福大水污染控制工程課件10廢水生物脫氮除磷工藝

第十章

廢水生物脫氮除磷工藝概述生物脫氮工藝與技術(shù)生物除磷工藝與技術(shù)同步脫氮除磷工藝第一節(jié)概述

一、營養(yǎng)元素的危害二、脫氮的物化法三、除磷的物化法一、營養(yǎng)元素的危害氨氮會(huì)消耗水體中的溶解氧；氨氮會(huì)與氯反應(yīng)生成氯胺或氮?dú)?，增加氯的用量；含氮化合物對人和其它生物有毒害作用?/p>

①氨氮對魚類有毒害作用；

②NO3

和NO2

可被轉(zhuǎn)化為亞硝胺——一種“三致”物質(zhì)；

③水中NO3

高，可導(dǎo)致嬰兒患變性血色蛋白癥——“Bluebaby”；加速水體的“富營養(yǎng)化”過程；二、脫氮的物化法1）氨氮的吹脫法：調(diào)節(jié)pH值沉淀池吹脫塔出水

排泥

進(jìn)水

石灰或石灰乳吹脫法脫氨工藝流程二、脫氮的物化法2）折點(diǎn)加氯法去除氨氮：每mgNH4+--N被氧化為氮?dú)猓辽傩枰?.5mg的氯。加氯反應(yīng)池活性炭吸附塔NaOCl進(jìn)水出水二、脫氮的物化法3）選擇性離子交換法去除氨氮：采用斜發(fā)沸石作為除氨的離子交換體。澄清或過濾沸石離子交換床出水再生液脫氮NH3或N2進(jìn)水三、除磷的物化法（混凝沉淀法）1）鋁鹽除磷:羥磷灰石一般用Al2(SO4)3，聚氯化鋁（PAC）和鋁酸鈉（NaAlO2）2）鐵鹽除磷：FePO4

、Fe(OH)3一般用FeCl2、FeSO4

或FeCl3

、Fe2(SO4)33）石灰混凝除磷:第四節(jié)廢水生物脫氮的基本原理一、生物脫氮的基本過程：①氨化(ammonification)——含氮有機(jī)物，在生物處理過程中被（好氧或厭氧）異養(yǎng)微生物氧化分解為氨氮；②硝化(nitrification)——由好氧自養(yǎng)硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為NO2

和/或NO3

；③反硝化(denitrification)——缺氧條件下，在異養(yǎng)反硝化菌的作用下將NO2

和NO3

還原轉(zhuǎn)化為N2。生物脫氮的基本原理有機(jī)氮NH4+-NNO2

-NNO3

-NNO2

-NN2①氨化作用亞硝化作用硝化作用②硝化作用③反硝化作用O2O2O2或無氧異養(yǎng)細(xì)菌氨氧化細(xì)菌（自養(yǎng)型）硝化細(xì)菌（自養(yǎng)型）有機(jī)物有機(jī)物反硝化細(xì)菌（異養(yǎng)型）反硝化細(xì)菌（異養(yǎng)型）好氧或厭氧條件堿度增大，pH值升高絕對好氧條件堿度下降，pH值降低絕對好氧條件堿度和pH值無變化堿度增大，pH值升高確氧條件二、硝化反應(yīng)（Nitrification）●分為兩步：●由兩組自養(yǎng)型硝化菌分步完成：

①氨氧化細(xì)菌，或亞硝化細(xì)菌（Nitrosomonas）；

②亞硝酸鹽氧化細(xì)菌，或硝化細(xì)菌（Nitrobacter）1、硝化細(xì)菌的特性

●都是革蘭氏陰性、無芽孢的短桿菌和球菌；

●強(qiáng)烈好氧，不能在酸性條件下生長；

●無需有機(jī)物，以無機(jī)含氮化合物為能源，以無機(jī)C（CO2或HCO3-）為碳源；

●化能自養(yǎng)型；

●生長緩慢，世代時(shí)間長。2、硝化反應(yīng)過程及反應(yīng)方程式：①亞硝化反應(yīng)：

●亞硝酸鹽細(xì)菌的產(chǎn)率是：0.146g/gNH4+-N（113/55/14）；

●氧化1mgNH4+-N為NO2--N，需氧3.16mg（76

32/55/14）；

●氧化1mgNH4+-N為NO2--N，需消耗7.08mg堿度以(CaCO3計(jì))（10950/55/14）加上合成，則：2、硝化反應(yīng)過程及反應(yīng)方程式：②硝化反應(yīng)：

