除氮除磷 講義

1、除氮除磷 氮和磷是生物的重要營(yíng)養(yǎng)源，隨著化肥、洗滌劑和農(nóng)藥普遍使用，天然水體中氮、磷含量急劇增加，水體中藍(lán)藻、綠藻大量繁殖，水體缺氧并產(chǎn)生毒素，使水質(zhì)惡化，對(duì)水生生物和人體健康產(chǎn)生很大的危害。 目前應(yīng)用最廣泛的常規(guī)生物處理系統(tǒng)（一級(jí)加二級(jí)生物處理）主要是去除城市污水及某些工業(yè)廢水中的懸浮固體及可降解的有機(jī)物。氮磷的去除技術(shù)一般是在常規(guī)的二級(jí)處理之后，故常稱(chēng)作三級(jí)處理貨深度處理。第1節(jié) 氮的處理 廢水中的氮常以含氮有機(jī)物、氨、硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在。生物處理把大多數(shù)有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨，然后可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。目前采用的除氮工藝有生物硝化與反硝化、沸石選擇性交換吸附、空氣吹托及折點(diǎn)氯化等四種。1

2、、 生物硝化與反硝化（生物除氮法）（1） 生物硝化在好氧條件下，通過(guò)亞硝酸鹽菌和硝酸菌的作用，將氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的過(guò)程，稱(chēng)為生物硝化作用。 反應(yīng)過(guò)程如下： 亞硝酸鹽菌 NH4+3/2O2 NO2-+2H+H2O-E E=278.42KJ第二步亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽：硝酸鹽菌NO-+1/2O2 NO3-E E=278.42KJ這兩個(gè)反應(yīng)式都是釋放能量的過(guò)程，氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮并不是去除氮而是減少它的需氧量。上訴兩式合起來(lái)寫(xiě)成： NH4+2O2 NO3-+2H+H2O-E E=351KJ綜合氨氧化和細(xì)胞體合成反應(yīng)方程式如下：NH4+1.83O2+1.98HCO3- 0.02C5H7O2N

3、+0.98 NO3-+1.04 H2O+1.88H2CO3由上式可知：(1)在硝化過(guò)程中，1g氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮時(shí)需氧4.57g；(2)硝化過(guò)程中釋放出H+，將消耗廢水中的堿度，每氧化lg氨氮，將消耗堿度(以CaCO3計(jì)) 7.lg。影響硝化過(guò)程的主要因素有：(1)pH值   當(dāng)pH值為8.08.4時(shí)(20)，硝化作用速度最快。由于硝化過(guò)程中pH將下降，當(dāng)廢水堿度不足時(shí)，即需投加石灰，維持pH值在7.5以上；(2)溫度   溫度高時(shí)，硝化速度快。亞硝酸鹽菌的最適宜水溫為35，在15以下其活性急劇降低，故水溫以不低于15為宜；(3)污泥停留時(shí)間 

4、  硝化菌的增殖速度很小，其最大比生長(zhǎng)速率為 0.30.5d-1(溫度20，pH8.08.4)。為了維持池內(nèi)一定量的硝化菌群，污泥停留時(shí)間 必須大于硝化菌的最小世代時(shí)間 。在實(shí)際運(yùn)行中，一般應(yīng)取 2 ；(4)溶解氧  氧是生物硝化作用中的電子受體，其濃度太低將不利于硝化反應(yīng)的進(jìn)行。一般，在活性污泥法曝氣池中進(jìn)行硝化，溶解氧應(yīng)保持在23mg/L以上；(5)BOD負(fù)荷  硝化菌是一類(lèi)自養(yǎng)型菌，而B(niǎo)OD氧化菌是異養(yǎng)型菌。若BOD5負(fù)荷過(guò)高，會(huì)使生長(zhǎng)速率較高的異養(yǎng)型菌迅速繁殖，從而佼白養(yǎng)型的硝化菌得不到優(yōu)勢(shì)，結(jié)果降低了硝化速率。所以為要充分進(jìn)行硝化，B

5、OD5負(fù)荷應(yīng)維持在0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下。(二) 反硝化在缺氧條件下，由于兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用，將NO2-N和NO3-N還原成N2的過(guò)程，稱(chēng)為反硝化。反硝化過(guò)程中的電子供體(氫供體)是各種各樣的有機(jī)底物(碳源)。以甲醇作碳源為例，其反應(yīng)式為：6NO3-+2CH3OH6NO2-+2CO2+4H2O 6NO2-+3CH3OH3N2+3CO2+3H2O+60H-綜合反應(yīng)式為： 6NO3-+5CH3OH 5CO2+3N2+7H2O+6OH-由上可見(jiàn)，在生物反硝化過(guò)程中，不僅可使NO2-N、NO3-N被還原，而且還可使有機(jī)物氧化分解。影響反硝化的主要因素：(1)溫

6、度  溫度對(duì)反硝化的影響比對(duì)其它廢水生物處理過(guò)程要大些。一般，以維持2040為宜?？嘣跉鉁剡^(guò)低的冬季，可采取增加污泥停留時(shí)間、降低負(fù)荷等措施，以保持良好的反硝化效果；(2)pH值  反硝化過(guò)程的pH值控制在7.08.0；(3)溶解氧  氧對(duì)反硝化脫氮有抑制作用。一般在反硝化反應(yīng)器內(nèi)溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法)；(4)有機(jī)碳源  當(dāng)廢水中含足夠的有機(jī)碳源，BOD5/TKN(35)時(shí)，可無(wú)需外加碳源。當(dāng)廢水所含的碳、氮比低于這個(gè)比值時(shí)，就需另外投加有機(jī)碳。外加有機(jī)碳多采用甲醇?？紤]到甲醇對(duì)溶解氧的額外消耗，甲醇投

