新版脱氮除磷工艺ppt课件

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1、现代水处理技术之七 废水中的脱氮除磷技术 内容 氮的存在状态化学方法脱氮生物方法脱氮新型的生物脱氮工艺化学方法除磷生物方法除磷 前言随着我国社会经济的快速发展 工业化和城市化程度的不断提高 我国的水环境污染也日益严重 来自生活污水和一些工业废水的氮 磷进入水体 引发水体的富营养化 给工农业生产带来了巨大的损失 硝态氮或亚硝态氮也严重影响鱼类的生长并形成对人类具有 三致 作用的有害物质 这些不仅严重制约国民经济的可持续发展 造成相当可观的经济损失 而且对人民生活和健康 甚至对人民的基本生存条件造成了很大威胁 废水中 以有机氮 氨氮 硝态氮和亚硝态氮四种形式存在 在生活污水中 主要含有有机氮和氨态

2、氮 它们均来源于人们食物中的蛋白质 新鲜的生活污水中有机氮约占总氮的60 氨氮约占40 当污水中的有机物被生物降解氧化时 其中的有机氮被转化为氨氮 经活性污泥法处理的污水有相当数量的氨氮排入水体 可导致水体富营养化 水体若为水源 将增加给水处理的难度和成本 一 氮的存在状态 有关氮污染对水环境质量的危害主要有以下几个方面 使水体感官形状恶化 从而降低水体美学价值 使水体正常的溶解氧平衡遭受干扰 并进一步促使水体恶化 降低了供水质量 增加水处理负担 从而使水厂不能正常运转 破坏了水体生态平衡 使水体经济价值降低 因而防止水体氮磷污染对社会经济持续协调发展至关重要 2006年4月13日 中国工程院

3、院士魏复盛在山东大学作过讲座 中国的环境污染及健康危害 指出造成水体水质超标的污染物依次为 TN 类大肠菌群 石油类和氨氮等 一 氮的存在状态 1999年7月16日辽东湾夜光虫赤潮 1999年5月15日上海外滩赤潮 脱氮的方法有化学方法 生物法和高级处理方法三大类 一 氮的存在状态 高级处理方法有 湿式氧化法 超临界水氧化法 电化学氧化法 光催化氧化法等 生物方法有 传统的脱氮工艺 如A O法 三级活性污泥法脱氮工艺 两级活性污泥法脱氮工艺 UCT脱氮工艺 氧化沟 OxidationDitch 生物脱氮工艺等 新型的脱氮工艺 如同时硝化反硝化工艺 厌氧氨氧化工艺 OLAND工艺 SHAROH工

4、艺等 化学方法有 吹脱法 折点加氯法 化学沉淀法 离子交换法 超重力脱氮法等 二 化学方法脱氮 1 吹脱法废水中的氨氮可以气态吹脱 废水中 NH3与NH4 以如下的平衡状态共存 该法是利用废水中所含的实际浓度和平衡浓度之间存在的差异 在碱性条件下用空气吹脱 使废水中的氨氮不断地由液相转移到气相中 从而达到从废水中去除氨氮的目的 二 化学方法脱氮 1 吹脱法吹脱法的工艺流程如图 调节pH值 沉淀 氨吹脱 空气 氨气 沉淀 石灰乳 石灰回收装置 再碳酸化 处理水 含氨废水 污泥 空气 CO2 污泥 二 化学方法脱氮 1 吹脱法影响氨吹脱塔的工艺因素主要有吹脱塔的类型 pH值 温度 水力负荷 气液比

5、 塔高和填料的布置等 pH值废水中的氨氮 大多数以NH3与NH4 形式存在 并在水中通过上述式子保持平衡 该平衡关系受pH值的影响 当pH值升高时 平衡向左移动 废水中游离氨的比率增大 为了提高氨氮的脱除效率 必须使pH值提高到废水中氨离子都转变成游离氨的数值上 氨吹脱工艺一般在废水中投加石灰在10 5 11 5的范围 温度在一定压力下 气体在废水中的溶解度随温度升高而降低 因此 升高温度对吹脱废水中的氨氮是有利的 水力负荷水力负荷过大和过小都不利于废水中氨态氮的脱除 实验表明 当水力负荷在1 82 5 72m3 m2 h 范围内 氨的吹脱效率变化甚小 设计氨吹脱塔的水力负荷值常取2 4 7