●硝酸鹽細(xì)菌的產(chǎn)率是：0.02g/gNO2

-N(113/400/14)

●氧化1mgNO2

-N為NO3

-N，需氧

1.11mg(195*32/400/14)

●幾乎不消耗堿度加上合成，則：2、硝化反應(yīng)過程及反應(yīng)方程式：③總反應(yīng)：

●總的細(xì)菌產(chǎn)率是：0.02g/gNO2

-N(113/400/14)；

●氧化1mgNH3-N為NO3-N，需氧4.27mg；需堿度7.07mg(以CaCO3計(jì))；

●不考慮合成，則：氧化1mgNH4+-N為NO3—N，需氧4.57mg，其中亞硝化反應(yīng)3.43mg，硝化反應(yīng)1.14mg，需消耗堿度7.14mg(以CaCO3計(jì))加上合成，則：3、硝化反應(yīng)的環(huán)境條件：①好氧條件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的堿度以維持穩(wěn)定的pH值(適宜的pH為8.0~8.4)；②一般要求進(jìn)水BOD5在15~20mg/l以下；③適宜溫度：20~30

C；

<15

C，速率下降；<5

C，完全停止；④污泥齡，須大于其最小世代時(shí)間(一般為3~10天)；⑤抑制物質(zhì)：

高濃度的氨氮、（亞）硝酸鹽、有機(jī)物、重金屬離子等二、反硝化反應(yīng)1、反硝化反應(yīng)過程及反硝化菌●定義：硝酸鹽或亞硝酸鹽在反硝化菌的作用下，被還原為氣態(tài)氮（N2）的過程；●反硝化菌屬異養(yǎng)型兼性厭氧菌，并不是一類專門的細(xì)菌，分屬近十個(gè)不同的屬，存在于土壤和污水處理系統(tǒng)中，如變形桿菌、假單胞菌等，土壤微生物中有50%是這一類具有還原硝酸鹽能力的細(xì)菌；●反硝化菌能在缺氧條件下，以NO2-N或NO3-N為電子受體，以有機(jī)物為電子供體，而將氮還原；●

①同化反硝化，最終產(chǎn)物是有機(jī)氮化合物，是菌體的組成部分；

②異化反硝化，最終產(chǎn)物為分子態(tài)的氮?dú)?。二、反硝化反?yīng)2HNO3-2H2O+4[H]2HNO22[HNO]-2H2O+4[H]-2H2O+4[H]-H2O+2[H]2NH2OH2NH3N2ON2-H2O異化反硝化同化反硝化-2H2O+2[H]+4[H]N2O：俗稱“笑氣”，一種溫室氣體，應(yīng)盡量避免其生成。反硝化反應(yīng)的方程式以[H]為電子供體：反硝化反應(yīng)方程式以甲醇為電子供體：（2）反硝化反應(yīng)的影響因素

●碳源：

①廢水中有機(jī)物，若BOD5/TKN>3~5時(shí)，即可；

②外加碳源，多為甲醇；

●適宜pH：6.5~7.5；

●溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/l以下；

●適宜溫度：20~40

C生物脫氮反應(yīng)過程中各項(xiàng)生化反應(yīng)特征生化反應(yīng)類型去除有機(jī)物硝化反硝化亞硝化硝化微生物好氧菌及兼性菌自養(yǎng)型菌自養(yǎng)型菌兼性菌異養(yǎng)型菌能源有機(jī)物化能化能有機(jī)物電子受體O2O2O2NO2-

、NO3-溶解氧1~2mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上0~0.5mg/l堿度無變化7.14mg/1mgNH4+-N

無變化還原1mgNO3--N或NO2--N生成3.57mg堿度耗氧分解1mg有機(jī)物（BOD5）需氧2mg氧化1mgNH4+--N需氧3.43mg氧化1mgNO2---N需氧1.14mg分解1mg有機(jī)物需NO2---N0.58mg，NO3---N0.35mg最適pH值6~87~8.56~7.5

