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1、第五章 废水的脱氮除磷生物处理技术及其他废水生物处理技术,高浓度氨氮废水资源化处理技术及示范工程,中国科学院过程工程研究所 过程污染控制环境工程研究中心,2010年12月20日，由中国环境科学学会组织的成果鉴定会上，国家环境保护部金鉴明院士、南京大学张全兴院士，中国科学院工程院院士张懿院士等专家对该成果给予了高度评价，鉴定委员会认定“高浓度氨氮废水资源化处理技术”水平达到“国际领先”，并建议技术开发单位加速推广应用，为十二五期间我国氨氮污染控制和总量减排贡献更大力量。 该成果在有色冶金行业、食品加工行业、制药业、印染行业、焦化行业等高浓氨氮废水排放行业推广应用后，可大幅减少氨氮污染物排放量，具
2、有显著的环境效益。该技术已被环保列入2010年国家先进污染防治示范技术名录。,前 言,目前，该项技术已在天津海赛、葫芦岛辉宏、福建天宝、葫芦岛虹京钼业、吉恩镍业、江门长优、湖南邦普等单位建成处理规模为100-400吨/天的示范工程7套，有望成为有色冶金、材料、煤化工等行业高浓氨氮废水处理的行业替代性技术。,基于氨与水分子相对挥发度的差异，通过在精馏塔内进行多次气液相平衡，将氨氮以分子氨的形式从水中分离，然后以氨水或液氨的形式从塔顶排出，并被冷凝器冷却到常温成为高纯浓度氨水进行回收，可回用于生产或直接销售；脱氨后的废水氨氮浓度可降至10ppm以下，可直接排放或处理后回用于生产。,1、技术原理,高
3、浓度氨氮废水资源化处理技术流程,组分复杂浓度波动处理量不稳,稳定达标水回用热回用,高通量、低阻抗防堵、抗组垢高效率,高效低耗操作弹性大精确预测与控制,能耗最小化适用面广：余热等,高回收率高纯、高值衔接主工艺,全流程二次污染控制,废水零排放,全自动化控制,进 料： 由塔的中部进入馏出物： 塔顶气体经过冷却后，部分液体回流，剩余的液体或气体作为馏出物收集釜残液： 塔釜在热量作用下，低沸点组分被优先挥发，残存的高沸点物质作为釜残液液 相： 自上而下气 相： 自下而上,过程描述：,3、关键技术优势,抗 堵 塞 性 能 增 强推 液 功 能 降 低 液 面 梯 度 和 液 相 返 混 程 度板上清液层高
4、度降低、干板压降和总板压降大大降低漏 液 下 限 大 大 降 低操 作 弹 性 和 稳 定 性 提 高传 质 性 能 提 高工 程 操 作 全自 动 化,第一节 微生物脱氮,一、微生物脱氮基本原理生物脱氮主要通过硝化作用和反硝化作用来完成。首先利用好氧段，由亚硝酸菌、硝酸菌的硝化作用，将NH3 转化为NO3N，再利用缺氧段，由反硝化细菌将NO3N反硝化还原为N2，溢出水面释放到大气。,微生物：亚硝酸菌和硝酸菌，两者为化能自养菌，专性好氧，要求中性、弱碱性环境，以CO2(或碳酸盐）为唯一碳源，不需要有机营养。它们能利用乙酸盐缓慢生长。硝化细菌适宜温度20 30 。亚硝化细菌为G-菌，在硅胶固体培
5、养基上长成细小、稠密的褐色、黑色或淡褐色的菌落。硝化细菌在琼脂培养基和硅胶固体培养基上长成小的、由淡褐色变成黑色的菌落。其世代时间短：纯培养8h，自然环境20-40h。,微生物脱氮反硝化作用段,硝酸盐在通气不良情况下经微生物作用而还原的过程。兼性厌氧的硝酸盐还原细菌在缺氧的情况下将硝酸盐还原为氮气，这叫狭义的反硝化作用或脱氮作用。包括：同化硝酸盐还原和异化硝酸盐还原作用。,微生物脱氮反硝化作用段,微生物：施氏假单胞菌、脱氮假单胞菌、荧光假单胞菌、色杆菌属中的紫色杆菌、脱氮色杆菌兼性厌氧的微生物在缺氧条件下，利用NO3 氧化有机质，获得能量，碳源来自有机物，最终电子受体为NO3、 NO2，要求中
