廢水脫氮除磷ppt課件

1、環(huán) 境 生 物 技 術(shù)第八章 廢水的脫氮除磷第一節(jié) 水體富營(yíng)養(yǎng)化的概念、危害及控制方法第二節(jié) 氮素循環(huán)第三節(jié) 微生物脫氮原理及工藝第四節(jié) 微生物除磷原理及工藝第一節(jié) 水體富營(yíng)養(yǎng)化的概念、危害及控制方法1.水體富營(yíng)養(yǎng)化富營(yíng)養(yǎng)化是一種氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量過(guò)多所引起的水質(zhì)污染景象。普通地，水中總磷到達(dá)0.02mg/L，無(wú)機(jī)氮到達(dá)0.3mg/L的水體已處于富營(yíng)養(yǎng)化。氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，呵斥水體富營(yíng)養(yǎng)化，引起藻類及其它浮游生物迅速繁衍，水體溶氧量下降，魚類及其它生物大量死亡。大量死亡的水生生物堆積到湖底，被微生物分解，耗費(fèi)大量的溶解氧，使水體溶解氧含量急劇降低，水質(zhì)惡

2、化，以致影響到魚類的生存，大大加速了水體的富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程。水體出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化景象時(shí)，由于浮游生物大量繁衍，往往使水體呈現(xiàn)藍(lán)色、紅色、棕色、乳白色等，這種景象在江河湖泊中叫水華。2.富營(yíng)養(yǎng)化的危害-水華太湖美景四八云端島峰連七二蔥湖平天宇闊山翠黛煙朦2007年5月底至6月初， 江蘇無(wú)錫發(fā)生了震驚中外的太湖藍(lán)藻污染飲用水源事件，無(wú)錫市70%的自來(lái)水被污染，200萬(wàn)人的生活用水遭到了影響，呵斥了嚴(yán)重的社會(huì)影響。主要是由于水源地附近藍(lán)藻大量堆積，厭氧分解過(guò)程中產(chǎn)生了大量的NH3、硫醇、硫醚以及硫化氫等異味物質(zhì)。藍(lán)藻是藻類生物，又叫藍(lán)綠藻；大多數(shù)藍(lán)藻的細(xì)胞壁外面有膠質(zhì)衣，因此又叫枯藻。在一切藻類生物中，藍(lán)藻

3、是最簡(jiǎn)單、最原始的一種。 3.富營(yíng)養(yǎng)化的危害-赤潮水體出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化景象時(shí)，由于浮游生物大量繁衍，往往使水體呈現(xiàn)藍(lán)色、紅色、棕色、乳白色等，這種景象在海洋中叫赤潮。4.水體富營(yíng)養(yǎng)化的控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的防治是水環(huán)境維護(hù)中的重要問(wèn)題，遭到國(guó)內(nèi)外的注重，水體富營(yíng)養(yǎng)化主要防治的方法有：1控制N、P的排放；2對(duì)廢水作深度處置；3打撈藻類，人工曝氣；4疏浚底泥；5引水不含營(yíng)養(yǎng)物稀釋；6運(yùn)用化學(xué)藥劑或引入病毒殺死藻類等。第二節(jié) 氮素循環(huán)一、氮的存在方式及其來(lái)源 氮以有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮兩種形狀存在于水體中。 1. 有機(jī)氮 蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸和尿素等。來(lái)源：生活污水、 農(nóng)業(yè)廢棄物植物秸稈、家畜糞便等、 工業(yè)廢水食品

4、加工、印染、制革、食品加工等 1.氮素循環(huán)與生物脫氮原理2. 無(wú)機(jī)氮 氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮、氮?dú)?。?lái)源：有機(jī)氮的微生物分解 農(nóng)田排水 工業(yè)廢水煉焦、化肥2.氮污染的危害廢水中，氮素以有機(jī)氮、氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮四種方式存在。加速水體的“富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程；氨氮耗費(fèi)水體中的溶解氧；氨氮會(huì)與氯作用生成氯胺，并被氧化為氮；氮化合物對(duì)人和生物有毒害作用；氨氮和亞硝氮對(duì)養(yǎng)殖動(dòng)物有毒性作用。3.氮素循環(huán)缺氧缺氧一些根本概念氨化作用硝化作用反硝化作用厭氧氨氧化好氧反硝化短程硝化反硝化同步硝化反硝化 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方式存在的，此外也含有少數(shù)的

