脫氮除磷pt教學(xué)課件

1、第二十章 脫氮除磷學(xué)習(xí)內(nèi)容1. 概述2. 氮的去除2.1存在形式2.2氮的去除2.3 生物脫氮3 磷的去除3.1 存在形式3.2 磷的去除3.3 生物除磷原理3.4 生物除磷工藝1 概述1.1 深度處理是進(jìn)一步去除常規(guī)二級(jí)處理所不能完全去除污水中雜質(zhì)的凈化過程.1.2 深度處理目的：水資源短缺、污水回用 脫色 除臭 COD BOD SS1.3 深度處理對(duì)象 營(yíng)養(yǎng)型無機(jī)鹽 重金屬 細(xì)菌、病菌1.4 深度處理水用途: 排放、回用、回灌地下 。 安徽巢湖湖區(qū)水質(zhì)中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài) 環(huán)保部門的專業(yè)隊(duì)伍打撈巢湖藍(lán)藻 1.5 NP危害無錫太湖暴發(fā)藍(lán)藻水華危機(jī) 昆明滇池海埂一線的岸邊，湖水如綠油漆一般。 莆田市

2、南日邊防派出所官兵幫助漁民打撈因赤潮造成的死魚 赤潮會(huì)嚴(yán)重影響漁業(yè)生產(chǎn) 1.5 危害（1）富營(yíng)養(yǎng)化N、P引起，藻類問題（滇池，太湖）；（2） 提高制水成本應(yīng)用水，污水消毒時(shí)，增加投氯量；（3）污水回用填塞管道NH3N可促進(jìn)設(shè)備中微生物的繁殖；（4） 農(nóng)業(yè)灌溉TN不大于1mg/l，否則對(duì)農(nóng)作物有影響。2.1 氮的存在形態(tài)N無機(jī)NNOx-N(硝態(tài)氮)T K N(凱氏氮)TN(總N)NH3-NNO3-NNO2-N有機(jī)N （尿素、氨基酸、蛋白質(zhì)）在生活污水中，主要含有有機(jī)氮和氨態(tài)氮，它們均來源于人們食物中的蛋白質(zhì)。 2. 氮的去除折點(diǎn)加氯法（第十四章，消毒）吹脫法（第十八章）離子交換法（第十六章，離子

3、交換法）生物脫氮 2.2 氮的去除2.3.1 生物脫氮原理2.3.2 影響因素2.3.3 脫氮工藝2.3 生物脫氮2.3.1 生物脫氮原理生物脫氮: 在微生物的作用下，將有機(jī)氮和氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2的過程。 生物脫氮可分為三個(gè)步驟： 氨化硝化反硝化由于氨化反應(yīng)速度很快，在一般廢水處理設(shè)施中均能完成，故生物脫氮的關(guān)鍵在于硝化和反硝化。 生物脫氮原理在未經(jīng)處理的新鮮廢水中有機(jī)氮氨態(tài)氮蛋白質(zhì)、尿素、胺類化合物、硝基化合物以及氨基酸等NH3及NH4等氨化菌(水解、氧化)（1）氨化- 氨化作用是指將有機(jī)氮化合物轉(zhuǎn)化為NH3-N的過程，也稱為礦化作用。2.4.1 生物脫氮原理生物脫氮原理以氨基酸為例：氧化脫氨

4、基水解脫氨基還原脫氨基 氨化細(xì)菌氨化細(xì)菌種類很多，主要有好氧性的熒光假單胞菌和靈桿菌、兼性的變形桿菌和厭氧的腐敗梭菌等。氨化反應(yīng)無論在好氧還是厭氧條件下 ，中性、堿性還是酸性環(huán)境中都能進(jìn)行 ?；钚晕勰嗪蜕锬は到y(tǒng)內(nèi)能夠比較完全地完成氨化反應(yīng)。生物脫氮原理氨態(tài)氮硝酸鹽氮1g氨氮氧化需氧4.57gNO2-N亞硝酸鹽氮亞硝化菌硝化菌需氧3.43g需氧1.14g在硝化反應(yīng)中，還有H+釋放（2） 硝化作用-指將NH3-N氧化為NOx-N的生物化學(xué)反應(yīng)，這個(gè)過程由亞硝酸菌和硝酸菌共同完成，包括亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)兩個(gè)步驟。 項(xiàng) 目亞硝化菌硝化菌細(xì)胞形狀橢球或棒狀橢球或棒狀細(xì)胞尺寸（m）11.50.51.0

