废水生物脱氮除磷

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1、第四章 废水生物脱氮除磷技术,第一节 水体中的氮及其危害性 第二节 废水生物脱氮技术 第三节 废水生物除磷与同步脱氮除磷技术,第一节 水体中的氮及其危害性,一、存在形式及其来源 氮以有机氮和无机氮两种形态存在于水体中。 1. 有机氮 蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等。 来源：生活污水、 农业废弃物（植物秸秆、牲畜粪便等）、 工业废水（食品加工、印染、制革、食 品加工等）,2. 无机氮 氨氮、亚硝态氮和硝态氮。 来源：有机氮的微生物分解 农田排水 工业废水（炼焦、化肥）,二、氮污染的危害,城市污水中的氮主要以氨氮存在。 氨氮消耗水体中的溶解氧。 氨氮会与氯作用生成氯胺，并被氧化为氮。 氮化合物对人和

2、生物有毒害作用。 加速水体的“富营养化”过程。,第二节 废水生物脱氮技术,一、生物脱氮的基本原理 生物脱氮过程主要由两段工艺共同完成： 硝化作用：氨氮 硝酸盐氮 反硝化作用： 硝酸盐氮 气态氮,图421 生物脱氮过程示意图,1、硝化反应,硝化反应由两组自养好氧微生物完成： 亚硝酸盐细菌（Nitrosomonas） 硝酸盐细菌（Nitrobacter） 硝化作用是指由硝化菌将氨氮氧化成硝酸盐氮的过程。,硝化过程分为两个阶段： 第一步： 亚硝化菌 氨氮 亚硝酸盐 亚硝化菌包括亚硝酸盐单胞菌属和亚硝酸 盐球菌属。 第二步： 硝化菌 亚硝酸盐 硝酸盐 硝化菌包括硝酸盐杆菌属、螺旋菌属和球 菌属。,反应

3、式：,NH4+ + 1.382 O2 + 1.982 HCO3- 0.982NO2- + 1.036 H2O + 1.891H2CO3 + 0.018C5H7O2N (1) NO2- + 0.488O2 + 0.01H2CO3 + 0.003HCO3- + 0.003NH4+ NO3- + 0.008H2O + 0.003 C5H7O2N (2),总反应式： NH4+ + 1.86 O2 + 1.982 HCO3- 0.982NO3- + 1.044 H2O + 1.881H2CO3 + 0.021C5H7O2N （3） 由（3）可知： 硝化反应消耗碱度和氧气 每氧化1mg NH4+ - N

4、为 NO3- - N 需消耗 7.14mg CaCO3, 需氧 4.57 mg,硝化反应的环境条件：,1）好氧条件，并保持一定的碱度。 2）混合液中有机物含量不应过高，BOD5应 在1520mg/L以下。 3) 适宜温度是2030，15时速度下降， 5时完全停止。 4）污泥龄必须大于其最小的世代时间。 5）重金属、高浓度的NH4+-N和NOx-N对硝 化反应有抑制作用。,2、反硝化过程,是指由一群异养微生物，将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，在无氧或低氧条件下还原转化为气态氮或氮氧化物的过程。 反硝化细菌包括：假单胞菌属、反硝化杆菌属、小球菌属、嗜气杆菌属、碱杆菌属等。 反硝化过程中NO2-和NO3-的

5、转化是通过反硝化细菌的同化作用和异化作用来完成的。其中异化作用去除 的氮占7075。,NO2- + 3H(电子供体有机物） N2 + H2O+ OH- NO3- + 5H(电子供体有机物） N2 +2H2O+OH- 可见，反硝化过程产生部分碱度，但同时需要有机物，如果污水中没有足够的有机物，一般投加甲醇。,反硝化反应的影响因素：,1）碳源 2）pH 6.57.5 3）溶解氧 0.5mg/L以下 4）温度 2040,二、生物脱氮工艺,（一）活性污泥法脱氮传统工艺 是由Barth开创的所谓3级活性污泥法流程，包括氨化、硝化、反硝化三项反应过程。,图4-2-2 活性污泥传统脱氮工艺（3级活性污泥 法

