污水脫氮工藝(全).ppt

1、污水脫氮工藝介紹（全）,1. 水體中氮素的來源與危害,2. 氮素污染控制,3. 生物脫氮原理,4. 生物脫氮技術(shù),內(nèi)容提要,5. 生物脫氮新工藝,1. 水體中氮素的來源,水體中氮素的來源與危害,自然來源,人類活動,水體,污染源,水體中氮素的來源與危害,2. 氨氮廢水的工業(yè)來源,水體中氮素的來源與危害,有機氮廢水的工業(yè)來源及其濃度,2. 氨氮廢水的工業(yè)來源,水體中氮素的來源與危害,氨氮廢水的工業(yè)來源及其濃度,2. 氨氮廢水的工業(yè)來源,水體中氮素的來源與危害,氨氮廢水的工業(yè)來源及其濃度,2. 氨氮廢水的工業(yè)來源,水體中氮素的來源與危害,氨氮廢水的工業(yè)來源及其濃度,3. 氮在水體中的存在形態(tài),水體中

2、氮素的來源與危害,有機氮,無機氮,水體中氮素的來源與危害,總氮 (TN),凱氏氮 (TKN) = 有機氮 + 氨氮,水污染控制中經(jīng)常提到的幾個術(shù)語,TN = TKN + NOx-N,水體中氮素的來源與危害,4. 氮素污染的危害,造成水體的富營養(yǎng)化(eutrophication)現(xiàn)象；,1998年渤海灣赤潮,2004年6月浙江近海,2009年中國近海赤潮情況,海洋赤潮發(fā)生的原因,20世紀末中國海洋水質(zhì),水體中氮素的來源與危害,4. 氮素污染的危害,增加了給水處理的成本； 例如：加氯消毒810gCl2/gNH3-N,引起水體缺氧；,14gN,64gO2,每氧化1gNH4-N為NO3-N，共需要氧4

3、.57g,水體中氮素的來源與危害,氨氮對水生生物有毒,游離氨1mg/L,游離氨Free Ammonium,25時，氨的離解常數(shù)為1.810-5,水體中氮素的來源與危害,pH和溫度的升高將增強氨氮的毒性？,水體中氮素的來源與危害,硝酸鹽影響人類健康,硝酸鹽(NO3-N),亞硝酸鹽(NO2-N),高鐵血紅蛋白癥,胃癌等,氨氮的濃度及其相應的毒理作用,自然來源,人類活動,大氣降 水 降 塵,非市區(qū)徑流,生物固氮,城市污水,浸濾液,大氣沉降,地表徑流,水體,氮素污染控制,1. 廢水脫氮技術(shù),氮素污染控制,物化法,生物法,吹脫(氣提)法,基本原理：將水中的游離氨轉(zhuǎn)移到氣體(空氣或蒸汽)中去。,氨吹脫工藝

4、的三個條件： 提高pH，一般用NaOH; 在吹脫塔中反復形成水滴，減小表面張力，增大接觸面積。 氣體循環(huán)，增大濃度差；,影響氨氣從水中向氣體中轉(zhuǎn)移的因素： 水氣界面處的表面張力； 水和氣體中氨的濃度差。,沉淀池,空氣吹脫法工藝流程圖：,空氣吹脫法(ammonia stripping),pH調(diào)節(jié)池,進水,氨和尾氣,出水,空氣,排泥,CaO或NaOH,吹脫塔,氨水蒸餾工藝流程圖以焦化廢水為例：,蒸氨供料槽,調(diào)節(jié)池,NaOH30%,pH,113蒸汽,103氨氣,NH3-N4000mg/L,NH3-N250mg/L,生化,換熱,冷卻,蒸氨塔,pH=8.5-9,氣提法,冷卻,3035,106,重要的工藝

5、參數(shù)： (1)pH=10.5-11.5; (2)水力負荷：2.4-7.2m3/(m2.h); (3)氣液比：填料高度6m時，G/L=2200-2300; (4)蒸汽用量：0.1253 t蒸汽/ 1m3水 泡罩塔：0.08 t蒸汽/1m3水， 浮閥塔：0.13 t蒸汽/1m3水。,空氣吹脫(氣提)法,低濃度氨氮廢水：室溫下空氣吹脫； 高濃度氨氮廢水：蒸汽吹脫。,1.0MPa蒸汽價格在180-200元/噸,折點加氯法法(breakpoint chlorination),基本原理：,折點加氯法法(breakpoint chlorination),重要工藝參數(shù)： (1)準確控制氯投加量： 理論投氯量(