6、性、弱碱性环境，最适温度10 35 ，pH值范围7.08.0，在一个有极低的DO、有NO3 和有机物存在的环境，pH值和温度合适就会产生反硝化。运行操作关键：碳源、 NO3 、NO2 、pH值、 DO等,二、影响微生物脱氮的因素,1、污泥龄（SRT） 硝化细菌繁殖慢，时代时间长（8-59h)，比增长速率比生物处理中异养细菌(2.3-8.7h)的比增长速率小1个数量级，如果污泥龄较短，排放剩余污泥量大，将使硝化细菌来不及大量繁殖，在活性污泥系统中数量少。为了充分地进行硝化反应，必须有足够长的污泥龄，至少6d以上，可达20-30天。,影响微生物脱氮的因素,2.pH硝化反应要耗碱，如果污水中没有足够
7、的碱度，随着硝化的进行，pH值会急剧下降，而硝化细菌对pH十分敏感，亚硝化细菌和硝化细菌分别在7.07.8和7.78.1时活性最强，在这个范围以外，其活性就急剧下降。一般情况下控制值满足亚硝化细菌。,影响微生物脱氮的因素,H NO3 H NO2 NO N2O N2可能在气态氮的任何一步终止，主要取决于pH.反硝化反应的最适合pH范围为7.0-7.5，pH高于8或低于6会明显降低反硝化活性。pH小于6时NO和N2O是主要产物。大于8时会出现NO2- 的积累。 还原1g硝态氮能产生3.57g碱度（以CaCO3计），而在硝化反应中，1gNH3N氧化为NO3-N要消耗7.14g碱度，在缺氧好氧中，反硝
8、化产生的碱度可补偿硝化消耗碱度的一半左右。,3.温度 两类硝化细菌的最适宜温度为30左右，温度在535由低到高逐渐上升时，硝化反应将随温度的增高而加快，当温度低于12 ，硝化活性明显下降，当温度低于5硝化反应几乎停止； 反硝化作用温度范围在1535之间，温度低于10，反硝化速率明显下降，低于3，反硝化作用停止。,4. 溶解氧浓度 硝化过程混合液的DO一般应维持在大于2.0 mg/L，生物膜法应大于3 mg/L。DO对反硝化脱氮反应有抑制作用（对硝酸盐还原酶的作用有抑制作用），要获得较好的反硝化效果，对于活性污泥系统，溶解氧需保持在0.5 mg/L以下，一般为0.20.3mg/L（处于缺氧状态）
9、，如果DO较高，反硝化菌利用氧进行呼吸，氧成为电子受体，阻碍NO3-成为电子受体而使N难还原成N2。对于生物膜系统，需在1.5 mg/L以下。,但氧的存在对反硝化菌是有利的，因为这类菌为兼性厌氧菌，菌体内的某些酶系统的组分在有氧时才能合成，这类工艺最好使这些反硝化菌交替处于好氧、缺氧的环境条件。,5. 碳源 碳源物质主要通过影响反硝化细菌的活性来影响处理系统的脱氮效率。1）废水中所含的有机碳源 硝化细菌是化能自养菌，不需要有机物，当有机物浓度高时，会使生长速率较高的异养菌迅速繁殖，争夺氧气，从而使硝化菌得不到优势。 反硝化细菌是异养菌，当废水中所含碳（BOD5）与总氮的比值大于（3-5):1时
10、，无需外加碳源，即可达到脱氮目的。,2）外加碳源 当废水BOD5:总氮（3-5):1时，需投加碳源才能达到理想的除氮效果。 外加碳源多采用甲醇，其氧化分解产物多为二氧化碳和水。 目前反硝化投加有机碳源一般利用原污水中的有机物。,3）内碳源 主要指活性污泥微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳，也称为二次基质。优点：利用内碳源，可使在废水碳氮比较低时不必外加碳源也可达到脱氮目的，并且污泥产率低可减少污泥处理的费用。缺点：利用内碳源，要求反应器的泥龄长、污泥负荷低，使微生物处于生长曲线稳定期的后部或衰亡期，反硝化速度极低，为前两种方法的十分之一左右。,6.有毒物质 某些重金属、络合阴离子和有毒有机物对
