第二十章生物除氮ppt课件.ppt

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1、2023/1/11,1,河北科技大学环境科学与工程学院,第二十章 污水的厌氧生物处理,第一节 厌氧生物处理的基本原理第二节 污水的厌氧生物处理方法第三节 厌氧生物处理法的设计第四节 厌氧和好氧技术的联合运用,2023/1/11,2,河北科技大学环境科学与工程学院,第一节 概述,2023/1/11,3,河北科技大学环境科学与工程学院,第一节 概述,城市污水经传统的二级处理以后，绝大部分悬浮固体和溶解性、胶溶性的有机物被去除，应达到相关的标准要求。随着不断发展的环境保护和水资源利用的需要，国家相关的新标准不断出台。目前，常用的标准有：（1）污水综合排放标准GB89781996（2）城镇污水处理厂污

2、染物排放标准 GB18918-2002（3）城市污水再生利用 城市杂用水 水质GB/T18920-2002,2023/1/11,4,河北科技大学环境科学与工程学院,注：下列情况下按去除率指标执行：当进水COD 大于350mg/L 时，去除率应大于60%；BOD 大于 160mg/L 时，去除率应大于50%。括号外数值为水温120C 时的控制指标，括号内数值为水温120C 时的控制指标,城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002,2023/1/11,5,河北科技大学环境科学与工程学院,第一节 概述,城镇污水处理厂污染物排放标准 要求 出水氨氮为 5（8）mg/L（一级A）和 8（12）

3、mg/L（一级B）；总磷0.5 mg/L（一级A）,1.0 mg/L（一级B）(括号内数值为水温 12)城市污水再生利用 城市杂用水水质 要求景观环境用水的再生水水质 氨氮5 mg/L，总磷0.5 mg/L。,6,补充：标准分级：,1.一级标准的A标准是城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求。当污水处理厂出水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途时，执行一级标准的A标准。,2.城镇污水处理厂出水排入GB3838地表水类功能水域(划定的饮用水水源保护区和游泳区除外）、GB3097海水二类功能水域和湖、库等封闭或半封闭水域时，执行一级B标准。,3.城镇污水处理厂出水排入GB383

4、8地表水、类功能水域或GB3097海水三、四类功能海域，执行二级标准。,2023/1/11,7,河北科技大学环境科学与工程学院,第一节 概述,当污水处理的出流标准是某些特定的污染物时，则处理工艺常称为深度处理。例如为了防止水体水质富营养化，出流污水需进行脱氮除磷。若是全面提高出水水质，则可称为三级处理,2023/1/11,8,河北科技大学环境科学与工程学院,第二节 除 氮,2023/1/11,9,河北科技大学环境科学与工程学院,第二节 除 氮,废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。在生活污水中，主要含有有机氮和氨态氮，它们均来源于人们食物中的蛋白质。除氮方式化学法除氮 生物法

5、脱氮,2023/1/11,10,河北科技大学环境科学与工程学院,1.化学法除氮主要用于工厂内部治理：吹脱法折点加氯法 离子交换法,第二节 除 氮,2023/1/11,11,河北科技大学环境科学与工程学院,（1）吹脱法废水中，NH3与NH4+以如下的平衡状态共存：NH3+H2ONH4+OH这一平衡受pH值的影响，pH为10.5-11.5时，因废水中的氨呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。吹脱过程包括将废水的pH值提高至10.5-11.5，然后曝气，这一过程在吹脱塔中进行，塔的构造如小图所示。,第二节 除 氮,2023/1/11,12,河北科技大学环境科学与工程学院,第二节 除 氮,2023/