5、革蘭氏染色陰性陰性世代期（h）8361259自養(yǎng)性專性兼性需氧性嚴(yán)格好氧嚴(yán)格好氧最大比增長(zhǎng)速率mh-10.040.080.020.06產(chǎn)率系數(shù)Y(mg細(xì)胞/基質(zhì)mg)0.040.130.020.07飽和常數(shù)K（mg/L）0.63.60.31.7亞硝化菌和硝化菌的基本特征生物脫氮原理環(huán)境條件硝化菌為化能自養(yǎng)菌，廣泛存活在土壤中硝化菌生存需要的環(huán)境條件好氧條件氧是硝化反應(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，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，在硝化反應(yīng)的曝氣池內(nèi)，溶解氧含量不得低于1mgL。從CO2獲取C源，從無機(jī)物的氧化中獲取能量溶解氧pH值營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水溫活性污泥有毒物質(zhì)（2）硝化反應(yīng)環(huán)境條件

6、環(huán)境條件溶解氧pH值營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水溫活性污泥有毒物質(zhì)生物脫氮原理環(huán)境條件 PH值的影響在硝化反應(yīng)過程中，釋放H+離子，使pH值下降;硝化菌對(duì)pH值的變化十分敏感，為了保持適宜的pH值，應(yīng)當(dāng)在廢水中保持足夠的堿度，以調(diào)節(jié)pH值的變化;1g氨態(tài)氮(以N計(jì))完全硝化，需堿度(以CaCO3計(jì))7.1g。對(duì)硝化菌的適宜的pH值為8.0-8.4。溶解氧pH值營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水溫活性污泥有毒物質(zhì)（2）硝化反應(yīng)環(huán)境條件環(huán)境條件溶解氧pH值營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水溫活性污泥有毒物質(zhì)生物脫氮原理環(huán)境條件混合液中有機(jī)物含量不應(yīng)過高，BOD5應(yīng)在1520mgL以下硝化菌是自養(yǎng)型菌，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

7、度較高的異養(yǎng)型細(xì)菌迅速增殖，從而使硝化菌不能成為優(yōu)占種屬。環(huán)境條件溶解氧pH值營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水溫活性污泥有毒物質(zhì)（2）硝化反應(yīng)生物脫氮原理環(huán)境條件硝化反應(yīng)的適宜溫度是2030，15以下時(shí)，硝化反應(yīng)速度下降，5時(shí)完全停止。環(huán)境條件溶解氧pH值營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水溫活性污泥有毒物質(zhì)（2）硝化反應(yīng)生物脫氮原理環(huán)境條件硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，即生物固體平均停留時(shí)間(污泥齡) (c) N，必須大于其最小的世代時(shí)間(c)min N ，否則將使硝化菌從系統(tǒng)中流失殆盡。一般對(duì)(c) N的取值應(yīng)為硝化菌最小世代時(shí)間的2倍以上，即安全系數(shù)應(yīng)大于2。硝化菌的最小世代時(shí)間在適宜溫度條件下為3d，因此(c) N值為6d，最高可以到

8、10d。 (c) N值與溫度密切相關(guān)，溫度低， (c) N取值應(yīng)相應(yīng)明顯提高。環(huán)境條件溶解氧pH值營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水溫活性污泥有毒物質(zhì)（2）硝化反應(yīng)生物脫氮原理環(huán)境條件除重金屬外，對(duì)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NO-X-N、高濃度的有機(jī)基質(zhì)以及絡(luò)合陽離子等。環(huán)境條件溶解氧pH值營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水溫活性污泥有毒物質(zhì)（2）硝化反應(yīng)生物脫氮原理硝酸氮（NO3-N）（NO2-N）亞硝酸氮氮?dú)?主要過程)有機(jī)氮化合物反硝化菌異化反硝化(細(xì)菌組成部分)同化反硝化（異養(yǎng)型兼性菌）（3）反硝化-缺氧條件下，NOx-N被反硝化菌用作電子受體被還原為氮?dú)膺^程。 生物脫氮原理以碳源甲醇為例： 反硝化