5、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(guò)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，其中分解才干強(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：水解細(xì)菌分解3.1 氨化反響 總反響式為： 硝化細(xì)菌是化能自養(yǎng)菌，生長(zhǎng)率低，對(duì)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(huì)對(duì)它產(chǎn)生影響。3.2 硝化反響氨氧化菌亞硝化細(xì)菌變形菌門綱 (Proteobacteria)亞硝化單胞菌群(Nitrosomonas)亞硝化螺菌群(Nitrosospira) 變形菌門-綱亞硝化球菌屬(Nitro

6、sococcus) 亞硝酸氧化硝化菌變形菌門綱：硝化桿菌屬Nitrobacter綱： Candidatus Nitrotoga綱：硝化球菌屬Nitrococcus綱：硝化刺菌屬Nitrospina硝化螺菌屬Nitrospira 硝化反響的環(huán)境條件：1好氧條件，并堅(jiān)持一定的堿度。2混合液中有機(jī)物含量不應(yīng)過(guò)高，BOD5應(yīng)在1520mg/L以下。3) 適宜溫度是2030，15時(shí)速度下降，5時(shí)完全停頓。4污泥齡必需大于其最小的世代時(shí)間。5重金屬、高濃度的NH4+-N和NOx-N對(duì)硝化反響有抑制造用。3.3 反硝化過(guò)程是指由一群異養(yǎng)微生物，將硝氮和亞硝氮復(fù)原轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮或氮氧化物的過(guò)程；反硝化細(xì)菌包括：

7、假單胞菌屬、反硝化桿菌屬、小球菌屬、嗜氣桿菌屬、堿桿菌屬等；反硝化過(guò)程中NO2-和NO3-的轉(zhuǎn)化是經(jīng)過(guò)反硝化細(xì)菌的同化作用和異化作用來(lái)完成的。其中異化作用去除的氮占7075。NO2- + 3H(電子供體有機(jī)物 N2 + H2O+ OH-NO3- + 5H(電子供體有機(jī)物 N2 +2H2O+OH- 反硝化過(guò)程產(chǎn)生部分堿度，但同時(shí)需求有機(jī)物，假設(shè)污水中沒(méi)有足夠的有機(jī)物，普通投加甲醇。反硝化反響的影響要素：1碳源2pH 6.57.53溶解氧 0.5mg/L以下4溫度 20403.4 厭氧氨氧化NO2- + NH4+ N2 + 2H2O，在缺氧環(huán)境中，將銨離子(NH4+)用亞硝酸根(NO2-)氧化為氮

8、氣；厭氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation, Anammox)是一類細(xì)菌，屬于浮霉菌門 ，化能自養(yǎng)型；在全球氮循環(huán)中具有重要意義，在海洋環(huán)境中，約 50% 的氮轉(zhuǎn)化是由于 anammox細(xì)菌的厭氧氨氧化作用產(chǎn)生的。3.5 好氧反硝化好氧反硝化菌(aerobic denitrlfier)是利用好氧反硝化酶的作用，在有氧條件下進(jìn)展反硝化作用的一類反硝化菌。好氧反硝化菌主要存在于假單胞菌屬Pseudomonas、產(chǎn)堿桿菌屬Alcaligenes、副球菌屬Paracoccus和芽孢桿菌屬Bacillus等，是一類好氧或兼性好氧、以有機(jī)碳作為能源的異養(yǎng)硝化菌。與厭氧反硝化

9、菌的反硝化相比，好氧反硝化菌的反硝化的特征為： 普通好氧反硝化菌的反硝化的主要產(chǎn)物是N2O，而厭氧反硝化菌的反硝化那么主要產(chǎn)生N2以及少量的N2O和NO。能在好氧條件下進(jìn)展反硝化，使其與硝化可以同時(shí)進(jìn)展?？蓪@態(tài)氮在好氧條件下直接轉(zhuǎn)化成氣態(tài)產(chǎn)物。好氧反硝化菌的反硝化中，NO3-、O2均可作為電子最終受體，除去NO3-的同時(shí)還耗費(fèi)了O2。催化好氧反硝化菌的反硝化的硝酸鹽復(fù)原酶是周質(zhì)酶而不是膜結(jié)合酶。傳統(tǒng)生物脫氮過(guò)程：NH4+ NO2- NO3- NO2- N2短程消化反硝化過(guò)程：NH4+ NO2- N2硝化反響反硝化反響硝化反響反硝化反響3.6短程硝化反硝化第三節(jié) 微生物脫氮原理及工藝生物脫氮的