6、1/11,13,河北科技大学环境科学与工程学院,第二节 除 氮,该过程受温度的影响较大，随温度的降低，为达到同样处理效果所需的空气量迅速增加，见图18-2,2023/1/11,14,河北科技大学环境科学与工程学院,第二节 除 氮,（2）折点加氯法 含氨氮的水加氯时，有下列反应：Cl2+H2O HOCl+H+ClNH4+HOCl NH2Cl+H+H2ONH4+2HOCl NHCl2+H+2H2O2NH4+3HOCl N2+5H+3Cl+3H2O,在净水工程中，称氯胺为化合余氯，次氯酸为余氯，均有杀菌作用。图183示含氨氮水的加氯曲线。图中余氯曲线出现A、B二个转折点。A点称峰点，A点前余氯基本上

7、是氯胺，B点称折点，折点后余氯基本上是自由氯(游离氯)。加氯脱氮时采用的加氯量应以折点相应的加氯量为准。,2023/1/11,15,河北科技大学环境科学与工程学院,第二节 除 氮,2023/1/11,16,河北科技大学环境科学与工程学院,第二节 除 氮,（3）离子交换法 用离子交换法去除氨氮时，常用天然的离子交换剂，如沸石等。与合成树脂相比，天然离子交换剂价格便宜且可用石灰再生。采用合成树脂，预处理工序和再生系统均较复杂，且树脂寿命短，应用上受到一定的限制。RNa+NH4+RNH4+Na+常用的离子交换剂有：沸石、合成树酯等。,2023/1/11,17,河北科技大学环境科学与工程学院,2.生物

8、法脱氮 在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。,第二节 除 氮,2023/1/11,18,河北科技大学环境科学与工程学院,2.生物法脱氮（1）氨化反应,第二节 除 氮,2023/1/11,19,河北科技大学环境科学与工程学院,2.生物法脱氮（2）硝化反应,第二节 除 氮,NH4+3/2O2 NO2-+H2O+2H+-（F=278.42kj）,NO2-+1/2O2 NO3-F（F=72.27kj),硝化菌,亚硝化菌,2023/1/11,20,河北科技大学环境科学与工程学院,2.生物法脱氮（1）氨化反应,第二节 除 氮,1g氨氮氧化需氧4

9、.57g,第二节 除 氮,（2)硝化反应,硝化反应过程中氮的转化及价态的变化,2023/1/11,23,河北科技大学环境科学与工程学院,亚硝化菌和硝化菌的基本特征,第二节 除 氮,2023/1/11,24,河北科技大学环境科学与工程学院,影响硝化的因素:硝化菌亚硝酸菌和硝酸菌的统称;硝化菌属于化能自养菌，革兰氏染色阴性，可生芽孢的短杆状细菌溶解氧 氧是电子受体，DO不能低于1.0mg/l 硝化需氧量（NOD）4.57g(氧)/g（N）碱度7.1g碱度（以CaCO3计）/1g氨态氮（以N计）,一般碱度不低于50mg/lPH对PH变化敏感（硝化菌),最佳值8.0-8.4,效率最高,第二节 除 氮,

10、2023/1/11,25,河北科技大学环境科学与工程学院,影响硝化的因素:温度适应20-30，15时硝化速度下降，低于5完全停止有机物BOD应低于15-20mg/l污泥龄（SRT）微生物在反应器内的停留时间（c）N(c)Nmin，硝化菌最小的世代时间c)Nmin抑制物质 重金属 高浓度NH4+N，高浓度NOx-N 有机物、络合物阳离子,第二节 除 氮,2023/1/11,26,河北科技大学环境科学与工程学院,2.生物法脱氮（3）反硝化反应,第二节 除 氮,反硝化反应指NO3N和NO2N在反硝化菌的作用下，还原成气态N2的过程。,2023/1/11,27,河北科技大学环境科学与工程学院,2.生物

