清华大学《水处理工程2》—第十二讲12.docx

第四章营养元素的生物去除生物脱氮除磷原理与工艺4-1概述一、营养元素的危害氨氮会消耗水体中的溶解氧；氨氮会与氯反应生成氯胺或氮气，增加氯的用量；含氮化合物对人和其它生物有毒害作用：氨氮对鱼类有毒害作用；3N03-和N02-可被转化为亚硝胺一一一种“三致”物质；可水中N03-高，可导致婴儿患变性血色蛋白症一一wBluebabyw；加速水体的“富营养化”过程；所谓“富营养化”就是指水中的藻类大量繁殖而引起水质恶化，其主要因子是N和P（尤其是P）；控制污染源，降低废水中的N、P含量；对城市废水，传统的活性污泥法，对N的去除率只有40%左右，对磷的去除率只有2030%。二、脱氮的物化法1）氨氮的吹脱法:2)折点加氯法去除氨氮:每mgNH4+N被氧化为氮气，至少需要7.5mg的氯。3)选择性离子交换法去除氨氮：采用斜发沸石作为除氨的离子交换体。三、除磷的物化法(混凝沉淀法)1)铝盐除磷IX一般用A12(S04)3,聚氯化铝(PAC)和铝酸钠(NaA102)2)铁盐除磷：FePOlFe(OH)3一般用FeCl2、FeS04或FeC13Fe2(S04)33)石灰混凝除磷向含P污水投加石灰，由于形成0H-,污水的PH值上升，P与Ca2+反应，生成羟磷灰石。4-2生物脱氮技术4-1-1生物脱氮原理一、定义：3污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养微生物氧化分解为氨氮一一氨化;由自养型的硝化菌将氨氮转化为N02-和N03硝化；可再由反硝化菌将N02-和N03-还原转化为N2一反硝化。二、硝化反应(Nitrification)分为两步：回1.三3由两组自养型硝化菌分步完成:3亚硝酸盐细菌(Nitrosomonas)；回硝酸盐细菌(NitrobaCter)都是革兰氏染色阴性、不生芽泡的短杆菌和球菌；强烈好氧，不能在酸性条件下生长；无需有机物，以氧化无机含氮化合物获得能量，以无机C(C02或HCO3-)为碳源；化能自养型；生长缓慢，世代时间长。(1)硝化反应过程及反应方程式：回亚硝化反应：AB加上合成，则： 亚硝酸盐细菌的产率是：0.146ggNH4+-N(113/55/14)； 氧化InIgNH4+-N为N02N,需氧3.16Ing(7632/55/14)； 氧化ImgNH4+-N为N02一N,需消耗7.08mg碱度(以CaCO3计)(10950/55/14)硝化反应：I加上合成，则：硝酸盐细菌的产率是：O.02ggN02N(11340014) 氧化ImgN02N为N03N,需氧LlIlng(195*32/400/14) 几乎不消耗碱度可总反应：加上合成，则: 总的细菌产率是：0.02ggN02-N(113/400/14)； 氧化Img为,需氧4.27Ing(L86*32/14)； 氧化1mg为,需消耗碱度7.07mg(以CaCO3计)；污水中必须有足够的碱度，否则硝化反应会导致PH值下降，使反应速率减缓或停滞9如果不考虑合成，则：氧化1mgNH4+-N为N03N,需氧4.57mg,其中亚硝化反应3.43mg,硝化反应LMmg,需消耗碱度7.Mmg(以Caeo3计)(2)硝化反应的环境条件:一一硝化菌对环境的变化很敏感：可好氧条件（DO不小于lmgl）,并能保持一定的碱度以维持稳定的PH值（适宜的PH为8.08.4）；3进水中的有机物的浓度不宜过高，一般要求B0D5在1520mgl以下；3硝化反应的适宜温度是2030C,15C以下时，硝化反应的速率下降，小于5C时，完全停止；3硝化菌在反应器内的停留时间即污泥龄，必须大于其最小的世代时间（一般为310天）；3高浓度的氨氮、亚硝酸盐或硝酸盐、有机物以及重金属离子等都对硝化反应有抑制作用。