6~8最適水溫15~25

C30

C30

C34~37

C增殖速度(d-1)1.2~3.50.21~1.080.28~1.44好氧分解的1/2~1/2.5

第五節(jié)廢水生物除磷原理（1）有關(guān)廢水中的磷的基本概念：

l廢水中的存在形式：無機(jī)磷酸鹽（H2PO4-、HPO42-、PO43-）、聚磷酸鹽有機(jī)磷，等；

l所有細(xì)菌都從環(huán)境中攝取磷；

l磷細(xì)菌（也稱為聚磷菌、除磷菌），可過量、超出生理需要的攝取磷，以聚合磷酸鹽的形式貯存在細(xì)胞體內(nèi)，

l從系統(tǒng)中排出這種高磷污泥，就可達(dá)到除磷的目的。生物除磷的原理與過程I——PHB（聚

羥基丁酸）S——聚合磷酸鹽厭氧條件下，除磷菌將磷釋放好氧條件下，除磷菌過量攝取磷高含磷污泥的排出①溶解氧：

l厭氧池內(nèi)：絕對的厭氧，即使是NO3-等也不允許存在；

l好氧池內(nèi)：充足的溶解氧。②污泥齡：

l剩余污泥對脫磷效果有很大影響，泥齡短的系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥多，可以取得較好的除磷效果；

l有報(bào)道稱：污泥齡為30d，除磷率為40%；污泥齡為17d，除磷率為50%；而污泥齡為5d時(shí)，除磷率高達(dá)87%。③溫度：

l5~30

C；二、生物除磷過程的影響因素二、生物除磷過程的影響因素④pH值：

l6~8。⑤BOD5負(fù)荷：

lBOD/TP>20；

l

小分子易降解的有機(jī)物誘導(dǎo)磷的釋放的能力更強(qiáng)；

l

磷的釋放越充分，磷的攝取量也越大。⑥硝態(tài)氮

l

硝酸鹽應(yīng)小于2mg/l；當(dāng)COD/TKN

10，硝酸鹽的影響就減弱了。⑦氧化還原電位：

l好氧區(qū)的ORP:+40~50mV；缺氧區(qū)的ORP:-160~

5mV第二節(jié)廢水生物脫氮工藝與技術(shù)一、活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝二、缺氧—好氧活性污泥法生物脫氮系統(tǒng)（A—O工藝）三、氧化溝生物脫氮工藝四、生物轉(zhuǎn)盤生物脫氮工藝一、活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝1、三級(jí)活性污泥法流程：

①碳化：

②氨化：1、三級(jí)活性污泥法流程：由Barth首先開創(chuàng)；三級(jí)各自具有獨(dú)立的污泥系統(tǒng)；優(yōu)點(diǎn)：氨化、硝化、反硝化是在各自的反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)速率快且較徹底；缺點(diǎn)：處理設(shè)備多，造價(jià)高，運(yùn)行管理較為復(fù)雜。2、兩級(jí)活性污泥法脫氮工藝二、缺氧——好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)（A—O工藝）

——又稱“前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)”二、缺氧——好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)（A—O工藝）

在反硝化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的堿度可補(bǔ)償硝化反應(yīng)消耗的堿度的一半左右；

硝化曝氣池在后，使反硝化殘留的有機(jī)物得以進(jìn)一步去除，無需增建后曝氣池。三、氧化溝生物脫氮工藝四、生物轉(zhuǎn)盤硝化脫氮工藝進(jìn)水BOD去除好氧碳化及硝化缺氧脫氮好氧第三節(jié)廢水生物除磷工藝與技術(shù)厭氧—好氧生物除磷工藝生物法與化學(xué)法結(jié)合的除磷工藝

生物除磷原理與過程I——PHB（聚

羥基丁酸）S——聚合磷酸鹽厭氧條件下，除磷菌將磷釋放好氧條件下，除磷菌過量攝取磷高含磷污泥的排出一、厭氧——好氧除磷工藝(A—O工藝)一、厭氧——好氧除磷工藝(A—O工藝)工藝特點(diǎn)：水力停留時(shí)間為3~6h；曝氣池內(nèi)的污泥濃度一般在2700~3000mg/l；磷的去除效果好（~70%），出水中磷的含量低于1mg/l；污泥中的磷含量約為4%，肥效好；SVI小于100，易沉淀，不易膨脹。二、Phostrip除磷工藝——生物除磷和化學(xué)除磷相結(jié)合二、Phostrip除磷工藝工藝特點(diǎn)：除磷效果好，處理出水的含磷量一般低于1mg/l；污泥的含磷量高，一般為2.1~7.1%；石灰用量較低；污泥的SVI低于100，污泥易于沉淀、濃縮、脫水，污泥肥分高，不易膨脹。第四節(jié)同步脫氮除磷工藝一、Bardenpho同步脫氮除磷工藝工藝特點(diǎn)：各項(xiàng)反應(yīng)都反復(fù)進(jìn)行兩次以上，各反應(yīng)單元都有其首要功能，同時(shí)又兼有二、三項(xiàng)輔助功能；