11、硝化细菌有毒害作用。 氨态氮和亚硝态氮对硝化细菌也有影响 有研究，当污水中氨氮浓度小与200mg/L，亚硝态氮浓度小于100mg/L时，对硝化作用没有影响。,三、微生物脱氮工艺,要使废水中的氮最终转化成氮气而从废水中逸出，需要通过好氧硝化作用将氨氮转化为硝态氮，然后在缺氧条件下反硝化脱氮。传统的脱氮工艺采用先硝化、后反硝化的工艺流程。,生物脱氮工艺的类型,按脱氮所用的碳源,内碳源,外加碳源,按细菌存在的状态,膜法系统,悬浮污泥系统,单级系统（去碳、硝化、反硝化结合）,多级系统（去碳、硝化、反硝化分隔）,生物脱氮工艺传统工艺 三级活性污泥法工艺,有机物的去除（同时进行氨化作用）、硝化和反硝化反应
12、分别在3个反应器内进行，分别设置污泥回流系统，又称为单独硝化工艺或分级硝化工艺。第三级反应器中必须投加氢供体，常用的碳源为甲醇，原污水中的有机物也可作为碳源。该工艺较易控制，BOD去除和脱氮效果好，但流程较长，构筑物较多，基建费用高。后来进行改进，如去碳和硝化在一个反应池中进行，还有将部分原水引入反硝化池，但BOD去除效果略差。,二级活性污泥生物脱氮工艺 （一级、二级合并）,返回,缺氧,生物脱氮工艺流程2,悬浮多级污泥内碳源系统,出水,硝化,虽能保证出水的BOD浓度，但是加长了工艺流程，使其工程造价及工程管理不具竞争性。,缺氧好氧脱氮工艺A1/O(anoxic/oxic denitrifica
13、tion process)脱氮工艺,单级A1/O法工艺是指用一个缺氧反应器和另一个好氧反应器组成的联合系统， 缺氧段位于前面，进行反硝化; 好氧段位于后面，进行硝化和脱碳反应; 从好氧段出来的部分混合液回流至缺氧反应器的进水端，一部分进入二沉池进行泥水分离。我国已采用该方法进行城市污水的脱氮处理。,剩余污泥,A1/O法工艺流程示意图,反硝化过程所需要的碳源直接来源于污水，不必外加,沉淀,A1/O工艺的优缺点,优点： 同时去除有机物和氮，流程简单，构筑物少，只有一个污泥回流系统和混合液回流系统，节省基建费用。 反硝化缺氧池不需外加有机碳源，降低了运行费用。 因为好氧池在缺氧池后，可使反硝化残留的
14、有机物得到进一步去除，提高了出水水质（残留有机物进一步去除）。 缺氧池中污水的有机物被反硝化菌所利用，减轻了其它好氧池的有机物负荷，同时缺氧池中反硝化产生的碱度可弥补好氧池中硝化需要碱度的一半。（减轻了好氧池的有机物负荷，碱度可弥补需要的一半）。,返回,A1/O工艺的优缺点,缺点： 脱氮效率不高，一般N=（7080）% 好氧池出水含有一定浓度的硝酸盐，如二沉池运行不当，则会发生反硝化反应，造成污泥上浮，使处理水水质恶化。,返回,A1/O工艺的影响因素-1,1. 水力停留时间t t反硝化 2h，t硝化6h，t硝化：t反硝化=(3-4)：1，N达到（70-80）%，否则N2. 进入硝化好氧池中BO
15、D580mg/L3. 硝化好氧池中DO=2mg/L4. 反硝化缺氧池污水中溶解性BOD5/TN的比值应大于4，以保证反硝化过程中有充足的有机碳源。5. 混合液回流比RN：RN不仅影响脱氮效率，而且影响动力消耗。,A1/O工艺的影响因素-2,6. MLSS3000mg/L，否则N。7. 污泥龄c（ts）应为30d。8. 硝化段的污泥负荷率：BOD5/MLSS 负荷率0.18kgBOD5/（kgMLSSd）；硝化段的TKN/MLSS负荷率0.05kgTKN/KgMLSS.d。9. 温度：硝化最适宜的温度2030。 反硝化最适宜的温度2040。10. PH值：硝化最佳PH=7.88.4。（好氧段7.0-8.0） 反硝化最佳PH=6.57.5。（缺氧段） 碱度过低限制硝化效率，过高浪费。11. 原污水总氮浓度TN30mg/L。,