0二、反硝化反应（1）反硝化反应过程及反硝化菌反硝化反应是指硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程；反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，并不是一类专门的细菌，它们大量存在于土壤和污水处理系统中，如变形杆菌、假单胞菌等，土壤微生物中有50这一类具有还原硝酸盐能力的细菌；一一反硝化菌能在缺氧条件下，以或为电子受体，以有机物为电子供体，而将氮还原；一在反硝化菌的代谢活动下，或中的N可以有两种转化途径：可同化反硝化，即最终产物是有机氮化合物，是菌体的组成部分；3异化反硝化，即最终产物为的氮气。(2)反硝化反应的影响因素碳源：一是原废水中的有机物，当废水的BOD5TKN大于35时，可认为碳源充足;二是外加碳源，多采用甲醇；适宜的PH值是6.5、7.5,PH值高于8或低于6,反硝化速率将大大下降;反硝化菌适于在缺氧条件下发生反硝化反应，但另一方面，其某些酶系统只有在有氧条件下才能合成，所以反硝化反应宜于在缺氧、好氧交替的条件下进行，溶解氧应控制在O.5mgl以下；最适宜温度为2040C,低于15C其反应速率将大为降低。S表生物脱氮反应过程中各项生化反应特征生化反应类型去除有机物硝化反硝化亚硝化硝化微生物好氧菌及兼性菌Nitrosomonas自养型菌Nitrobacter自养型菌兼性菌异养型菌能源有机物化能化能有机物氧源（电子受体）020202N02-、N03-溶解氧l2mgl以上2mgl以上2mgl以上00.5mgl碱度无变化氧化ImgNH4+-无变化还原ImgNo3-N或N02-N生成3.57mg碱度N需要7.14mg1碱度耗氧分解IIng有机物(B0D5)需氧2mg氧化ImgNH4+-N需氧3.43mg氧化ImgN02-N需氧L14mg分解Img有机物(COD)需NO2N0.58mg,NOB-NO.35Ing所提供的化合态氧最适PH值6878.567.568最适水温1525C30C30C3437C增殖速度(d-D1.23.50.21.080.28L44好氧分解的1/21/2.5分解速度70870mgBOD/gMLSS.h7mgNH4+NgMLSS.h28mgN03-NgMLSS.h产率4-2-2生物脱氮工艺一、活性污泥法脱氮传统工艺(1) Barth开创的三级活性污泥法流程:第一级曝气池的功能:碳化去除BOD5、C0D；氨化使有机氮转化为氨氮；第二级是硝化曝气池，投碱以维持PH值；第三级为反硝化反应器，可投加甲醇作为外加碳源或引入原废水。其优点是氨化、硝化、反硝化是在各自的反应器中进行，反应速率快且较彻底；缺点是处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。(2)两级活性污泥法脱氮工艺IXI二、缺氧一一好氧活性污泥法脱氮系统(A0工艺)又称“前置式反硝化生物脱氮系统”主要特征:反硝化反应器在前，BOD去除、硝化反应的综合反应器在后；反硝化反应以原废水中的有机物为碳源；含硝酸盐的混合液同流到反硝化反应器；在反硝化反应过程中产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右；硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机物得以进一步去除，无需增建后曝气池。(3)氧化沟硝化脱氮工艺(4)生物转盘硝化脱氮工艺4-3废水生物除磷技术4-3-1生物除磷过程(1)磷在废水中的存在形式通常磷是以磷酸盐()、聚磷酸盐和有机磷等的形式存在于废水中；细菌一般是从外部环境摄取一定量的磷来满足其生理需要；有一类特殊的细菌一一磷细菌，可以过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内，如果从系统中排出这种高磷污泥，则能达到除磷的效果。(2)除磷菌的过量摄取磷好氧条件下，除磷菌利用废水中的B0D5或体内贮存的聚-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP,另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。