6、2m3 m2 h 气液比为保证90 氨的去除率 气液比应为3590m3 m3 对于逆流吹脱塔 塔内风速的上限为168m min 最好使气液比控制在液泛极限 此时传质效率较高 其他因素填料塔塔体大 传质不如筛板塔 当废水中悬浮物交多时 易发生堵塞现象 他的高度取决于所选的填料 也影响着氨的去除率 而填料因为表面光滑不易结垢 二 化学方法脱氮 1 吹脱法 该法去除氨氮工艺的主要问题如下 水温降低时 水中氨的溶解度会增加 从而减少氨吹脱的推动力 当环境温度低于0 氨吹脱塔无法运行 进入吹脱塔的污水pH值高而不稳定 极易在填料表面生成碳酸钙沉淀 从而降低吹脱效率 不能处理硝态氮 容易产生二次污染及增加

7、排水中的溶解性固体含量 二 化学方法脱氮 2 折点加氯法含氨氮的水加氯时 有下列反应 总反应式 二 化学方法脱氮 2 折点加氯法 余氯浓度 氨氮浓度 最大余氯 加氯量 余氯量 最小余氯 5 07 6 氨氮浓度 Cl2 NH4 N 重量比 折点 二 化学方法脱氮 2 折点加氯法工程特点折点氯化脱氮可以使出水氨氮浓度控制在0 1mg L之内 可以作为一个单独的脱氮工艺来采用 也可以对生物脱氮工艺出水深度处理 从而进一步去除废水中的氮素 折点氯化脱氮反应迅速 设备费用低 但是液氯的安全使用和贮存要求 运行中加氯量大 从而运行管理成本高 此法不太适合大流量的高浓度含氮废水的处理 二 化学方法脱氮 2

8、折点加氯法 工艺控制因素 预处理情况含氮废水除氨氮外往往还含有一些能消耗氧化剂氯的无机还原物质如S2 HS SO32 NO2 和Fe2 以及有机物等 因此 为保证氨氮氯化反应的完全进行 实际投氯量应大于理论计算值7 6 pH值废水中的pH值影响氯化反应的速度和产物 当pH值越高 氯化反应的副产物为NO3 增加 过低 氯化反应的副产物为NCl3增加 因此 当pH值为中性条件时进行废水的氯化处理较为合适 同时要准确控制好氯的投入量 氯化反应的速度在氯气通入水中于污水中的氨氮发生的化学反应中 氮气的生成是通过一氯胺和次氯酸发生化学反应而形成的 因此中间产物一氯胺的生成速度对整个脱氮反应来说是十分重要

9、的 余氯的脱除问题折点氯化法脱除废水中的氨氮后 其经处理的水中或多或少皆有余氯 余氯对水生物有毒害作用 通常采用二氧化硫或活性碳来脱除 二 化学方法脱氮 3 化学沉淀法化学沉淀法是20世纪90年代兴起的一种新工艺 此法可以处理各种浓度的氨氮废水 尤其适合于高浓度氨氮废水的处理 反应机理通过投加Mg2 和PO43 使之与废水中的氨氮生成难溶的复盐MgNH4PO4 6H2O MagnesiumAmmouiumPhosphate简称MAP 沉淀物 0 时其溶解度仅为0 023g 100mol 从而达到净化废水中氨氮的目的 二 化学方法脱氮 3 化学沉淀法 俗称鸟类石 其营养成分比其它可溶性肥料的释放

10、速率慢 故可将其作为缓释肥料 堆肥 花园土壤 或作为干污泥的添加剂 结构制品的阻火剂或作耐火砖等 Mg2 可以用 MgO Mg NO3 2等 PO43 可用H3PO4 或者用NaH2PO4 Na2HPO4 12H2O等 二 化学方法脱氮 3 化学沉淀法工艺控制条件 pH值当溶液pH值太高时 容易造成工艺中NH3的挥发而污染环境并造成氨的损耗 通过实验可知 MAP沉淀法的pH值最好不要大于9 5 pH值在10 5 12时 固定氨会从MAP中游离出来 生成更难溶的Mg3 PO4 2 沉淀时间沉淀时间与MAP形成的晶粒大小有关 通常沉淀时间1min其晶粒长为0 1mm 沉淀60min 晶粒长0 8m

11、m 沉淀3小时则晶粒长3mm 且沉淀粒子大 沉淀效果就好 物料比Mg2 浓度对的形成影响较大 当以MgCl2 6H2O NaH2PO4 12H2O为沉淀剂时 Mg2 NH4 PO43 1 1 1时 在pH值为8 6时 可使污水中的氨氮从5628mg L降到65mg L 氨氮的去除率可达到98 以上 当以n Mg n N n P 1 3 1 1 08 质量比 投加Mg2 和PO43 时 在pH值为9时 污水中所含的 900 7500 mg L的氨氮去除率最高可达98 1 生物脱氮机理 三 生物方法脱氮 硝化反应 总反应式为 生物脱氮一般由硝化和反硝化两个过程完成 硝化过程可以分为两个过程 分别由

