生物脫氮除磷原理及工藝

1、生物脫氮除磷原理及工藝生物脫氮基本原理概述 廢水中的氮一般以有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等四種形態(tài)存在。其中有機(jī)氮占生活污水含氮量的40%60%，氨氮占50%60%，亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮僅占0%5%。因此在傳統(tǒng)的生物處理中將 氨化菌 硝化菌 有機(jī)氮 氨氮 亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮 反硝化菌 氮?dú)庀趸^(guò)程反硝化過(guò)程硝化反硝化生物脫氮過(guò)程是一個(gè)矛盾統(tǒng)一體。硝化反應(yīng)需要好氧條件和較長(zhǎng)污泥齡的硝化菌，而反硝化反應(yīng)則需要缺氧條件和較短污泥齡的反硝化菌 在大量有機(jī)物存在時(shí) 硝化菌對(duì)氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)不如好氧異養(yǎng)菌 不利于硝化反應(yīng) 而反硝化菌需要有機(jī)物作為電子供體來(lái)完成脫氮的過(guò)程 解決這些矛盾將會(huì)提高生物脫

2、氮工藝的高效性和穩(wěn)定性硝化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)maxNNNSKSmaxNNNNobsNSrrYKS反硝化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)DmaxDDSKSmaxDNDNDNDNobsDNSrrYKS1DNobsDNDNDNYqb00max0DNDNDNSSSrrKSKS生物除磷的原理生物除磷動(dòng)力學(xué)32423224242()3C H OHPOH OC H OPOH32424245722320.161.20.20.161.20.20.441.44C H ONHOPOC H NOCOHPOOHH O厭氧條件下，PAO對(duì)有機(jī)物降解和磷的釋放：好氧條件下，PAO對(duì)有機(jī)物的降解和對(duì)磷的過(guò)量攝?。?4,HACPRHACPAOHAC POH

3、ACS HACSrKXSK3344333444max,POPOmax,POPO,POPUPAOSSrXYSK脫氮除磷工藝概述傳統(tǒng)的脫氮工藝An/O工藝該工藝是Barnard 于1973 年Ludzack-Ettinger 工藝的改進(jìn)，能夠較好的適應(yīng)現(xiàn)有的活性污泥系統(tǒng)，較易實(shí)現(xiàn)常規(guī)出水標(biāo)準(zhǔn)（TN10mg/L）Bardenpho工藝SND工藝SND優(yōu)點(diǎn)流程簡(jiǎn)單，操作運(yùn)行管理方便硝化反硝化在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，無(wú)需混合液回流可將進(jìn)水點(diǎn)設(shè)置在反硝化區(qū)，省去對(duì)外加碳源的投加。厭氧氨氧化（ANAMMOX）原理厭氧氨氧化 anaerobicammoniumoxidation ANAMMOX 工藝于 1900

4、 年由荷蘭 Delft 技術(shù)大學(xué)研究開發(fā) 該工藝是厭氧條件下 微生物以氨氮為電子供體 亞硝酸氮或硝酸氮為電子受體 發(fā)生生化反應(yīng) 生成氮?dú)?該工藝無(wú)需外加碳源 供氧以及額外投加酸堿中和試劑 而且能耗低 運(yùn)行費(fèi)用較少 同時(shí)還避免了因投加中和試劑可能造成的二次污染典型的厭氧氨氧化處理工藝有 SHARON-ANAMMOX 工藝和 CANON 工藝A/O除磷工藝該工藝是Spector于1975年發(fā)現(xiàn)的，該工藝不僅具有除磷效果，還可以有效的抑制絲狀菌膨脹。并于1977年獲得專利。A/O除磷工藝特性曲線A/O工藝運(yùn)行特點(diǎn)適合在高負(fù)荷短泥齡的情況下運(yùn)行。TP/BOD5較低時(shí)較適宜對(duì)進(jìn)水的小分子底物較少時(shí)，將影

5、響其對(duì)磷的釋放，進(jìn)而影響到好氧段對(duì)磷的吸收。剩余污泥的磷含量較高。在污泥濃縮和消化過(guò)程中，部分磷會(huì)回到上清液中。所以對(duì)上清液一般要返回工藝進(jìn)行處理。當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大時(shí)，會(huì)對(duì)磷的釋放產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而影響到除磷的效果。同步生物脫氮除磷工藝除磷脫氮工藝在涉及泥齡上存在矛盾：首先，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。 其次，脫氮需要泥齡長(zhǎng)。 脫氮的關(guān)鍵步驟是硝化，消化過(guò)程不充分，則無(wú)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(shí)間比較長(zhǎng)，通常需要 35d，因此在泥齡短的系統(tǒng)中，硝化菌量極少。A2/O