6、以氯氣計)：NH3-N=7.6:1 實際投加量(以氯氣計)通常為: (8:1)-(10:1) (2)控制pH，控制反應副產(chǎn)物NO3-和NCl3; 控制pH在中性條件下進行。,(3)反應時間：1min;,離子交換法(Ion exchange),基本原理：,廢水中的NH4+與陽離子交換樹脂中的陽離子進行交換。 對NOx-和有機氮沒有效果。,常用的離子交換劑：沸石(Zeolite),沸石是含水的鈣、鈉以及鋇、鉀的硅鋁酸鹽礦物， 一般用化學式(M, N2)OAlO3 nSiO2 mH2O表示。 廢水中的NH4+與沸石中的M+, N2+進行交換。,國產(chǎn)沸石有：斜發(fā)沸石(Clinoptilolite) 絲

7、光沸石(Mordenite),離子交換法(Ion exchange),斜發(fā)沸石對不同陽離子的選擇交換順序如下：,離子交換法(Ion exchange),工藝流程：,再生液貯槽,進水(二級處理+過濾),出水,沸石 離子 交換柱,吹 脫 塔,補充再生液,空氣,空氣和NH3,Na+或Ca2+,NH4+,NH4+,Na+或Ca2+,離子交換法(Ion exchange),重要工藝參數(shù)： (1)pH=48; (2)空床速度(SV), SV=Q/V Q，流量，m3/h; V，吸附柱體積，m3; SV=510h-1 ，與沸石粒徑有關(guān)。 (3)沸石粒徑：0.81.7mm; (4)床深：0.91.8m; (5)

8、進入吸附柱的SS35mg/L;,磷酸氨鎂(MAP)沉淀法,基本原理：,常用藥劑： (1)Mg(OH)2+H3PO4; (2)MgHPO4 3H2O; (3)MgO+磷酸鹽,(MAP),為了降低藥劑費用，所得MAP 可通過堿性熱解，除回收氨外，形成的磷酸鈉鎂可以再次作為沉淀劑，用來去除廢水中的氨氮。,MgNH4PO46H2O +NaOH MgNaPO4+ NH3 +7 H2O,鳥糞石（struvite）,magnesium ammonium phosphate,磷酸氨鎂(MAP)沉淀法,重要工藝參數(shù)： (1)pH=8.59.5; (2)理想的投加比例(摩爾比): MgHPO4 3H2O : NH

9、4+-N = 1.52.0 Mg(OH)2+H3PO4 Mg(OH)2 ： NH4+-N = 4：1 H3PO4 ： Mg(OH)2 = 1.5：1,MAP為堿式鹽，在酸性條件下易溶解，沉淀反應最好在較高的pH下進行。但是，若pH9.5，MAP會釋放出刺鼻的氣味。,物化法脫氮的比較,常用物化法脫氮技術(shù)比較,生物法脫氮的基本原理,有機氮,生物法脫氮的基本原理,1。氨化作用(Ammonification),氨化作用無論在好氧還是厭氧，中性、酸性還是堿性環(huán)境中 都能進行，只是作用的微生物種類不同、作用的強弱不一,2。硝化作用(Nitrification),如果不考慮硝化過程中硝化細菌的增殖，硝化過程

10、的氧化反應式為：,硝化作用(Nitrification),1.每氧化1gNH4+-N為NO3-N需要消耗堿度7.14g(以CaCO3計)(100/14=7.14),注：每氧化14gNH4+-N為NO3-N，產(chǎn)生2molH+，需要1mol的CaCO3(分子量為100)來中和。,2.不計細菌增值，每氧化1gNH4-N為NO3-N，共需要氧4.57g。,1gNH4+-N,1gNO3-N,堿度7.14g(以CaCO3計),需要氧4.57g,硝化作用(Nitrification),硝化反應動力學,生物硝化反應的動力學模型可用Monod公式表示:,硝化作用(Nitrification),20條件下硝化菌的

11、Monod參數(shù),硝化作用(Nitrification),亞硝酸菌和硝酸菌,硝化作用(Nitrification),硝化段中含碳有機基質(zhì)濃度與總氮(TKN)的比例將直接影響活性污泥中硝化菌所占的比例.,硝化作用(Nitrification),BOD5/TKN與活性污泥中硝化細菌含量的關(guān)系,摘自馬文漪、楊柳燕,環(huán)境微生物工程.南京大學出版社,1998年,影響硝化反應的環(huán)境因素,硝化作用(Nitrification),影響硝化反應的環(huán)境因素,硝化作用(Nitrification),1gNH4+-N,1gNO3-N,堿度7.14g(以CaCO3計),需要氧4.57g,硝化作用(Nitrificatio

12、n),SRT15d,生物法脫氮的基本原理,2。硝化作用(Nitrification),1。氨化作用(Ammonification),3。反硝化作用(Denitrification ),反硝化作用(Denitrification),生物反硝化的總反應式如下：,由式(1-7)計算，轉(zhuǎn)化1g NO2-N為N2時，需要有機物(以BOD表示)1.71g 316/(214)=1.71。 由式(1-8)計算，轉(zhuǎn)化1g NO3-N為N2時，需要有機物(以BOD表示)2.86g 516/(214)=2.86。 還原1gNO2-N或NO3-N均可產(chǎn)生3.57g堿度(以CaCO3計) (50/14)，硝化過程中消耗

