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1、水污染控制工程唐玉朝唐玉朝 安徽建筑工业学院环境科学与工程系安徽建筑工业学院环境科学与工程系E-mail: E-mail: Department of Environmental Science and Department of Environmental Science and Engineering, , AnhuiAnhui University of University of Architecture Copyright Reserved! 第六节 生物脱氮与除磷内容1. 概述2. 生物脱氮原理与工艺3. 生物除磷原理与工艺4. 同步脱氮除磷工艺5. 脱氮除磷工艺设计计算Water
2、 Pollution Control Engineering1.概述水体富营养化是当前水环境污染面临的重大问题，富营养化造成水质恶化，生态平衡破坏，鱼类和水生生物死亡，还对饮用水安全造成严重的威胁，危害人类健康.氮(N)和磷(P)是引起水体富营养化的关键的物质，低浓度的N和P即可以引起富营养化，(如湖泊地面水水质标准，二级标准P的浓度为0.01 mg/L). 因而，污水处理时如何利用生物技术能将N, P物质去除是当今污水处理的重要内容，尤其是磷的去除.Water Pollution Control Engineering1.概述含N化合物在水中存在形态，有机N、氨N、亚硝酸盐N、硝酸盐N。总氮
3、(TN)是四种含N化合物和；凯氏氮(KN)是有机N与氨N。城市污水经过传统的二级生化处理，有机物可以转化为 CO2, H2O等, 但是有机物中的氮不能有效去除，少部分可以通过同化作用转化为生物细胞有机体组分(通过剩余污泥)而去除，大部分只能转化为溶解性的无机氮, (一般为NH3, 有少量NO2-, NO3-), 无法从水中直接去除，生物脱N是通过将这些物质转化为不溶解于水的N2而从水中去除的. Water Pollution Control Engineering1.概述二级污水处理工艺活性污泥对N去除率按照BOD:N=100:5:1计算，城市污水进水BOD一般可达到200mg/L左右，这样以
4、微生物需要的营养计算，则剩余污泥可以去除10mg/L的氮和2mg/L左右的磷(存在污泥中, 不同的工艺有差异)。以同化作用将N, P转移出污水系统。(微生物利用的NP还会因内源代谢释放)高浓度工业废水的氮可以用物理吹脱，低浓度的饮用水 氮一般以化学方法(加氯氧化)去除，污水氮一般以生物方法去除。如果同时富含高浓度磷，则常形成磷酸镁铵作为化学肥料回收。Water Pollution Control Engineering1.概述化学方法脱N(折点加氯 )：NH4+ + HOCl = NH2Cl + H+ + H2ONH2Cl + HOCl = NHCl2 + H2ONHCl2 + HOCl =
5、NCl3 + H2O2NH2Cl + HOCl N2 + 3HCl +H2O余氨的吹脱(针对氨)：游离的氨容易挥发，可以空气吹脱到 大气中去.Mg2+ +PO43- + NH4+ +6H2O =Water Pollution Control EngineeringMgNH4 PO4 6H2O 2. 生物脱氮原理与工艺n一. 生物脱氮原理1.1 生物脱氮基本过程1.2 影响生物脱氮的环境因素n二. 生物脱氮工艺2.1 三级生物脱氮工艺2.2 两级生物脱氮工艺2.3 单级生物脱氮工艺 2.4 A/O工艺n三. 生物脱氮新理论3.1 同步硝化反硝化;3.2 短程硝化反硝化;3.3 厌氧 氨氧化2.
6、生物脱氮原理工艺Water Pollution Control Engineering生物脱氮原理一. 生物脱氮原理除同化作用可以部分除氮, 生物脱氮主要由反硝化过程实现.1.1 基本过程: 氨化:在氨化菌作用下, 有机物中的氮被转化为 氨氮, 有机物同时得到降解：有机N NH3硝化:分为两个步骤-亚硝化和硝化. 在好氧条件下,亚硝化菌将 NH4+转化为NO2, 进一步在硝化菌作用下转化为NO3:NH4+ +1.5O2 NO2 + 2H+ + H2O (亚硝化)NO2 + 0.5O2 NO3 (硝化) 总反应:NH4+ +2O2 NO3 + 2H+ + H2OWater Pollution C
7、ontrol Engineering生物脱氮原理反硝化:在缺氧条件下, 反硝化菌作用将NO3转化为N2(异化反硝化,占96)或生物体 (同化反硝化,占4). 6NO3+5C 3N2 + 6OH+ H2O + 5CO2NO3 NO2 NO N2O N2NO3 + C + H+ C5H7O2N + H2ONO3 NO2 有机含N物质异化同化Water Pollution Control Engineering生物脱氮原理1.2. 影响生物脱氮的因素氨化:氨化菌是异养菌, 对环境条件要求不苛刻, 好氧或厌氧均可, 对酸碱, 温度的适应范围宽.Water Pollution Control Engin
8、eering生物脱氮原理(亚)硝化:亚硝化菌和硝化菌均为化能自养菌. (A).溶解氧, 需要好氧的条件, DO2, 每mol氨经过亚硝化需 1.5mol O2, 硝化需0.5mol O2(B).酸碱, 中性或弱碱性 (亚硝化产生酸!),最宜在pH 8.0-8.4 左右. (C).温度, 20-30最佳 (15迅速降低,5反应停止) .(D). C/N比，BOD低才能维持硝化菌生长(异养微生物竞争, BOD越高硝化菌比例越小)Water Pollution Control Engineering生物脱氮原理反硝化:反硝化菌是异养菌,兼性厌氧菌. (A). 碳源(外加, 利用污水有机物, 或内源呼