脫氮除磷的效果良好。二、A—A—O同步脫氮除磷工藝工藝特點(diǎn)：工藝流程比較簡單；厭氧、缺氧、好氧交替運(yùn)行，不利于絲狀菌生長，污泥膨脹較少發(fā)生；無需投藥，運(yùn)行費(fèi)用低。二、A—A—O同步脫氮除磷工藝

水力停留時(shí)間（h）厭氧反應(yīng)器0.5~1.0缺氧反應(yīng)器0.5~1.0好氧反應(yīng)器3.5~6.0污泥回流比(%)50~100混合液內(nèi)循環(huán)回流比(%)100~300混合液懸浮固體濃度(mg/l)3000~5000F/M(kgBOD5/kgMLSS.d)0.15~0.7好氧反應(yīng)器內(nèi)DO濃度(mg/l)

2BOD5/P5~15(以

10為宜)三、Phoredox同步脫氮除磷工藝工藝特點(diǎn)：在缺氧反應(yīng)器之前再加一厭氧反應(yīng)器，以強(qiáng)化磷的釋放，從而保證在好氧條件下，有更強(qiáng)的吸收磷的能力，提高除磷效果。四、UCT工藝——含NO3

-N的污泥直接回流到厭氧池，會(huì)引起反硝化作用，反硝化菌將爭奪除磷菌的有機(jī)物而影響除磷效果，因此提出UCT（UnivercityofCapeTown）工藝。厭氧段缺氧段缺氧段好氧段第五節(jié)生物脫氮除磷的應(yīng)用實(shí)例1、昆明蘭花溝廢水處理廠

TP(mg/l)TN(mg/l)原廢水2~430處理水

1.0NH3-N

1.0TKN

6第五節(jié)生物脫氮除磷的應(yīng)用實(shí)例2、廣州大坦沙廢水處理廠水力停留時(shí)間（h）溶解氧（mg/l）污泥回流比（%）混合液內(nèi)循環(huán)回流比（%）AAOAAO1250.20.51.5~225~100100~200

BOD5(mg/l)SS(mg/l)TN(mg/l)TP(mg/l)原廢水200250405處理出水

20

30

15

2生物脫氮工藝的新進(jìn)展l好氧反硝化（aerobicdenitrification）；l異養(yǎng)硝化（heterotrophicnitrification）；l厭氧氨氧化（anaerobicammoniumoxidation）；l由自養(yǎng)硝化細(xì)菌引起的反硝化(denitrificationbyautotrophicnitrifyingbacteria)等SHARON工藝；ANAMMOX工藝；OLAND工藝等

？-3NH4++3NO2-+5NO3-NO2-+3N20新型生物脫氮工藝SHARON工藝新型生物脫氮工藝ANAMMOX工藝S－A組合工藝作業(yè)39、試簡述生物脫氮、生物除磷的原理，并分別給出一個(gè)脫氮、除磷和一個(gè)能同時(shí)脫氮除磷的工藝流程，并說明工藝中每個(gè)反應(yīng)單元的主要功能。22、某污水含有氨氮（以N計(jì)）150mg/L，BOD5濃度為210mg/L，pH值為7.5。設(shè)計(jì)采用兩級(jí)活性污泥法脫氮工藝進(jìn)行處理，硝化池中投加Na2CO3維持pH值，反硝化池中投加甲醇為外加碳源。假設(shè)硝化池對氨氮和BOD5的去除率均為95%；反硝化池中的反硝化率為90%，試計(jì)算：（1）硝化池中完成硝化作用所需要的氧量以及為維持適宜的pH值所需要投加的Na2CO3的量；（2）反硝化池中所需的甲醇的投加量。（計(jì)算過程中可忽略細(xì)菌的同化作用）26、某污水廠，水量為15000m3/d，水溫為20~35

C，COD2500mg/L，為易降解有機(jī)廢水，設(shè)計(jì)的工藝流程如圖所示，要求最終出水的COD小于100mg/L。請對流程中的UASB反應(yīng)器、好氧生物選擇器、氧化溝三個(gè)主要構(gòu)筑物，通過選取合理的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行簡單的設(shè)計(jì)計(jì)算，要求給出其各自的容積負(fù)荷、COD去除