6、工藝連續(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(shí)現(xiàn)脫氮與除磷同時(shí)存在的矛盾中展開的。最初，脫氮和除磷是在不同的生物處理工藝中實(shí)現(xiàn)的。1972 年， Barnard 在研究缺氧、好氧交替進(jìn)行的Bardenpho 脫氮工藝時(shí)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(gè)厭氧區(qū)，提出同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫氮除磷的 Phoredox 工藝，它的簡(jiǎn)化流程就是A2/O。A2/O工藝流程圖A2/O工藝運(yùn)行特性曲線A2/O工藝優(yōu)缺點(diǎn)在厭氧、缺氧和好氧交替運(yùn)行的條件下可抑制絲狀菌繁殖，克服污泥膨脹，SVI值一般小于100，有利于處理污水與污泥的分離，運(yùn)行中在厭氧和缺氧段內(nèi)只需輕緩攪拌，運(yùn)行費(fèi)用

7、低。厭氧、缺氧和好氧三個(gè)區(qū)段嚴(yán)格分開，有利于不同微生物菌群的繁殖生長(zhǎng)，減少了各功能區(qū)微生物的相互影響。厭氧環(huán)境下反硝化與釋磷對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)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(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，干擾厭氧釋磷的正常進(jìn)行。UCT工藝為了改善城市污水脫氮除磷系統(tǒng)在進(jìn)水碳源不足時(shí)的處理效果，研究者們進(jìn)行了大量的工藝改進(jìn)。改進(jìn)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南非 CateTown 大學(xué)的 UCT 工藝將 A2/O 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UTC工藝流程圖改良型UCT工藝-MUCT與 A2/O

8、 工藝相比，在適當(dāng)?shù)?COD/TKN 比例下，缺氧區(qū)的反硝化可使厭氧區(qū)回流污泥中硝酸鹽含量接近于0。 當(dāng)進(jìn)水 COD/TKN 較高時(shí)，缺氧區(qū)無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全的脫氮，仍有部分硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，因此又產(chǎn)生改進(jìn)UCT 工藝（MUCT）MUCT 工藝有兩個(gè)缺氧池，前一個(gè)接受二沉池回流污泥，后一個(gè)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(jìn)一步減少硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的可能。MUCT工藝流程圖JHB工藝JHB 工藝是在 A2/O 工藝的厭氧區(qū)污泥回流線路中增加了一個(gè)缺氧池，以減少回流污泥中硝酸鹽的含量Dephanox 工藝隨著除磷研究在微生物學(xué)領(lǐng)域的深化，發(fā)現(xiàn)一些聚磷菌在氧化PHB 的過(guò)程中能以硝酸

9、鹽代替氧作電子受體，實(shí)現(xiàn)同時(shí)反硝化和過(guò)度攝磷，即所謂 “一碳（指 PHB）兩用”。這對(duì)于解決除磷系統(tǒng)反硝化碳源不足的問(wèn)題和降低系統(tǒng)的充氧能耗都具有一定的意義。于是產(chǎn)生了另一種改進(jìn)思路反硝化除磷系統(tǒng)。利用這一現(xiàn)象開發(fā)的Dephanox 工藝，有效的解決了除磷系統(tǒng)反硝化碳源不足的問(wèn)題，并且降低了系統(tǒng)的能源消耗Dephanox 工藝流程圖改進(jìn)的Bardenpho工藝改進(jìn)的Bardenpho工藝由四池串聯(lián)，即缺氧一好氧一缺氧池一好氧池。類似二級(jí)A/O工藝串聯(lián)。第二級(jí)A/O的缺氧池基本上利用內(nèi)源碳源進(jìn)行脫氮，最后的曝氣池可以吹脫氨氮，提高污泥的沉降性能。為了提高除磷的穩(wěn)定性，在Bardenpho工藝流程之前增設(shè)一個(gè)厭氧池，以提高污泥的磷釋放效率。只要脫氮效果好，那么通過(guò)污泥進(jìn)入?yún)捬醭氐南跛猁}是很少的，不會(huì)影響污泥的放磷效果，從而使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到較好的脫氮除磷效果。改進(jìn)的Bardenpho工藝流程圖生物脫氮的運(yùn)行控制DO的控制溫度T的控制pH的控制碳氮比的控制污泥齡的控制混合液回流比的控制有毒有害物質(zhì)的控制DO的控制溫度T