废水生物脱氮除磷课件

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1、5 废水生物脱氮除磷,兴趣是最好的老师,1、城市污水脱氮主要采用什么方法？ 2、什么是氨化反应？和厌氧氨氧化有什么区别？ 3、什么是硝化反应？反硝化反应？ 4、生物除磷技术是利用了聚磷菌的什么特性？ 5、A/O工艺各单元的功能是什么？ 6、A/A/O工艺各反应器的名称及其单元功能是什么？ 7、为什么说A/A/O工艺不容易产生污泥膨胀？ 8、为什么说硝化反应中混合液中有机物含量不应过高？,5 废水生物脱氮除磷,5.1废水生物脱氮技术 5.2废水生物除磷与同步脱氮除磷技术,5.1废水生物脱氮技术,5.1.1生物脱氮原理 5.1.2生物脱氮工艺,5.1.1生物脱氮原理,污水中氮的存在形式主要以有机氮

2、和氨氮的形式存在，通常只含有少量或没有亚硝酸盐和硝酸盐形态的氮,传统的废水生物处理去除废水中呈溶解状态的有机污染物 对氨、磷等营养物质，只能去除细菌细胞生理需要摄取的部分！ 活性污泥理想的营养平衡式为BOD:N:P=100:5:1 氮的去除率为20%40%，磷的去除率仅为5%20%,5.1.1生物脱氮原理,在一些污水中，氮是过剩的，如城市污水，炼油污水,以下重点介绍,（1）氨化反应,生物脱氮原理,在未经处理的新鲜废水中,有机氮,氨态氮,蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等,NH3及NH4等,氨化菌(水解、氧化),氨化反应 无论在好氧还是厌氧条件下 ，中性 、碱性 还是酸性环境中都能

3、进行 ，只是作用的微生物不同 、作用的强弱不同 。活性污泥和生物膜系统内能够比较完全地完成氨化反应,（1）氨化反应,生物脱氮原理,以氨基酸为例：,（2）硝化反应,生物脱氮原理,反应过程,1g氨氮氧化需氧4.57g,硝化反应过程中氮的转化及价态的变化,亚硝化菌和硝化菌的基本特征,生物脱氮原理,环境条件,硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中,硝化菌生存需要的环境条件,好氧条件，并保持一定的碱度,氧是硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进程，实验结果证实，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mgL。,PH值的影响在硝化反应过程中，释放H+离子，使pH值下降，硝化菌对

4、pH值的变化十分敏感，为了保持适宜的pH值，应当在废水中保持足够的碱度，以调节pH值的变化，1g氨态氮(以N计)完全硝化，需碱度(以CaCO3计)7.1g。对硝化菌的适宜的pH值为8.0-8.4。,从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量,溶解氧 pH值 营养物质 水温 活性污泥有毒物质,（2）硝化反应,环境条件,生物脱氮原理,环境条件,硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中,硝化菌生存需要的环境条件,好氧条件，并保持一定的碱度,从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量,混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在1520mgL以下,硝化菌是自养型菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD

5、值过高，将使增殖速度较高的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优占种属。,环境条件 溶解氧 pH值 营养物质 水温 活性污泥有毒物质,（2）硝化反应,生物脱氮原理,环境条件,硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中,硝化菌生存需要的环境条件,好氧条件，并保持一定的碱度,从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量,混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在1520mgL以下,硝化反应的适宜温度是2030，15以下时，硝化反应速度下降，5时完全停止。,环境条件 溶解氧 pH值 营养物质 水温 活性污泥有毒物质,（2）硝化反应,生物脱氮原理,环境条件,硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中,硝化菌生存需