9、吸)(B). 酸碱, pH最宜在 6.5-7.5(C).溶解氧, 需少的DO或间歇有氧缺氧, DO4)；l2. 除磷时，污水中的五日生化需氧量与总磷之比宜大 于17(C/P17)；l3. 同时脱氮、除磷时，宜同时满足前两款的要求；l4 .好氧区（池）剩余总碱度宜大于70mg/L（以CaCO3 计），当进水碱度不能满足上述要求时，应采取增加 碱度的措施。脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineeringn1.2脱氮设计计算:l当仅需脱氮时，宜采用缺氧好氧法（AN/O 法）。l1. 生物反应池的容积，按活性污泥法一般公式计算时 ，反应池中缺氧区（池）的水力停留时
10、间宜为0.53h。l2. 生物反应池的容积，采用硝化、反硝化动力学计算时，按下列规定计算。脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineering脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineering脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineeringn1) 缺氧区(池)容积，可按下列公式计算：Vn =lNk - 进水凯氏氮浓度(总氮更妥Nt)lNte - 出水总氮浓度lKde-脱氮速率, 温度校正: Kde(T)=Kde(20) 1.08(T-20)l0.12-活性污泥的N元素占污泥VSS的比例脱
11、N除P工艺计算Water Pollution Control Engineeringn2) 好氧区(池)容积，可按下列规定计算：V=n其他并无差异, 污泥龄(好氧池)co= FF:安全系数, n硝化菌比增殖速率脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineeringn硝化菌比增殖速率:nnm 硝化菌最大比增殖速率;nNa 硝化菌的底物浓度,即NH3浓度;nKn 硝化反应的半速度常数;nDO 溶解氧浓度nKo 溶解氧影响的开关系数;nKdn 硝化菌的内源代谢系数。脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineeringn硝化池内DO浓度
12、较高，如果忽略内源代谢，忽略溶解氧影响的开关系数，再考虑温度影响：脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineeringn3）需氧量计算：n与一般的活性污泥相比，增加了因为硝化而需要的氧 ，该部分就是凯氏氮的去除总量氮的氧当量系数4.57:n氮的总去除量：n所以需氧量(生物脱氮工艺的理论需氧量)：脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineeringn如果工艺具有前置反硝化(或反应器不分开)，则由于 反硝化可以以NO3代谢掉部分有机物，所以这部分“ 节省”的氧应该扣除(除非外加碳源)：nNk0，Nke分别为进水出水凯氏氮浓度；nN
13、t0，Nte分别为进水出水总氮浓度。脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineeringl4.57:1mol的氨N(14g)彻底氧化需要转移8mol电子, 即2mol O2(64g)64/14=4.57l2.86:1mol硝酸根还原转移5mol电子, 即1.25mol O2(40g)40/14=2.86Water Pollution Control Engineering脱N除P工艺计算n4）混合液回流比，可按下列公式计算：l假设理想反应器(AN/O工艺)，有机N和氨N在好氧反应 器内可以完全氧化为NO3-；回流到缺氧反应器的NO3- 可以完全被反硝化为N2：
14、l则，好氧反应器O的末端出水硝酸盐N的总量，是浓度 Nte与流量的积：(RiR+1)QNtel与原进水总N量相等：QNt0(RiR+1)QNte= QNt0脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineeringn(RiR+1)QNte QNt0n(RiR+1) Nte Nt0= N去除率 加大内回流比可以提高N去除率,一般Ri400%. 如假设R为0.5, Ri=2.5, 去除率75%; Ri=3, 去除率77.8%; Ri=3.5, 去除率80%脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineeringl出水碱度=进水碱度+0.1(
15、S0-Se) +3.57反硝化 去除的N 7.14 氨氧化的Nn出水碱度宜大于70mg/L。脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineeringn1.3 设计举例:n1).A2O工艺(规范建议同步脱氮除磷选择工艺)n2).氧化沟工艺脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineering脱N除P工艺计算Water Pollution Control Engineering1).A2O工艺例题：流量,平均日20000m3， 进水：COD-450, BOD5-185, SS-250, TKN-40, TP- 5 出水：COD-70,
16、BOD-20, SS-20, TN-15, TP-1先计算污水设计流量:一级构筑物Kz为1.59; 生化处理构筑物 Kz 为1.30.二级生化处理构筑物反应器容积计算方法：n方法1：按照反硝化速率和硝化菌比增殖速率；n方法2：按照污泥负荷. Water Pollution Control Engineering脱N除P工艺计算n方法1：按照反硝化速率和硝化菌比增殖速率：(1):厌氧池计算：水力时间V=QtQ为设计流量,Q=平均流量变化系数，t为水力停留时间，h 。t取2.0h，变化系数取1.3，平均流量833m3/hV=8331.32.0=2166 m3厌氧池容积2166 m3,水力停留时间2.0hW