(3)除磷菌的磷释放在厌氧条件下，除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP,并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。一般，在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。二、生物除磷过程的影响因素溶解氧:在除磷菌释放磷的厌氧反应器内，应保持绝对的厌氧条件，即使是N03-等一类的化合态氧也不允许存在；在除磷菌吸收磷的好氧反应器内，则应保持充足的溶解氧。3污泥龄：生物除磷主要是通过排除剩余污泥而去除磷的，因此剩余污泥的多少对脱磷效果有很大影响，一般污泥短的系统产生的剩余污泥多，可以取得较好的除磷效果；有报道称：污泥龄为30d,除磷率为40%；污泥龄为17d,除磷率为50%而污泥龄为5刖寸,除磷率高达87吼回温度：在530C的范围内，都可以取得较好的除磷效果；3PH值:除磷过程的适宜的PH值为68。B0D5负荷:一般认为，较高的BOD负荷可取得较好的除磷效果，进行生物除磷的低限是BOD/TP20；有机基质的不同也会对除磷有影响，一般小分子易降解的有机物诱导磷的释放的能力更强；磷的释放越充分，磷的摄取量也越大。硝酸盐氮和亚硝酸盐氮硝酸盐的浓度应小于2mgL当COD/TKN10,硝酸盐对生物除磷的影响就减弱了。可氧化还原电位：好氧区的ORP应维持在+4050mV之间；缺氧区的最佳ORP为-1605mV之间。4-3-2生物除磷工艺一、PhoStriP除磷工艺一生物除磷和化学除磷相结合的工艺。a工艺特点：除磷效果好，处理出水的含磷量一般低于lmg/1;污泥的含磷量高，一般为2.17.1%;石灰用量较低，介于2131.8mgCa(0H)2m3废水之间；污泥的SVl低于100,污泥易于沉淀、浓缩、脱水，污泥肥分高，不易膨胀。LJ又称“AO工艺”；工艺特点：水力停留时间为36h；曝气池内的污泥浓度一般在27003000mg/1；磷的去除效果好（76%）,出水中磷的含量低于lmg/1；污泥中的磷含量约为4乐肥效好；SVl小于100,易沉淀，不易膨胀。4-4同步脱氮除磷工艺一、Bar加npho同步脱氮除磷工艺_HJ-工艺特点：各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功能，同时又兼有二、三项辅助功能；脱氮除磷的效果良好。工艺特点:工艺流程比较简单；厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌繁殖，无污泥膨胀之虞；无需投药，运行费用低。水力停留时间(h)厌氧反应器0.5L0缺氧反应器0.5L0好氧反应器3.56.0污泥回流比设)5(HOO混合液内循环回流比(%)Io(T300混合液悬浮固体浓度(mgl)3000"5000FM(kgB0D5kgMLSS.d)0.15"0.7好氧反应器内Do浓度(mgl)2B0D5/P515(以10为宜)含N03-N的污泥直接回流到厌氧池，会引起反硝化作用，反硝化菌将争夺除磷菌的有机物而影响除磷效果，因此提出UCT(UnivercityofCapeTown)工艺工艺特点:在缺氧反应器之前再加一座厌氧反应器，以强化磷的释放，从而保证在好氧条件下,有更强的吸收磷的能力，提高除磷效果。4-5生物脱氮除磷的应用实例一、国内某些废水处理厂1、昆明兰花沟废水处理厂TP(mgl)TN(mgl)原废水2430处理水1.0NH3-N1.0TKN62、广州大坦沙废水处理厂水力停留时间(h)溶解氧(mgl)污泥回流比(%)混合液内循环回流比()AA0AA01250.20.51.52.025"100100"200B0D5SSTNTP(mgl)(mgl)(mgl)(mgl)原废水200250405处理出水2030152二、国外某些废水处理厂