于其最小的世代時間，否則將使硝化菌從系統(tǒng)中流失殆盡，一般認(rèn)為硝化菌最小世代時間在適宜的溫度條件下為3d。SRTn值與溫度密切相關(guān)，溫度低，SRTn取值應(yīng)相應(yīng)明顯提高。 （e）除有毒有害物質(zhì)及重金屬外，對硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用的物質(zhì)還有高濃度的NH4-N、高濃度的

8、NOx-N、高濃度的有機(jī)基質(zhì)、部分有機(jī)物以及絡(luò)合陽離子等。第19頁/共57頁 反硝化反應(yīng)是指在無氧的條件下，反硝化菌將硝酸鹽氮(NO3-)和亞硝酸鹽氮(NO2-)還原為氮?dú)獾倪^程。OH4CO2NO6OHCH26NO22233硝酸還原菌-222326OHOH3CO3N3OHCH36NO亞硝酸還原菌 反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在有氧存在時，它會以O(shè)2為電子進(jìn)行呼吸；在無氧而有NO3-或NO2-存在時，則以NO3-或NO2-為電子受體，以有機(jī)碳為電子供體和營養(yǎng)源進(jìn)行反硝化反應(yīng)。-222336OHOH7CO5N3OHCH56NO反硝化菌 總反應(yīng)式為：反硝化反應(yīng)：第20頁/共57頁 在反硝化菌代謝活動的

9、同時，伴隨著反硝化菌的生長繁殖，即菌體合成過程，反應(yīng)如下：O19HNOHC3H3COOHCH14NO32275233O2.44H0.76CON47. 0NOH.065C0HOHCH08. 1NO22227533式中：C5H7O2N為反硝化微生物的化學(xué)組成。 反硝化還原和微生物合成的總反應(yīng)式為： 從以上的過程可知，約94的NO3-N經(jīng)異化過程還原，6經(jīng)同化過程合成微生物。第21頁/共57頁反硝化過程的影響因素： （a）碳源：能為反硝化菌所利用的碳源較多，從污水生物脫氮考慮，可有下列三類：一是原污水中所含碳源，對于城市污水，當(dāng)原污水BOD5/TKN35時,即可認(rèn)為碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇

10、（CH3OH），因為甲醇被分解后的產(chǎn)物為CO2和H2O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物；三是利用微生物組織進(jìn)行內(nèi)源反硝化。 （b）pH：對反硝化反應(yīng)，最適宜的pH是6.57.5。pH高于8或低于6，反硝化速率將大為下降。第22頁/共57頁反硝化過程的影響因素： （c）溶解氧濃度：反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在無分子氧同時存在硝酸根離子和亞硝酸根離子的條件下，它們能夠利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，使硝酸鹽還原。另一方面，反硝化菌體內(nèi)的某些酶系統(tǒng)組分，只有在有氧條件下，才能夠合成。這樣，反硝化反應(yīng)宜于在缺氧、好氧條件交替的條件下進(jìn)行，溶解氧應(yīng)控制在0.5 mg/L以下。 （d）溫度：反硝化反應(yīng)的最適宜溫度是

11、2040，低于15反硝化反應(yīng)速率最低。為了保持一定的反硝化速率，在冬季低溫季節(jié)，可采用如下措施：提高生物固體平均停留時間；降低負(fù)荷率；提高污水的水力停留時間。第23頁/共57頁 在反硝化反應(yīng)中，最大的問題就是污水中可用于反硝化的有機(jī)碳的多少及其可生化程度。碳源原水中含有的有機(jī)碳外加碳源，多用甲醇內(nèi)源呼吸碳源細(xì)菌體內(nèi)的原生物質(zhì)及其貯存的有機(jī)物第24頁/共57頁(2) 生物脫氮工藝（a）三段生物脫氮工藝： 將有機(jī)物氧化、硝化以及反硝化段獨(dú)立開來，每一部分都有其自己的沉淀池和各自獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)。第25頁/共57頁第26頁/共57頁（b）Bardenpho生物脫氮工藝： 設(shè)立兩個缺氧段，第一段利用

12、原水中的有機(jī)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(jìn)行反硝化反應(yīng)。 為進(jìn)一步提高脫氮效率，廢水進(jìn)入第二段反硝化反應(yīng)器，利用內(nèi)源呼吸碳源進(jìn)行反硝化。 曝氣池用于吹脫廢水中的氮?dú)猓岣呶勰嗟某两敌阅?，防止在二沉池發(fā)生污泥上浮現(xiàn)象。第27頁/共57頁第28頁/共57頁第29頁/共57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(yīng)以水中的有機(jī)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(jìn)行反硝化脫氮。缺氧-好氧生物脫氮工藝第30頁/共57頁二、除磷工藝二、除磷工藝 磷也是有機(jī)物中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生長的