7、量一般為NO3-N的3倍。此外，還可利用微生物死亡；自溶后釋放出來(lái)的那部分有機(jī)碳，即"內(nèi)碳源"，但這要求污泥停留時(shí)間長(zhǎng)或負(fù)荷率低，使微生物處于生長(zhǎng)曲線的靜止期或衰亡期，因此池容相應(yīng)增大。（三）生物脫氮工藝流程1、傳統(tǒng)三段生物脫氮工藝 2、A1/O (Anoxic/Oxic)生物脫氮工藝流程2、 沸石選擇性交換吸附沸石是一種硅鋁酸鹽，為一種弱酸型陽(yáng)離子交換劑。斜發(fā)沸石對(duì)某些陽(yáng)離子的交換選擇次序?yàn)椋篕+NH4+Na+Ba2+Ca2+Mg2+。利用斜發(fā)沸石對(duì)NH4+的強(qiáng)選擇性，可采用交換吸附工藝去除水中氨氮。3、 空氣吹脫在堿性條件下（pH10.5），廢水中的氨氮主要以NH3的形

8、式存在。讓廢水中與空氣充分接觸，則水中揮發(fā)性的NH3將由液相向氣相轉(zhuǎn)移，從而脫除水中的氨氮。影響氨吹脫效果的主要因素有：（1） pH值；（2）溫度；（3）水力負(fù)荷；（4）氣水比；（5） 填料構(gòu)型與高度；（6）結(jié)垢控制。4、 折點(diǎn)氯化 折點(diǎn)氯化法（Break Point Chlotination）是將氯氣通入廢水中達(dá)到某一點(diǎn)，在該點(diǎn)時(shí)水中游離氯含量較低，而氨的濃度降為零。當(dāng)氯氣通入量超過(guò)該點(diǎn)時(shí)，水中的游離氯就會(huì)增多。因此，該點(diǎn)稱(chēng)為折點(diǎn)。該狀態(tài)下的氯化稱(chēng)為折點(diǎn)氯化。折點(diǎn)氯化法除氨的機(jī)理為氯氣與氨反應(yīng)生成無(wú)害的氮?dú)?，其反?yīng)方程式為： 需氯量取決于氨氮的濃度，兩者重量比為7.6：1，為了保證完全反應(yīng)，

9、一般氧化1mg氨氮需加9-10mg的氯氣。pH值在6-7時(shí)為最佳反應(yīng)區(qū)間，接觸時(shí)間為0.5-2h。 氯化法的處理率達(dá)90%-100%，處理效果穩(wěn)定，不受水溫影響，投資較少，折點(diǎn)氯化法的缺點(diǎn)是加氯量大，費(fèi)用高，工藝過(guò)程中，每氧化1mol的氨氮會(huì)產(chǎn)酸4mol，也就是說(shuō)每氧化1mg/L的堿度(以CaCO3計(jì))來(lái)中和產(chǎn)生的酸，從而增加了總?cè)芙夤腆w的含量，副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會(huì)造成二次污染。 第2節(jié) 磷的去除廢水中的磷有三種存在形態(tài)，既正磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷。在二級(jí)生化處理中，有機(jī)磷和聚磷酸鹽可轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽。去除磷的方法主要有化學(xué)沉淀法和生物除磷法兩類(lèi)。1、 化學(xué)沉淀法 通過(guò)投加的化學(xué)沉淀劑能與

10、廢水中的磷酸鹽生成難溶沉淀物，可把磷分離去除，同時(shí)形成的絮凝體對(duì)磷也有吸附去除作用。常用的沉淀劑有石灰、明礬、氯化鐵、石灰與氯化鐵的混合物。它們與磷酸鹽的反應(yīng)可表示為： 3Ca2+2PO43-Ca3(PO4)3 5Ca2+3PO43-+OH-Ca5(PO4)3OH Al3+PO43-AlPO4 Fe3+PO43-FePO4三種不同的沉淀工藝：（1） 在初沉池內(nèi)沉淀除磷；（2） 沉淀藥劑直接加入曝氣池；（3） 化學(xué)沉淀劑加在二級(jí)出水。 二、生物除磷法 （一）生物除磷原理： 1、除磷菌過(guò)量攝取磷：在好氧條件下，除磷菌合成聚磷酸鹽并將之貯存在體內(nèi)； 2、除磷菌的磷釋放：在厭氧條件下，除磷菌分解聚磷酸

11、鹽產(chǎn)生磷酸，并將之排除體外；3、富磷污泥的排放：在好氧條件下所攝取的磷比在厭氧條件下所釋放的磷多，廢水生物除磷工藝是利用除磷菌的這一過(guò)程，將多余剩余污泥排出系統(tǒng)而達(dá)到除磷的目的。（二）生物除磷的影響因素 1、溶解氧：厭氧段 < 0.2mg/L，好氧段2mg/L； 2、厭氧區(qū)硝態(tài)氮：NO3-N< 2mg/L； 3、溫度：5 - 30C； 4. pH值：6 - 8； 5、BOD負(fù)荷：BOD/TP > 2030，才能保證聚磷菌有足夠的基質(zhì)需求；6、污泥齡：5 - 10天，厭氧段的停留時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。（三）厭氧/好氧生物除磷系統(tǒng)（3） A2/O(Anaerobic/Oxic)工藝 主要特點(diǎn)： 1