10、工藝流程，根據(jù)細(xì)菌在系統(tǒng)中存在的形狀可分為懸浮污泥系統(tǒng)和膜系統(tǒng)兩大類。懸浮污泥系統(tǒng)又可分為去碳、硝化、反硝化結(jié)合的單級(jí)污泥系統(tǒng)以及去碳、硝化、反硝化相分隔的多級(jí)污泥系統(tǒng)。根據(jù)脫氮時(shí)所用的碳源，還可將其細(xì)分為兩類：內(nèi)碳源和外加碳源。(一)懸浮污泥系統(tǒng)懸浮污泥系統(tǒng)可分為以下幾種類型：1懸浮多級(jí)污泥內(nèi)碳源系統(tǒng) 2懸浮多級(jí)污泥外加碳源系統(tǒng) 3懸浮單級(jí)污泥內(nèi)碳源系統(tǒng) 4懸浮單級(jí)污泥外加碳源系統(tǒng) 活性污泥傳統(tǒng)脫氮工藝3級(jí)活性污泥法流程2級(jí)活性污泥脫氮系統(tǒng) 單級(jí)活性污泥脫氮系統(tǒng)缺氧好氧活性污泥法脫氮系統(tǒng)Anoxic/ Oxic法 是于80年代初期開(kāi)創(chuàng)的工藝流程，其主要特點(diǎn)是將反硝化反響器置放在系統(tǒng)之首，故又

11、稱為“前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)。 1反硝化反響器在前，BOD去除、硝化兩項(xiàng)反響的綜合反響器在后；2反硝化反響以原廢水中的有機(jī)物為碳源；3硝化液回流；4反硝化反響過(guò)程產(chǎn)生的堿度可補(bǔ)償硝化反響耗費(fèi)堿度的一半左右； 5流程簡(jiǎn)單，不需外加碳源。系統(tǒng)的特征：系統(tǒng)的缺乏之處：1沉淀池如運(yùn)轉(zhuǎn)不當(dāng)，池內(nèi)會(huì)產(chǎn)生反硝化反響，污泥上浮，處置水水質(zhì)惡化；2系統(tǒng)的脫氮率較低，普通在85以下。脫氮工藝的影響要素1pH 硝化反響的結(jié)果生成強(qiáng)酸HNO3,會(huì)使環(huán)境的酸性加強(qiáng)，因此硝化反響要耗費(fèi)堿。假設(shè)污水中沒(méi)有足夠的堿度，那么隨著硝化的進(jìn)展，pH會(huì)急劇下降。硝化細(xì)菌對(duì)pH非常敏感，亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌分別在7.0-7.8和7.

12、7-8.1時(shí)活性最強(qiáng)，pH值在這個(gè)范圍以外，其活性便急劇下降。 研討闡明，硝化細(xì)菌經(jīng)過(guò)一段時(shí)間馴化后，低pH值比忽然降低pH值的影響小得多。經(jīng)過(guò)馴化，硝化反響可在低pH值(如5.5)條件下進(jìn)展。但忽然降低pH值(如由7.2降到5.8)，會(huì)使硝化反響速度驟降。當(dāng)pH值升高后，硝化反響速度又會(huì)很快地恢復(fù)。 2溫度 溫度對(duì)硝化反響速度的影響很大,見(jiàn)以下圖 (活性污泥硝化系統(tǒng)中 )其緣由在于溫度對(duì)硝化細(xì)菌的增殖速度和活性影響很大。兩類硝化細(xì)菌的最宜溫度為30左右。溫度對(duì)反硝化速度的影響大小與反硝化設(shè)備的類型(微生物懸浮生長(zhǎng)型或固著型)、硝酸鹽負(fù)荷率等要素有關(guān)。 3溶解氧 溶解氧濃度影響硝化反響速度和硝