11、法脱氮（3）反硝化反应,第二节 除 氮,反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌；以NO3N为电子受体，以有机碳为电子供体，不能释放更多的ATP，合成的细胞物质较少。,污水中的碳源，BOD5/TN3-5时，勿需外加 外加碳源，CH3OH（反硝化速率高生成CO2+H2O），当BOD5/TN8，或PH6，反硝化速率下降,2023/1/11,28,河北科技大学环境科学与工程学院,生物脱氮反应过程各项生化反应特征,2023/1/11,29,河北科技大学环境科学与工程学院,3.生物法脱氮工艺（1）三段生物脱氮,第二节 除 氮,Three-Stage biological nitrogen remival(Barth

12、)configuration,第二节 除 氮,2023/1/11,31,河北科技大学环境科学与工程学院,3.生物法脱氮工艺（1）三段生物脱氮,第二节 除 氮,“一级”曝气池：去除 COD、BOD，BOD15-20mg/l 有机氮转化为 NH3 NH4+；“二级”硝化曝气池，NH3、NH4+生成NO3N，碱度下降；“三级”反硝化池 厌氧、好氧交替运行。投甲醇时，CM=2.47N0（初始NO3N浓度）+1.53N(初始NO2N浓 度)+0.87D（初始DO浓度）,2023/1/11,32,河北科技大学环境科学与工程学院,（2）改进的二级生物脱氮系统 BOD去除和硝化两个反应合并,第二节 除 氮,2

13、023/1/11,33,河北科技大学环境科学与工程学院,4 脱氮新理论（1）短程硝化-反硝化把两个反应过程分开,第二节 除 氮,关键点：对于反硝化菌，NO3N，NO2N都可做电子受体，控制硝化反应停止在亚硝化阶段研究结果：控制较高的温度（2535），较低的溶解氧和较高的pH值和极短的污泥龄条件,2023/1/11,34,河北科技大学环境科学与工程学院,4 脱氮新理论（1）短程硝化-反硝化把两个反应过程分开,第二节 除 氮,2023/1/11,35,河北科技大学环境科学与工程学院,第二节 除 氮,SHARON Separate Centrate Treatment Process Short C

14、ircuits Conventional Nit/Denit Process Removes 90%TN Load Reduces Oxygen and Power Demands(25%Reduction)Reduces Carbon Demands(40%Reduction)Significant Space Savings,2023/1/11,36,河北科技大学环境科学与工程学院,第二节 除 氮,4 脱氮新理论（2）厌氧氨氧化 ANAMMOX(ANaerobic AMMonium Oxidation)工艺基本原理：在厌氧条件下，以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮氧化成氮气，或者说利用

15、氨作为电子供体，将亚硝酸盐或硝酸盐还原成氮气,G0反应能够自发进行，理论上可以提供能量供微生物增长,2023/1/11,37,河北科技大学环境科学与工程学院,第二节 除 氮,4 脱氮新理论（2）厌氧氨氧化 ANAMMOX工艺,2023/1/11,38,河北科技大学环境科学与工程学院,第二节 除 氮,4 脱氮新理论（3）亚硝酸型完全自养脱氮 CANNON工艺基本原理：先将氨氮部分氧化成亚硝酸盐氮，控制NH4+与NO2-比例为1:1，然后通过厌氧氨氧化作为反硝化实现脱氮的目的,自养的好氧亚硝化反应结合自养的厌氧氨氧化反应，无需有机碳源，对氧的消耗比传统的硝化/反硝化减少62.5%，同时减少碱消耗量

16、和污泥生成量,2023/1/11,39,河北科技大学环境科学与工程学院,第二节 除 氮,（4）脱氮理论比较,2023/1/11,40,河北科技大学环境科学与工程学院,第二节 除 氮,（4）脱氮理论比较,2023/1/11,41,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 除 磷,2023/1/11,42,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 除 磷,磷的主要来源：粪便、洗涤剂和某些工业废水存在方式：以正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷等形式溶解于水中富营养化的限制因素:P0.5mg/l，促进富营养化；P0.5mg/l，能控制藻类的过度生长；P低于0.05mg/l时，藻类几乎停止生长去处方法：通过物理、化