9、菌生物學(xué)特性：反硝化菌為異養(yǎng)型兼性菌。在厭氧條件下，以NO3-N為電子受體，以有機(jī)碳為電子供體。在好氧條件下，反硝化菌利用氧進(jìn)行呼吸，氧成為電子受體，阻礙NO3-O成為電子受體而使N難還原成N2。有堿度的生成(3)反硝化反應(yīng)生物脫氮原理影響因素碳源反硝化菌生存需要的環(huán)境條件能為反硝化菌所利用的碳源較多，從廢水生物脫氮考慮，有下列二類：一是原廢水中所含碳源當(dāng)原廢水（）時(shí)即可認(rèn)為碳源充足。二是外加碳源，多采用甲醇(CH3OH)，因?yàn)榧状急环纸夂蟮漠a(chǎn)物為C02、H2O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物。(3)反硝化反應(yīng)生物脫氮原理影響因素對(duì)反硝化反應(yīng)最適宜的pH值是6.5-7.5pH值高于8低于6，反硝化速

10、率將大為下降。溶解氧應(yīng)控制在0.5mgL以下反硝化菌屬異養(yǎng)兼性菌，在無分子氧同時(shí)存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，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)宜于在厭氧、好氧條件交替的條件下進(jìn)行，(3)反硝化反應(yīng)生物脫氮原理影響因素反硝化反應(yīng)的最適宜溫度是20-40，低于15反硝化反應(yīng)速率降低。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(shí)間；降低負(fù)荷；提高廢水的水力停留時(shí)間。(4)脫氮新理論生物脫氮原理短程硝化-反硝化把兩個(gè)反應(yīng)過程分開關(guān)鍵點(diǎn)：對(duì)于反硝化菌，NO3N， NO2N都可做電子受體，控制

11、硝化反應(yīng)停止在亞硝化階段研究結(jié)果：控制較高的溫度（2535），較低的溶解氧和較高的pH值和極短的污泥齡條件2 生物脫氮工藝1969年由美國(guó)的Barth提出，它將有機(jī)物氧化，硝化及反硝化段獨(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)。a. 三段生物脫氮工藝b 兩段后置反硝化：兩級(jí)生物脫氮系統(tǒng)，將前兩級(jí)BOD去除和硝化兩道反應(yīng)過程合在同一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，第一級(jí)池去除BOD，將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為NH3、NH4+，同時(shí)使NH3、NH4+進(jìn)一步氧化成NOxN。第二級(jí)池在缺氧條件下，將NOxN還原為氮?dú)?，并逸出大氣，?yīng)采取厭氧缺氧的運(yùn)行方式。碳源，既可投加CH3OH（甲醇）作為外加碳源，亦可引入原

12、廢水作為碳源。 缺氧段位于系統(tǒng)前面，從曝氣池末端回流含有大量硝酸鹽的混合液，在缺氧池中進(jìn)行反硝化脫氮，反硝化反應(yīng)以原污水中的有機(jī)物為碳源，這是目前通稱的缺氧-好氧（AO）反硝化生物脫氮工藝。c. 缺氧-好氧生物脫氮工藝-A/O工藝d. Bardenpho生物脫氮工藝設(shè)立兩個(gè)缺氧段，第一段利用原水中的有機(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)?，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池發(fā)生污泥上浮現(xiàn)象。A/O 工藝離子交換法離子交換劑 常用天然的離子交換劑，如沸石等。與合成樹脂相

13、比，天然離子交換劑價(jià)格便宜且可用石灰再生。沸石對(duì)陽離子的交換選擇性：K+,NH 4+ Na+Ba 2+ Ca 2+ Mg 2+空氣吹脫基本原理廢水中，NH3與NH4以如下的平衡狀態(tài)共存： 這一平衡受pH值的影響，pH值為10.511.5時(shí)，因廢水中的氮呈飽和狀態(tài)而逸出。 吹脫過程包括將廢水的pH值提高至10.5 11.5，然后曝氣，這一過程在吹脫塔中進(jìn)行。吹脫流程和設(shè)備空氣吹脫的特點(diǎn)空氣吹脫法除氨，去除率可達(dá)6095%，流程簡(jiǎn)單，處理效果穩(wěn)定，基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)較低，可處理高濃度合氨廢水。但氣溫低時(shí)吹脫效率低，填科結(jié)垢往往嚴(yán)重干擾運(yùn)行，且吹脫出的氨對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。折點(diǎn)加氯法基本原理含氨氮的水加

14、氯時(shí)，有下列反應(yīng)： 通過適當(dāng)?shù)目刂?，可完全去除水中的氨氮。為減少氯的投量，常與生物硝化聯(lián)用，先硝化再除微量的殘留氨氮。投加過量氯或次氯酸鈉，使廢水中氨完全氧化為N2的方法，成為折點(diǎn)氯化法。折點(diǎn)氯化法的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：處理效果穩(wěn)定可靠，不受水溫影響，基建費(fèi)用不高。缺點(diǎn)：殘余氯及氯代有機(jī)物必須后處理。3 磷的去除3.1 磷的來源與危害磷也是有機(jī)物中的一種主要元素，是僅次于氮的微生物生長(zhǎng)的重要元素。磷主要來自：人體排泄物以及合成洗滌劑、牲畜飼養(yǎng)場(chǎng)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，水質(zhì)迅速惡化，危害水產(chǎn)資源。3.2 磷的存在形式 正磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷等形式溶解于水