13、重要元素。 磷主要來自：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(jìn)藻類等浮游生物的繁殖，破壞水體耗氧和復(fù)氧平衡；使水質(zhì)迅速惡化，危害水產(chǎn)資源。 含磷化合物的分類如下圖所示。第31頁/共57頁含磷化合物有機(jī)磷有機(jī)磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無機(jī)磷磷酸鹽： 正磷酸鹽(PO43-)、 磷酸氫鹽(HPO42-) 、 磷酸二氫鹽H2PO4-、 偏磷酸鹽(PO3-)聚合磷酸鹽：焦磷酸鹽(P2O74) 、 三磷酸鹽(P3O105-)、 三磷酸氫鹽(HP3O92-) 第32頁/共57頁 化學(xué)法是最早采用的一種除磷方法。它是以磷酸鹽能和某些化學(xué)物質(zhì)如鋁鹽、鐵鹽、石灰等反應(yīng)生成不溶的沉淀物為基

14、礎(chǔ)進(jìn)行的。 5Ca2+ + 3PO43- + OH- Ca5(PO4)3(OH) 這些反應(yīng)常有伴生反應(yīng)，產(chǎn)物具有絮凝作用，有助于磷酸鹽的分離。1. 化學(xué)法除磷第33頁/共57頁2. 生物法除磷(1) 生物除磷機(jī)理 生物法除磷是新工藝，近三十年來受到了廣泛重視和研究。它是利用微生物在好氧條件下對污水中溶解性磷酸鹽的過量吸收作用，然后沉淀分離而除磷。 普通活性污泥法剩余污泥中磷含量約占微生物干重的1.5%2.0%，通過同化作用可去除磷12%20%。 生物除磷過程中，厭氧和好氧環(huán)境所進(jìn)行的過程不同。通常是厭氧釋放磷，好氧吸收磷。第34頁/共57頁 污水中的有機(jī)物在厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸菌的作用下轉(zhuǎn)化為乙酸苷；

15、而活性污泥中的聚磷菌在厭氧的不利狀態(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)。 聚磷分解形成的無機(jī)磷釋放回污水中，這就是厭氧釋磷。厭氧環(huán)境中：第35頁/共57頁 進(jìn)入好氧狀態(tài)后，聚磷菌將儲存于體內(nèi)的PHB進(jìn)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(dá)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

16、到干重5%6%，去除率基本可滿足排放要求。好氧環(huán)境中：第36頁/共57頁 厭氧環(huán)境 好氧環(huán)境 有機(jī)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 聚磷菌 生物除磷機(jī)理第37頁/共57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，開始放磷； （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(dǎo)放磷，好氧呼吸會消耗易降解有機(jī)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(jī)質(zhì)。生

17、物除磷影響因素：第38頁/共57頁 （2）有機(jī)物濃度及可利用性：碳源的性質(zhì)對吸放磷及其速率影響極大，傳統(tǒng)水質(zhì)指標(biāo)很難反映有機(jī)物組成和性質(zhì)，ASM模型對其進(jìn)一步劃分為： （a）1987年發(fā)展的ASM1: CODtot=SS+SI+XS+XI （b）1995年發(fā)展的ASM2: 溶解性與顆粒性：SA+SF+SI+XSXI S表示溶解性組分，X表示顆粒性組分；下標(biāo)S溶解性，I惰性，A發(fā)酵產(chǎn)物，F(xiàn)可發(fā)酵的易生物降解的。生物除磷影響因素：第39頁/共57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

18、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(yīng)處理好泥齡的矛盾。生物除磷影響因素：第40頁/共57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，不合適時應(yīng)調(diào)節(jié)。生物除磷影響因素： （5）溫度：在適宜溫度范圍內(nèi)，溫度越高釋磷速度越快；溫度低時應(yīng)適當(dāng)延長厭氧區(qū)的停留時間或投加外源VFA。 （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41頁/共57頁 如果還不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，就必須借助化學(xué)法除磷。 生物除磷工藝可以使得系統(tǒng)排除的剩余污泥中磷

19、含量占到干重5%6%。第42頁/共57頁 A/O法是由厭氧池和好氧池組成的同時去除污水中有機(jī)污染物及磷的處理系統(tǒng)。厭氧-好氧除磷工藝流程(2) 生物除磷工藝（a） A/O生物除磷工藝：第43頁/共57頁（b） Phostrip生物除磷工藝：第44頁/共57頁第45頁/共57頁三、同步脫氮除磷工藝三、同步脫氮除磷工藝第46頁/共57頁1. A2/O工藝A2/O工藝基本流程第47頁/共57頁第48頁/共57頁2. 改進(jìn)的Bardenpho工藝第49頁/共57頁3.UCT工藝第50頁/共57頁4. SBR工藝 SBR工藝是將除磷脫氮的各種反應(yīng)，通過時間順序上的控制，在同一反應(yīng)器中完成。第51頁/共57頁 混合液回流 攪拌 攪拌