17、学或生物方法使溶解的磷化合物转化为固体形态后予以分离；分为物理法，化学法及生物法三大类。物理法因成本过高、技术复杂而很少应用。,2023/1/11,43,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 除 磷,磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素。磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。,2023/1/11,44,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 除 磷,化学除磷法-混凝沉淀和晶析法除磷生物除磷法设想是由Greenburyg于1955年提出的，60年代人们对上述

18、方法广泛应用。,化学除磷法-投加化学物质如铝盐、铁盐、石灰等，同水中的PO43-反应生成沉淀。该法去除率较高，处理结果稳定，无二次污染，但污泥量较大。,2023/1/11,45,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 除 磷,1.生物除磷原理生物除磷就是利用聚磷菌一类的的微生物，能够过量的，在数量上超过其生理需要，从外部摄取磷，并将磷以聚合形式贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统外，达到从废水中除磷的效果。,（）好氧吸收（聚磷菌对磷的过量吸收）ADP+H3PO4+能量 ATP+H2O（2）厌氧释放厌氧条件下（DO=0，NO3-=0），ATP+H2O ADP+H3PO4+能量上述两反应为可逆反应

19、,厌氧,能量,厌氧,部分供聚磷菌生存，部分供聚磷菌主动吸收乙酸苷,聚磷菌,聚磷分解,放出无机磷,释放磷后 的聚磷菌,有机物,乙酸苷,PHB,PHB：聚羟基酸盐,聚磷菌,PHB,增殖,主动吸收磷酸盐,供聚磷菌增殖和主动吸收污水中的磷酸盐,以聚磷的形式积聚于体内,好氧分解,能量,PHB：聚羟基酸盐,2023/1/11,48,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 除 磷,2023/1/11,49,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 除 磷,2.生物除磷的影响因素溶解氧 厌氧段控制在0.2mg/l以下，好氧段控制在2mg/l左右；厌氧区硝态氮温度 其影响不如生物脱氮过程明显，530 的范围内效果

20、均可；pH值 6-8范围内比较稳定；BOD负荷和有机物性质 BOD/TP要大于15，才能保证聚磷菌有足够的基质需求；污泥龄 一般控制在3.57天，厌氧段的停留时间不宜过长。,2023/1/11,50,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 除 磷,3.生物除磷工艺（1）弗斯特利普工艺工艺过程含磷废水进入曝气池同步进入的还有聚磷菌污泥，聚磷菌过量地摄取磷，去除有机物，还能出现硝化作用；从曝气池流出的混合也，进入沉淀池，在这里进行泥水分离，含磷污泥沉淀，上清液排放；含磷污泥进入除磷池含磷上清液进入混合池，投加石灰，化学除磷；,2023/1/11,51,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 除 磷

21、,3.生物除磷工艺（1）A/O法A/O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统,2023/1/11,52,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 除 磷,3.生物除磷工艺（1）A/O法 为了使微生物在好氧池中易于吸收磷，溶解氧应维持在2mgL以上，pH值应控制在78之间。磷的去除率还取决于进水中的BOD5与磷浓度之比。据报道，如果这一比值大于10:1，出水中磷的浓度可在1mg/L左右。由于微生物吸收磷是可逆的过程，过长的曝气时间及污泥在沉淀池中停留时间过长都有可能造成磷的释放。,2023/1/11,53,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 除 磷,3.生物除磷工艺（

22、2）弗斯特利普（Phostrip）工艺工艺特点出水含磷量低于1mg/l；SVI值小于100，丝状菌难于增值，污泥不膨胀；可根据BOD/P调节回流污泥与混凝污泥的比例。,2023/1/11,54,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 除 磷,2023/1/11,55,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 生物脱氮除磷,2023/1/11,56,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 生物脱氮除磷,脱氮脱氮除磷工艺,主要有A/O工艺，改进的Bardenpho工艺、UCT工艺和SBR工艺,2023/1/11,57,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 生物脱氮除磷,A2/O(A-A-O)(An