15、中。3.3 磷的去除方法 1.化學(xué)法 2.生物法3.3.1化學(xué)法基本原理 通過投加化學(xué)藥劑與廢水中的磷酸鹽反應(yīng)生成難溶的沉淀物，可把磷分離去除，同時(shí)形成的絮凝體對(duì)磷也有吸附去除的作用。反應(yīng)可表示為： 3Ca 2+ 十 2PO43- Ca3(PO4)2 5Ca 2+ 十 4OH- 十 3HPO43-Ca5(OH)(PO4)十3H2OA1 3+十PO43-AlPO4 Fe 3+十PO43-FePO4 3.3.2生物除磷1 基本原理厭氧環(huán)境中：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；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

16、量供聚磷菌主動(dòng)吸收乙酸苷轉(zhuǎn)化為PHB(聚羥基丁酸)的形態(tài)儲(chǔ)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。 利用好氧微生物中聚磷菌在好氧條件下對(duì)污水中溶解性磷酸鹽過量吸收作用，然后沉淀分離而除磷。生物除磷機(jī)理圖好氧環(huán)境中：聚磷菌將儲(chǔ)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(dòng)，部分供其主動(dòng)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。富磷污泥排放聚磷菌（小型革蘭式陰性短桿菌）： 好氧環(huán)境中競(jìng)爭(zhēng)能力很差，然而它卻能在細(xì)胞內(nèi)貯存聚羥基丁酸（PHB）和聚磷酸鹽（Ploy-P）。 3.生物除磷的影響因素（1）有機(jī)物負(fù)荷及其性質(zhì)：要求厭氧區(qū)為揮發(fā)性脂肪酸（V

17、FA），BOD5 /T-P（2030）， （2）溫度530其除磷效果較好。13時(shí)，聚磷菌對(duì)磷的釋放和攝取與溫度無關(guān)。（3）溶解氧厭氧區(qū)：DO（0.20.3 mg/L）0,； NOX0,以保證嚴(yán)格的厭氧狀態(tài) 好氧區(qū)：DO2mg/L 3.生物除磷的影響因素（4）厭氧區(qū)的硝態(tài)氮厭氧區(qū)的硝態(tài)氮會(huì)降低除磷能力-當(dāng)發(fā)酵產(chǎn)酸菌的作用受到抑制時(shí)（如NO3存在）， NOXN1.52 mg/L，不會(huì)影響除磷效果。當(dāng)污水中COD/TKN10時(shí)，則NOXN對(duì)生物除磷影響較小。（5）泥齡生物脫磷通過排除剩余污泥去除磷的，泥齡的長(zhǎng)短對(duì)污泥攝磷作用有直接的影響，以除磷為目的：污泥齡一般控制在3.57d.（6）pH值PH68

18、，聚磷菌對(duì)磷的釋放和攝取都比較穩(wěn)定。較高的pH值會(huì)導(dǎo)致磷酸鈣的沉積，堵塞管道，影響污水廠的正常運(yùn)行。2 生物除磷工藝A/O法是由厭氧池和好氧池組成的同時(shí)去除污水中有機(jī)污染物及磷的處理系統(tǒng)。1. A/O生物除磷工藝厭氧-好氧除磷工藝流程2. Phostrip去除磷工藝回流污泥的分流管線上增設(shè)一個(gè)脫磷池和化學(xué)沉淀池 受外界條件影響小，工藝操作靈活，脫氮除磷效果好且穩(wěn)定。流程復(fù)雜、運(yùn)行管理麻煩、處理成本較高。3.4同步脫氮除磷工藝1 A2/O生物脫氮除磷工藝生物除磷和脫氮之間的矛盾？(1)污泥齡硝化菌：長(zhǎng)，10-15d;除磷：最佳，5-7d(2)碳源反硝化和厭氧釋磷都需要碳源，尤其是易降解的BOD。生活污水碳源有限，需另加。（3）硝酸鹽回流污泥的硝酸鹽對(duì)釋磷菌厭氧釋磷有抑制作用。2. 改進(jìn)的Bardenpho生物脫