13、化細(xì)菌的生長(zhǎng)速度，如以下圖所示。 溶解氧對(duì)硝化速率的影響在懸浮污泥反硝化系統(tǒng)中，缺氧段溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/L以下，在膜法反硝化系統(tǒng)中，當(dāng)缺氧段溶解氧控制在1mg/L-2mg/L以下時(shí)也不影響反硝化的進(jìn)展。硝化過(guò)程的溶解氧濃度，普通建議應(yīng)維持在1.0mg/L-2.0mg/L；溶解氧對(duì)反硝化脫氮有抑制造用，其機(jī)制為阻抑硝酸鹽復(fù)原酶的構(gòu)成或者僅僅充任電子受體從而競(jìng)爭(zhēng)性地妨礙了硝酸鹽的復(fù)原。雖然氧對(duì)反硝化脫氮有抑制造用，但氧的存在對(duì)能進(jìn)展反硝化作用的反硝化菌卻是有利的，由于這類菌為兼性厭氧菌，菌體內(nèi)的某些酶只需在有氧時(shí)才干合成，因此在工藝上最好使這些反硝化菌(即污泥)交替處于好氧、缺氧的環(huán)境條件

14、下。 4碳源 碳源物質(zhì)主要是經(jīng)過(guò)影響反硝化細(xì)菌的活性來(lái)影響處置系統(tǒng)的脫氮效率。普通以為，當(dāng)廢水中所含碳(BOD5)與總氮的比值大于3：1時(shí)，無(wú)需外加碳源，即可到達(dá)脫氮目的。當(dāng)廢水的BOD5與總氮比值小于3：1時(shí)，需另外投加碳源才干到達(dá)理想的去氮效果。外加碳源大多采用甲醇，由于它氧化分解產(chǎn)物為二氧化碳和水，不留任何難分解的中間產(chǎn)物，價(jià)錢也較低廉。第四節(jié) 微生物除磷原理及工藝污水除磷技術(shù)的開(kāi)展來(lái)源于生物超量吸磷景象的發(fā)現(xiàn)。 20世紀(jì)50年代到60年代初，Srinath等人在污水處置廠的消費(fèi)性運(yùn)轉(zhuǎn)中，察看到生物超量吸磷的景象。70年代的研討任務(wù)弄清了生物除磷所需的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，并有認(rèn)識(shí)的將其工程化。80

15、年代到90年代，經(jīng)過(guò)全面的根底研討及消費(fèi)性研討和工程運(yùn)轉(zhuǎn)閱歷的總結(jié)，污水生物除磷的實(shí)際及技術(shù)均獲得了艱苦進(jìn)展及突破。 1.除磷技術(shù)的開(kāi)展2.生物除磷的根本原理目前普遍認(rèn)可的生物除磷實(shí)際是“聚合磷酸鹽Poly-P累積微生物-PAOPoly-phosphate Accumulating Organisms的攝磷釋磷原理。 聚 磷 菌有機(jī)磷釋磷ADPATP無(wú)機(jī)磷溶解質(zhì)PHBATPADP合成聚 磷 菌無(wú)機(jī)磷聚磷ATPADP有機(jī)磷PHB無(wú)機(jī)物ADPATP合成厭氧段好氧段進(jìn)水出水污泥回流剩余污泥富磷厭氧環(huán)境下，聚磷菌把細(xì)胞中的聚磷水解為無(wú)機(jī)磷酸鹽釋放到細(xì)胞外，并從中獲取能量。污水中易生物降解的溶解性有機(jī)質(zhì)