23、aerobic-Anoxic-Oxic)法 厌氧段：释放磷，氨化 缺氧段：脱氮 好氧段：去除有机物、硝化、吸收磷,2023/1/11,58,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 生物脱氮除磷,A2/O(A-A-O)(Anaerobic-Anoxic-Oxic)法 厌氧段：释放磷，氨化;缺氧段：脱氮;好氧段：去除有机物、硝化、吸收磷。在原来AO工艺的基础上，嵌入一个缺氧池，并将好氧池中的混合液回流到缺氧池中，达到反硝化脱氮的目的，这样厌氧一缺氧一好氧相串联的系统能同时除磷脱氮。简称A2O工艺,2023/1/11,59,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 生物脱氮除磷,沉淀池,厌氧池,缺氧池

24、,好氧池,进气管,内回流,2023/1/11,60,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 生物脱氮除磷,改进的Bardenpho工艺 改进的Bardenpho工艺由四池串联，即缺氧一好氧一缺氧池一好氧池。类似二级AO工艺串联。第二级AO的缺氧池基本上利用内源碳源进行脱氮，最后的曝气池可以吹脱氨氮，提高污泥的沉降性能。为了提高除磷的稳定性，在Bardenpho工艺流程之前增设一个厌氧池，以提高污泥的磷释放效率。只要脱氮效果好，那么通过污泥进入厌氧池的硝酸盐是很少的，不会影响污泥的放磷效果，从而使整个系统达到较好的脱氮除磷效果。,2023/1/11,61,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节

25、生物脱氮除磷,改进的Bardenpho工艺,2023/1/11,62,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 生物脱氮除磷,UCT工艺 在改进的Bardenpho工艺中，由于二沉池回流污泥中很难避免有一些硝酸盐回流到流程前端的厌氧池，从而影响除磷效果；为此，UCT工艺将二沉池的回流污泥回流到缺氧池，污泥中携带的硝酸盐在缺氧池中反硝化脱氮。同时为弥补厌氧池中污泥的流失，增设缺氧池至厌氧池的污泥回流。这样厌氧池可免受硝酸盐的干扰。,2023/1/11,63,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 生物脱氮除磷,UCT工艺,厌氧池 厌氧发酵菌将污水中的可生物降解的大分子有机物转化为VFA这类分子量较

26、低的发酵中间产物。聚磷菌利用其合成自身的细胞质，大量繁殖。,缺氧池反硝化细菌利用好氧区中回流液中的硝酸盐以及污水中的有机基质进行反硝化，达到同时除磷脱氮的效果。,好氧池聚磷菌在利用污水中残留的有机基质的同时，主要通过分解其体内贮存的PHB所放出的能量维持其生长，同时过量摄取环境中的溶解态磷。硝化菌将污水中的氨氮转化成为硝酸盐。,2023/1/11,64,河北科技大学环境科学与工程学院,第三节 生物脱氮除磷,SBR工艺 SBR工艺是将除磷脱氮的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成。如进水后进行一定时间的缺氧搅拌，好氧菌将利用进水中携带的有机物和溶解氧进行好氧分解，此时水中的溶解氧将迅速降低甚至达到零，这时厌氧发酵菌进行厌氧发酵，反硝化菌进行脱氮；然后停止搅拌一段时间，使污泥处于厌氧状态，聚磷菌放磷；接着进行曝气，硝化菌进行硝化反应，聚磷菌吸磷，经一定反应时间后，停止曝气，进行静止沉淀，当污泥沉淀下来后，撇出上部清水，而后再放人原水，如此周而复始。研究表明，SBR工艺可取得很好的脱氮除磷效果。自动控制系统的完善，为SBR的应用提供了物质基础。SBR是间歇运行的，为了连续进水，至少需设置二套SBR设施，进行切换。,