6、要的环境条件,好氧条件，并保持一定的碱度,从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量,混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在1520mgL以下,硝化反应的适宜温度是2030，15以下时，硝化反应速度下降，5时完全停止。,硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间(污泥龄) (c) N，必须大于其最小的世代时间(c)min N ， 否则将使硝化菌从系统中流失殆尽。,一般对(c) N的取值应为硝化菌最小世代时间的2倍以上，即安全系数应大于2。硝化菌的最小世代时间在适宜温度条件下为3d，因此(c) N值为6d，最高可以到10d。 (c) N值与温度密切相关，温度低， (c) N取值应相应明

7、显提高。,环境条件 溶解氧 pH值 营养物质 水温 活性污泥有毒物质,（2）硝化反应,生物脱氮原理,环境条件,硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中,硝化菌生存需要的环境条件,好氧条件，并保持一定的碱度,从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量,混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在1520mgL以下,硝化反应的适宜温度是2030，15以下时，硝化反应速度下降，5时完全停止。,硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间(污泥龄) (c) N，必须大于其最小的世代时间(c)min N ， 否则将使硝化菌从系统中流失殆尽。,除重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有：高浓度的NH4-N

8、、高浓度的NO-X-N、高浓度的有机基质以及络合阳离子等。,环境条件 溶解氧 pH值 营养物质 水温 活性污泥有毒物质,（2）硝化反应,(3)反硝化反应,生物脱氮原理,反应过程和反硝化菌,NO2-N,亚硝酸氮,氮气(主要过程),有机氮化合物,(细菌组成部分),异养型兼性菌,(3)反硝化反应,生物脱氮原理,影响因素,碳源,在厌氧条件下，以NO3-N为电子受体，以有机碳为电子供体,生物学特性：反硝化菌为异养型兼性菌,反硝化菌生存需要的环境条件,能为反硝化菌所利用的碳源较多，从废水生物脱氮考虑，有下列二类：一是原废水中所含碳源当原废水（）时即可认为碳源充足。,二是外加碳源，多采用甲醇(CH3OH)，

9、因为甲醇被分解后的产物为C02、H2O，不留任何难降解的中间产物。,(3)反硝化反应,生物脱氮原理,影响因素,碳源,在厌氧条件下，以NO3-N为电子受体，以有机碳为电子供体,反硝化菌为异养型兼性厌氧菌,对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5,pH值高于8低于6，反硝化速率将大为下降。,反硝化菌生存需要的环境条件,(3)反硝化反应,生物脱氮原理,影响因素,碳源,在厌氧条件下，以NO3-N为电子受体，以有机碳为电子供体,反硝化菌为异养型兼性厌氧菌,对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5,溶解氧应控制在0.5mgL以下,反硝化菌属异养兼性菌，在无分子氧同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，它们能

10、够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。 另一方面，反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反应宜于在厌氧、好氧条件交替的条件下进行，,反硝化菌生存需要的环境条件,(3)反硝化反应,生物脱氮原理,影响因素,碳源,在厌氧条件下，以NO3-N为电子受体，以有机碳为电子供体,反硝化菌为异养型兼性厌氧菌,对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5,溶解氧应控制在0.5mgL以下,反硝化反应的最适宜温度是20-40，低于15反硝化反应速率降低。,在冬季低温季节，可采用如下措施： 提高生物固体平均停留时间； 降低负荷； 提高废水的水力停留时间。,反硝化菌生存需要的环境条

11、件,(4)脱氮新理论,生物脱氮原理,短程硝化-反硝化把两个反应过程分开,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,氧化过程缩短，可节省氧的供应量，降低能耗；反硝化过程的缩短，可减少投加有机碳源，节约运行费用，同时提高TN去除率；亚硝酸反硝化，其硝化速率要快于硝酸的反硝化，使反应时间缩短，反应器容积可减小；硝化与反硝化在同一反应器内进行，可减少投碱量；可减小污泥生成量,短程硝化反硝化技术流程（广州贝龙环保）,(4)脱氮新理论,生物脱氮原理,厌氧氨氧化 ANAMMOX工