6、流程）,图4-2-3 2级活性污泥脱氮系统,图4-2-4 单级活性污泥脱氮系统,三、生物脱氮原理的新认识及 相应工艺,最近的一些研究表明：硝化过程不仅有自养菌完成，异养菌也可以参与硝化作用；某些微生物在好氧条件下也可以进行反硝化作用。 理论解释： 1.微环境的存在，是同时硝化反硝化现象的最主要原因； 2.从微生物发展的角度也提出可能存在的、目前尚未被认识的微生物菌种（如好氧条件下的反硝化细菌）能使同时硝化反硝化现象发生。,缺氧一好氧活性污泥法脱氮系统 （A / O法）,是于80年代初期开创的工艺流程，其主要特点是将反硝化反应器置放在系统之首，故又称为“前置式反硝化生物脱氮系统”。,图4-2-5

7、 缺氧一好氧活性污泥法脱氮系统,系统的特征：,（1）反硝化反应器在前，BOD去除、硝化两 项反应的综合反应器在后； （2）反硝化反应以原废水中的有机物为碳源； （3）硝化液回流； （4）反硝化反应过程产生的碱度可补偿硝化反 应消耗碱度的一半左右； （5）流程简单，不需外加碳源。,系统的不足之处：,（1）沉淀池如运行不当，池内会产生反硝化反 应，污泥上浮，处理水水质恶化。 （2）系统的脱氮率较低，一般在85以下。,第三节 废水生物除磷与同步脱 氮除磷技术,一、除磷技术的发展 污水除磷技术的发展起源于生物超量吸磷现象的发现。 20世纪50年代到60年代初，Srinath等人在污水处理厂的生产性运行

8、中，观察到生物超量吸磷的现象。 70年代的研究工作弄清了生物除磷所需的运行条件，并有意识的将其工程化。,80年代到90年代，通过全面的基础研究及生产性研究和工程运转经验的总结，污水生物除磷的理论及技术均获得了重大进展及突破。,废水中磷的存在形式：磷酸盐（H2PO4- 、 HPO42- 和 PO43-）、聚磷酸盐和有机磷。 生物除磷就是利用聚磷菌(polyphosphate accumulation organisms, PAOs)一类的细菌，过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并将其以聚合形态储藏在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷的效果。,二、生物除磷的基本原理,1.聚磷菌的磷

9、过量摄取,在好氧条件下，聚磷菌 ADP + H3PO4+ 能量 ATP + H2O H3PO4的大部分是通过主动输送的方式从外部环境摄入的，一部分用于合成ATP,另一部分则用于合成磷酸盐。这一现象就是“磷的过量摄取”。,2.聚磷菌的放磷,在厌氧条件下，聚磷菌体内的ATP水解，放出H3PO4和能量，形成ADP,即： ATP + H2O ADP + H3PO4+ 能量,三、生物处理过程中除磷途径小结,研究结果表明，超量除磷主要是生物作用的结果，但生物超量除磷并不能完全解释某些条件下出现的除磷性能，生物诱导的化学除磷可能是生物除磷的补充。在生物除磷系统中磷的去除可能包括下列5种途径。,生物超量除磷

10、污泥含磷量可达37 正常磷的同化作用 微生物合成消耗磷 正常液相沉淀 pH 阳离子浓度 加速液相沉淀 生物膜沉淀 细菌反硝化作用使膜内pH 升高，导致磷从液相进入无机相。,四、影响生物除磷过程的因素,1.溶解氧 磷摄取过程要求充足的氧，放磷 的过程应保持绝对厌氧的条件。 2.污泥龄 一般污泥龄短的系统产生的剩余 污泥量较多，可以取得较高的除磷效果。 3.温度和pH值 530 pH 68 4.BOD负荷 较高的BOD负荷可取得较好 的除磷效果。 5.硝酸氮和亚硝酸氮 抑制磷的释放,五、生物除磷工艺,1.福斯特利帕（Phostrip）除磷工艺 它是1972年开发的一种将生物除磷和化学除磷相结合的一