16、能被聚磷菌利用，而且能誘導(dǎo)激發(fā)細(xì)胞將其體內(nèi)積累的高能聚合磷分解，釋放出磷酸根和鍵能，將廢水中的有機(jī)物攝入細(xì)胞內(nèi)，以胞內(nèi)碳能源存儲(chǔ)物聚羥基烷酸PHA、聚-羥丁酸PHB及糖原等有機(jī)顆粒的方式儲(chǔ)存在體內(nèi)。在好氧區(qū)內(nèi)，聚磷菌將儲(chǔ)存于體內(nèi)的PHB進(jìn)展好氧分解，并產(chǎn)生ATP，釋放出大量能量供聚磷菌增殖，在充分利用基質(zhì)的同時(shí)，大量吸收溶解態(tài)的正磷酸鹽，在細(xì)胞內(nèi)合成并積累多聚磷酸鹽，對(duì)磷積累可達(dá)細(xì)胞干重的6%左右。PAOs以循環(huán)方式閱歷厭氧/好氧環(huán)境后，本底環(huán)境的磷在好氧環(huán)境下以聚磷方式儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)，最終經(jīng)過(guò)排放富含聚磷菌的剩余污泥實(shí)現(xiàn)除磷的目的。 聚磷菌屬于異養(yǎng)型細(xì)菌，現(xiàn)已報(bào)道的種類包括：不動(dòng)桿菌屬、腸桿菌

17、屬、著色菌屬、脫氮微球菌屬等。在厭氧條件下，聚磷菌耗費(fèi)糖原，將細(xì)胞內(nèi)的聚磷水解為正磷酸鹽釋放到胞外釋磷，并獲得能量，同時(shí)將環(huán)境中的有機(jī)碳源以PHB的方式儲(chǔ)存。在好氧條件下，氧化胞內(nèi)儲(chǔ)存的PHB及利用產(chǎn)生的能量過(guò)量的從環(huán)境中攝磷，以聚磷酸高能鍵的方式存貯。經(jīng)過(guò)排放高磷剩余污泥實(shí)現(xiàn)去除磷的目的。 研討結(jié)果闡明，超量除磷主要是生物作用的結(jié)果，但生物超量除磷并不能完全解釋某些條件下出現(xiàn)的除磷性能，生物誘導(dǎo)的化學(xué)除磷能夠是生物除磷的補(bǔ)充。在生物除磷系統(tǒng)中磷的去除能夠包括以下5種途徑。生物超量除磷 污泥含磷量可達(dá)37正常磷的同化作用 微生物合成耗費(fèi)磷正常液相沉淀 pH 陽(yáng)離子濃度加速液相沉淀生物膜沉淀 細(xì)

18、菌反硝化作用使膜內(nèi)pH 升高， 導(dǎo)致磷從液相進(jìn)入無(wú)機(jī)相。1.溶解氧 磷攝取過(guò)程要求充足的氧，放磷的過(guò)程應(yīng)堅(jiān)持絕對(duì)厭氧的條件。2.污泥齡 普通污泥齡短的系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥量較多，可以獲得較高的除磷效果。3.溫度和pH值 530 pH 684.BOD負(fù)荷 較高的BOD負(fù)荷可獲得較好的除磷效果。5.硝氮和亞硝氮 抑制磷的釋放3.影響生物除磷過(guò)程的要素本工藝流程簡(jiǎn)單，建立和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都較低，厭氧反響器可以堅(jiān)持良好的厭氧形狀。存在的問(wèn)題有：由于微生物對(duì)磷的吸收有一定限制，故除磷率難以進(jìn)一步提高；沉淀池易于產(chǎn)生磷的釋放景象，應(yīng)及時(shí)排泥和回流。4.厭氧-好氧除磷工藝流程本單元是反硝化細(xì)菌將由好氧池回流的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氣態(tài)氮，到達(dá)脫氮的功能，5.生物同步脫氮除磷-A2/O工藝厭氧池釋磷缺氧池反硝化好氧池聚磷硝化沉淀池氮?dú)鈨?nèi)循環(huán)污泥回流含磷污泥剩余污泥原水出水1. A-A-OAnaerobic-Anoxic-Oxic工藝，即A2/O工藝，是一項(xiàng)可以同步脫氮除磷的污水工藝。在該反響器中主要是釋磷，同時(shí)有部分有機(jī)物進(jìn)展氨化去除有機(jī)物，硝化和吸磷等反響該處置系統(tǒng)出水磷濃度根本在1mg/L以下，氨氮也可在15mg/L以下。由于污泥交替進(jìn)入?yún)捬醭睾秃醚醭?，絲狀菌較少，污泥的沉降性能好。2. A2/O工藝的影響要素1污水中可生物降解有機(jī)物對(duì)脫氮除磷的影響 污水中的C/N比對(duì)脫氮除磷