12、亚硝酸菌和硝酸菌完成 这两种细菌统称为硝化细菌 属于化能自养型微生物 硝化菌属专性好氧菌 它们利用无机化合物如CO32 HCO3 和CO2作碳源 从NH4 或NO2 的氧化反应中获得能量 反应式如下 亚硝酸菌有亚硝酸单胞菌属 亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属 硝酸菌有硝酸杆菌 螺菌属和球菌属 硝化细菌是化能自养菌 生长率低 对环境条件较为敏感 温度 溶解氧 污泥龄 pH值 有机负荷等都会对它产生影响 1 生物脱氮机理 三 生物方法脱氮 硝化反应 硝化反应对溶解氧有较高的要求 处理系统中的溶解氧最好保持在2mg L以上 另外 在硝化反应过程中 有H 释放出来 使pH值下降 硝化菌受pH值的影响很敏感

13、 为了保持适宜的pH值7 8 应该在废水中保持足够的碱度 以调节pH值的变化 1克氨态氮 以氮计 完全硝化 需要4 57g氧 其中亚硝化反应需耗氧3 43g 硝化反应需耗氧1 14g 同时约需碱度 以CaCO3计 7 14g以平衡硝化产生的酸度 1 生物脱氮机理 三 生物方法脱氮 亚硝酸菌和硝酸菌的特性如表所示 1 生物脱氮机理 三 生物方法脱氮 反硝化反应 反硝化反应是指在无氧条件下 反硝化菌将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气的过程 反应如下 反硝化菌为异养型兼性厌氧菌 在有氧存在时 它会以氧气为电子受体进行耗氧呼吸 在无氧而有硝酸盐氮或亚硝酸盐氮存在时 则以硝酸盐氮或亚硝酸盐氮为电子受体 以有机

14、碳为电子供体和营养液进行反硝化反应 1 生物脱氮机理 三 生物方法脱氮 反硝化反应 在反硝化反应中 最大的问题就是污水中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度 当污水中BOD5 TKN4 6时 可认为碳源充足 碳源按其来源可分为三类 第一类为外加碳源 多为投加甲醇 这是因为甲醇结构简单 被分解后的产物为二氧化碳和水 不产生难以降解的中间产物 缺点费用高 反硝化反应中每还原1gNO3 可提供2 6g的氧 同时产生3 47g的CaCO3和0 45g反硝化菌 消耗2 47g甲醇 约为3 7gCOD 第二类为污水 因为原污水中含有有机碳 第三类为内源呼吸碳源 细菌体内的原生物质及其储存的有机物 1

15、生物脱氮机理 三 生物方法脱氮 综上所述 可以得到在硝化反应和反硝化反应过程中氮元素的转化及氧化还原态的变化如表所示 2 传统的生物脱氮工艺 三 生物方法脱氮 分析环境对硝化与反硝化的影响 2 传统的生物脱氮工艺 三 生物方法脱氮 a A O生物脱氮工艺 A O Anoxic Oxic 法脱氮工艺 是在20世纪80年代初开创的工艺流程 其主要特点是将反硝化反应器放置在系统前 故又称为前置反硝化生物脱氮系统 这是目前采用比较广泛的一种脱氮工艺 其工艺流程如下 2 传统的生物脱氮工艺 三 生物方法脱氮 a A O生物脱氮工艺 优点 1 反硝化反应以污水中的有机物为碳源 节省了外碳源的费用并可获得较

16、高的C N比 以确保反硝化作用的充分进行 2 好氧池在缺氧池之后 可进一步去除反硝化残留的有机污染物 确保出水水质达到排放标准 3 曝气池中含有大量的硝酸盐的回流混合液 在缺氧池中进行反硝化脱氮 在反硝化反应中产生的碱度可补偿硝化反应中所消耗的碱度的50 左右 4 该工艺流程简单 无需外加碳源 因而基建费用及运行费用较低 脱氮效率一般在70 左右 缺点 但是由于出水中含有一定浓度的硝酸盐 在二次沉淀池中 有可能进行反硝化反应 造成污泥上浮 影响出水水质 2 传统的生物脱氮工艺 三 生物方法脱氮 由巴茨 Barth 开创的传统活性污泥法脱氮工艺为三级活性污泥法流程 它是以氨化 硝化和反硝化3个生化反应为基础建立的 其工艺流程如图所示 b 三级活性污泥法脱氮工艺 2 传统的生物脱氮工艺 三 生物方法脱氮 b 三级活性污泥法脱氮工艺 该工艺流程将去除BOD5与氨化 硝化和反硝化分别在三个反应池中进行 并各自有其独立的污泥回流系统 第一级曝气池为一般的二级处理曝气池 其主要功能是去除BOD 将有机氮转化为NH3 N 即完成有机碳的氧化和有机氮的氨化功能 第一级曝气池的混合液经过沉淀后 出水进入