12、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,(4)脱氮新理论,生物脱氮原理,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%，同时减少碱消耗量和污泥生成量,巴茨(Barth)开创,5.1.2生物脱氮工艺,（1）活性污泥法脱氮传统工艺,三级活

13、性污泥法流程 氨化、硝化、反硝化三项反应过程,氨化，使有机氮转化为NH3、NH4，去除BOD、COD。 BOD5值可降至1520mg/l左右,硝化曝气池，NH3-N及NH4-N 在这里氧化为 NO-3-N，投碱以防止pH值下降。,反硝化反应器，采取厌氧缺氧交替运行方式。作为碳源，可投加CH3OH(甲醇)，也可以引入原废水,优点：氨化、硝化、反硝化反应分别在各自的反应器内进行，各自回流污泥，反应进行速度快且彻底,缺点：处理设备多，造价高，管理麻烦,5.1.2生物脱氮工艺,活性污泥法脱氮传统工艺特点：,5.1.2生物脱氮工艺,两级生物脱氮工艺：BOD去除和 硝化两个反应过程放在一起,5.1.2生物

14、脱氮工艺,（2）缺氧好氧活性污泥法脱氮系统80年代初期开创,目前采用广泛,“前置式反硝化生物脱氮系统” A/O法脱氮(A1-O法),特征,反硝化反应器在前，BOD去除、硝化二项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,硝化反应器内的含有大量硝酸盐的硝化液回流反硝化反应器，进行反硝化脱氮反应,硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机污染物得以进一步去除，勿需增建后曝气池。,本系统流程简单，勿需外加碳源，建设费用与运行费用均较低,5.1.2生物脱氮工艺,（2）缺氧好氧活性污泥法脱氮系统,“前置式反硝化生物脱氮系统” A/O法脱氮(A1-O法),缺点,欲提高脱氮率，必须加大内循环比(RN)

15、，导致：一是运行费用增高；二是内循环液带入大量的溶解氧，影响反硝化进程,本系统的脱氮率一般在85以下,5.1.2生物脱氮工艺,影响因素与主要参数,水力停留时间(HRT),HRT是影响处理效果和反应器规模、尺寸的重要参数。 经验:脱氮效果与反应时间呈线性关系，在硝化与反硝化二项反应中，硝化反应需时长。对城市废水脱氮系统，硝化与反硝化之比大体为2：1，具体时间则为4.8h：2.4h。 总之：在本系统中，硝化与反硝化时间之比介于2：15：1之间。,5.1.2生物脱氮工艺,影响因素与主要参数,水力停留时间(t),内循环回流比的取值与要求达到的脱氮效果以及反应器的类型有关。对活性污泥法，取值不低于200

16、%。最佳回流比应当通过试验确定或对运行数据加以归纳分析确定,回流比(R),5.1.2生物脱氮工艺,影响因素与主要参数,水力停留时间(t),回流比(R),生物固体平均停留时间(活泥龄)(c),c应取值较大，以保证在反应器内保持一定浓度的硝化菌。经证实，此值应在30d以上。,5.1.2生物脱氮工艺,影响因素与主要参数,水力停留时间(t),回流比(R),生物固体平均停留时间(活泥龄)(c),混合液悬浮固体浓度(MLSS),MlSS一般应高于3000mgL，当MLSS值低于3000mgL时，反应速度将迅速下降。,试验证实，当MLSS值高于3000mgL时，温度对反应速度的影响很大，MLSS值低时，其影响较小。,5.1.2生物脱氮工艺,影响因素与主要参数,水力停留时间(t),回流比(R),生物固体平均停留时间(活泥龄)(c),混合液悬浮固体浓度(MLSS),负荷率,氮负荷率也是影响本工艺脱氮效果的重要参数。负荷高会使其转化率不完全，影响脱氮效果。生物脱氮有浓度界限,NH3-N负荷率350g(m3.d)，去除率可在90以上， 达到350g(m3d)时，去除率开