11、种工艺。,图4-3-1 福斯特利帕除磷工艺流程,本工艺的特点：,1.除磷效果好 处理水磷低于1mg/L 2.污泥含磷高 2.17.1 3.石灰用量低。,存在问题： 流程复杂，建设费用和运行费用高； 沉淀池（）底部可能形成缺氧状态，而释放磷。,2.厌氧好氧除磷工艺,图4-3-2 厌氧好氧除磷工艺流程,本工艺流程简单，建设和运行费用都较低，厌氧反应器能够保持良好的厌氧状态。 存在的问题有：由于微生物对磷的吸收有一定限度，故除磷率难以进一步提高；沉淀池易于产生磷的释放现象，应及时排泥和回流。,六、同步脱氮除磷工艺,1.巴登福（Bardenpho)同步脱氮除磷 工艺 Bardnard 首先发现了硝化/

12、反硝化过程中除磷的效果，并最先研究和开发了既能脱氮又能除磷的污水处理工艺，如Bardenpho工艺,本工艺的主要优点是各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功能，并兼行二、三项功能，脱氮、除磷效果良好。 存在的问题是工艺复杂，反应器单元多，运行繁琐，成本高。,2. A-A-O法同步脱氮除磷工艺,图4-3-7 A-A-O法同步脱氮除磷工艺流程,本工艺存在问题： 1）脱氮效果难以提高； 2）污泥增长受到一定限度，除磷效果 也不易提高； 3）沉淀池溶解氧含量不宜过高，防止循环液对缺氧反应器的干扰。,3. 福列德克斯（Phoredox）脱氮 除磷工艺,是巴登福工艺的改进，主要是在第1厌氧反应

13、器之前再加一厌氧反应器，以强化磷的释放，从而能够保证在好氧条件下，有更强的吸收磷的能力，以提高除磷效果。,我劝一个草率结婚的朋友离婚。她平静的告诉我，如果说当初鲁莽结婚是个错误。那么，现在草率离婚是一错再错。这位朋友后来还是离婚了，大家一致认为她的行为很理性。 同样的故事正在互联网搜索巨头谷歌身上发生，但是谷歌选择了草率“离婚”。 饮鸩止渴 由于急于抑制苹果iphone手机翻天覆地的产业冲击，谷歌采取急功近利的粗糙型开放策略。饮鸩止渴的策略一时取得了成果。市场研究公司尼尔森最近公布的数据显示，在通过Verizon Wireless、AT&T和Sprint Nextel三大运营商经销后，谷歌An

14、droid手机在美国市场上的销售量已经超过iPhone。另一家市场研究公司iSuppli甚至认为，全球范围内使用Android操作系统的手机数量将在 2012年超过苹果iPhone。 表面繁华的背后，是Android生态系统的一团糟，谷歌正在为自己的粗放型开放策略买单。 用户对谷歌手机的态度从开始的好奇、后来的犹豫，变成强烈的批评。“大多Android手机程序都是垃圾，乱七八糟的”，一位手机发烧友迅速投奔了iphone的阵营：“同样的植物人大战僵尸游戏，在谷歌手机和iphone手机上的体验简直没法比” 混乱，还是混乱。一切一切的乱象，折射出谷歌已经失去对Android生态系统的控制。这一切的根

15、源，我的判断是开放策略初期过于宽松，导致失去控制权。混乱的生态系统表现在用户手机上，就是应用程序的混乱和粗燥。 一错再错 为此，谷歌开始采取对策。最近，有国内厂商称新的Android3.0开始关闭应用程序的API(应用程序编程接口)，统一Android界面。这意味着，谷歌将放弃其初始开放策略，开始封闭管理。 粗看之下，谷歌认识到自己的错误。既然是过度开放导致的错误，那么收紧开放尺度是很自然的逻辑，无懈可击。但我认为，谷歌仓促收紧开放策略仍然是个错误。打个比喻。如果过度开放的政策是草率结婚，那么草率的封闭就是草率离婚。这么判断的原因很简单，谷歌把Android开放出去的那一天，Android已经不属于谷歌。谷歌没有认识到这一点，还以为Android只是自己的。 合作伙伴对谷歌封闭政策的反应加强了我的判断结论。经济观察报报道，国内第一家生产基于Android平台手机的设计公司创杨通信，近日已经被迫出售。创杨通信负责人给出的出售理由是，“因为不愿意甘当炮灰而选择放弃。” 按照目前Android3.0将统一界面的想法，未来的手机市场将出现毫无差异化的产品。这对于企业来说，几乎意味着不可避免的价格战。利润空间的微薄，导致合作伙伴生存环境恶劣。于是大量退出几乎是一种必然。