13、的堿度有近50%得到回收。,反硝化作用(Denitrification),反硝化過程中需要的有機物總量可按下式估算：,C=2.86NO3-N+1.71NO2-N+DO,式中： C 反硝化需要的有機物總量， 按BOD5計(mg/L)； NO3-N污水中硝態(tài)氮的濃度（mg/L)； NO2-N污水中亞硝態(tài)氮的濃度（mg/L)； DO污水中溶解氧的濃度（mg/L)。,如果廢水中缺少有機碳源，則應補加有機物，一般投加甲醇，這是因為甲醇分解的產(chǎn)物是CO2與H2O，不殘留任何難降解的中間產(chǎn)物。,反硝化作用(Denitrification),反硝化細菌大量存在于污水處理系統(tǒng)中。 反硝化細菌是兼性細菌,在無分子

14、氧的條件下，它們能利用NO2和NO3中的N+5和N+3作為能量代謝中的電子受體，O-2作為受氫體生成H2O和OH堿度，有機物作為碳源及電子供體提供能量并得到氧化穩(wěn)定。,在有分子態(tài)DO存在時，它們氧化分解有機物，利用分子氧作為最終電子受體；,反硝化作用(Denitrification),影響反硝化反應的環(huán)境因素,1gNO3-N,1gN2,產(chǎn)生堿度3.57g(以CaCO3計),需要碳源 BOD/TKN4,反硝化作用(Denitrification),DO0.5mg/L,常用生物脫氮技術(shù),生物脫氮工藝,多級污泥系統(tǒng),單級污泥系統(tǒng),三級,二級,A/O, 氧化溝， SBR,多級污泥系統(tǒng)生物脫氮工藝,優(yōu)點

15、：有機物降解菌、硝化菌和反硝化菌分別在各自反應器內(nèi)生長繁殖，環(huán)境條件適宜，反應速度快而且比較徹底，可以獲得相當好的BOD5去除效果和脫氮效果。 缺點：該流程構(gòu)筑物和設(shè)備多，造價高，運行管理復雜，且需要外加碳源，運行費較高，一般應用不多。,兩級生物脫氮系統(tǒng),主要缺點：該流程仍然較復雜，出水有機物濃度也不能保證十分理想。,單級污泥系統(tǒng)生物脫氮工藝,主要缺點：要取得滿意的脫氮效果，必須保證足夠大的混合液回流比，通常在14倍的進水流量，這勢必增加運行費用,缺氧(Anoxic)/好氧(Aerobic)脫氮工藝簡稱A/O脫氮工藝：,單級污泥系統(tǒng)生物脫氮工藝,主要缺點：污泥負荷比較低，污泥齡較長，占地面積較

16、大。,氧化溝(Oxidation Ditch)生物脫氮工藝,單級污泥系統(tǒng)生物脫氮工藝,主要缺點：占地面積大，設(shè)備利用率較低。,序批式活性污泥法(Sequencing Batch Activated Sludge Process),A/O脫氮工藝,主要設(shè)計參數(shù)：1. 有機負荷：Ns=0.10.7kgBOD/(kgMLSS.d); 2. 總氮負荷：NTN30d。,污水脫氮工藝選擇,考慮的因素： 1. 廢水的性質(zhì)； 2. 出水要求； 3. 經(jīng)濟性。,目前常用的廢水脫氮工藝： 1. 生物脫氮法； 2. 氨氮吹脫； 3. 折點氯化法； 4. 離子交換法。,污水脫氮工藝選擇,各種生物脫氮組合工藝及其應用范

17、圍,原廢水,O,A,處理出水,CH3OH,N2,原廢水,O2,A,處理出水,CH3OH,N2,O1,BarHz工藝,原廢水,O,A,處理出水,A,原廢水,O,處理出水,A,（Spector工藝）,CH3OH,N2,原廢水,A2,O,處理出水,A1,原廢水,A,O,處理出水,厭,水解池,CH4,UASBEGSB,CH4,N2,N2,生物脫氮新工藝,短程硝化反硝化工藝,厭氧氨氧化,同步硝化/反硝化工藝,好氧反硝化,其它方法,生物脫氮新工藝,短程硝化反硝化工藝(Shortcut Nitrification-Denitrification),有機氮,(氨化),氨化菌,NH4+-N,(亞硝化),NO2-N,亞硝酸菌+O2,硝酸菌+O2,(反硝化),NO3-N,NO2-N,N2,(碳源),(碳源),生物脫氮新工藝,厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝(ANaerobic AMMonium OXidation),SHARONANAMMOX組合工藝具有耗氧量少、污泥產(chǎn)量少、不需外加碳源等優(yōu)點，是迄今為止最簡捷的生物脫氮工藝，具有很好的應用前景，成為當前生物脫氮領(lǐng)域內(nèi)的一個研究重點。,生物脫氮新工藝,生物脫氮新工藝,SHARON反應器1組；19.5 m，H=5.