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1、山东新华制药股份有限公司东园污水生物脱氮工艺改造项目开 题 报 告 2一、文献综述1、活性污泥法1.1 活性污泥法简介 活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。该法是在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养，形成活性污泥。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物。然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。 影响活性污泥过程工作效率(处理效率和经济效益)的主要因素是处理方法的选择与曝气池和沉淀池的设计及运行。 1.2 活性污泥法的基本组成 1.2.1 曝气池，是反应主体，主要由池体、曝气系统和进出水口三个部
2、分组成。活性污泥法是需氧性生物处理方法，在处理过程中，为了维持微生物的生命活动，必须保证水中有一定量的溶解氧。所谓曝气，就是不断地把空气打入水中，或利用机械搅拌作用使空气中的氧溶入水中。曝气方法主要有鼓风曝气和机械曝气。鼓风曝气，又称压缩空气曝气。采用这种方法的曝气池，多为长方形混凝土池，池内用隔墙分为几个单独进水的隔间，每一隔间又分成几条廊道。污水入池后顺次在廊道内流动，至另一端排出。空气是用空气压缩机通过管道输送到设在池底的空气扩散装置，成为气泡弥散逸出，在气液界面把氧气溶入水中。扩散装置有多孔管、固定螺旋曝气器、水射器和微孔扩散板等四种不同型式。 新华制药 3采用的是鼓风曝气。机械曝气，
3、一般是利用装在曝气池内的机械叶轮转动，剧烈搅动池内废水，使空气中的氧溶入水中。叶轮装在池内废水表面进行曝气的，称为表面曝气。这种装置通过叶轮的提水作用,促使池内废水不断循环流动,不断更新气液接触面以增大吸氧量。叶轮旋转时在周缘形成水跃，可有效地裹入空气；叶片后侧产生负压，可吸入空气，所以充气效果较好。叶轮浸水深度和转速可以调节，以保证最佳效果。典型的机械曝气池有圆形表面加速曝气池、标准型加速曝气池、IO 型加速曝气池和方形加速曝气池等。鼓风曝气和机械曝气两种方法有时也可联用，以提高充氧能力，这适用于有机物浓度较高的污水。 近年来，又创造出一些新型曝气方法，如深井曝气、纯氧或富氧曝气和配合其他生
4、物处理方法的曝气等。深井曝气一般用直径16 米、深达 50150 米的曝气池,利用水压来提高水中氧的移转速率,以高效去除污水中 BOD（生化需氧量） 。这种曝气池已在英国、德意志联邦共和国、法国、加拿大、美国、日本先后投入运行或实验运行。纯氧曝气是按鼓风曝气方法向水中鼓入纯氧或富氧空气，池型一般如鼓风曝气池,上加密封盖,以充分提高充氧效率。另外还在研究和发展一些特殊型式的曝气池，如生物接触氧化和生物膜载体流化床曝气池等。曝气池在朝着高效率、小体积、节省能源的方向发展。 41.2.2 二沉池，进行泥水分离，保证出水水质；保证回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。1.2.3 回流系统，维持曝气池的污泥
5、浓度；改变回流比，改变曝气池的运行工况。1.2.4 剩余污泥排放系统，是去除有机物的途径之一；维持系统的稳定运行。 1.2.5 供氧系统，提供足够的溶解氧。 1.3 活性污泥系统有效运行的基本条件 1.3.1 废水中含有足够的可容性易降解有机物；1.3.2 混合液含有足够的溶解氧； 1.3.3 活性污泥在池内呈悬浮状态；1.3.4 活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；1.3.5 无有毒有害的物质流入。1.4 活性污泥法的原理典型的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。从空气压缩机站送来的压
6、缩空气，通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置，以细小气泡的形式进入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，还使混合液处于剧烈搅动的状态，形成悬浮状态。溶解氧、活性污泥与污水互相混合、充分接触，使活性污泥反应得以正常进行。 5第一阶段，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，这是由于其巨大的比表面积和多糖类黏性物质。同时一些大分子有机物在细菌胞外酶作用下分解为小分子有机物。 第二阶段，微生物在氧气充足的条件下，吸收这些有机物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供给自身的增殖繁衍。活性污泥反应进行的结果，污水中有机污染物得到降解而去除，活性污泥本身得以繁衍增长，污水则得以净化处理。经过
7、活性污泥净化作用后的混合液进入二次沉淀池，混合液中悬浮的活性污泥和其他固体物质在这里沉淀下来与水分离，澄清后的污水作为处理水排出系统。经过沉淀浓缩的污泥从沉淀池底部排出，其中大部分作为接种污泥回流至曝气池，以保证曝气池内的悬浮固体浓度和微生物浓度；增殖的微生物从系统中排出，称为“剩余污泥”。事实上，污染物很大程度上从污水中转移到了这些剩余污泥中。活性污泥法的原理形象说法：微生物“吃掉”了污水中的有机物，这样污水变成了干净的水。它本质上与自然界水体自净过程相似，只是经过人工强化，污水净化的效果更好。2 生物脱氮2.1 原理生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和 NH3-N 转化为 N2和NxO
8、气体的过程 1。废水中存在着有机氮、NH 3-N、NO x -N 等形式的氮，而其中以NH3-N 和有机氮为主要形式。在生物处理过程中，有机氮被异养微生 6物氧化分解，即通过氨化作用转化为成 NH3-N，而后经硝化过程转化变为 NOx -N，最后通过反硝化作用使 NOx -N 转化成 N2，而逸入大气。由此可见，进行生物脱氮可分为氨化硝化反硝化三个步骤。由于氨化反应速度很快，在一般废水处理设施中均能完成，故生物脱氮的关键在于硝化和反硝化。2.1.1 氨化作用氨化作用是指将有机氮化合物转化为 NH3-N 的过程，也称为矿化作用。参与氨化作用的细菌称为氨化细菌。在自然界中，它们的种类很多，主要有好
9、氧性的荧光假单胞菌和灵杆菌、兼性的变形杆菌和厌氧的腐败梭菌等。在好氧条件下，主要有两种降解方式，一是氧化酶催化下的氧化脱氨 2。例如氨基酸生成酮酸和氨：（2-1）丙氨酸 亚氨基丙酸法 丙酮酸另一是某些好氧菌，在水解酶的催化作用下能水解脱氮反应。例如尿素能被许多细菌水解产生氨，分解尿素的细菌有尿八联球菌和尿素芽孢杆菌等，它们是好氧菌，其反应式如下：(2-2)在厌氧或缺氧的条件下，厌氧微生物和兼性厌氧微生物对有机氮化合物进行还原脱氨、水解脱氨和脱水脱氨三种途径的氨化反应。(2-3) 7(2-4)(2-5)2.1.2 硝化作用硝化作用是指将 NH3-N 氧化为 NOx -N 的生物化学反应，这个过程
10、由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成，包括亚硝化反应和硝化反应两个步骤。该反应历程为：亚硝化反应 (2-6)硝化反应 (2-7)总反应式 (2-8)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。硝酸菌有硝酸杆菌属、硝酸球菌属。亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌 22。发生硝化反应时细菌分别从氧化 NH3-N 和 NO2 -N 的过程中获得能量，碳源来自无机碳化合物，如 CO32 、HCO 、CO 2等。假定细胞的组成为 C5H7NO2，则硝化菌合成的化学计量关系可表示为：亚硝化应 (2-9)硝化反应 (2-10)在综合考虑了氧化合成后，实际应用中的硝化反应总方程式为：(2-11)由上式可以看出硝化过
11、程的 三个重要特征： 8NH 3的生物氧化需要大量的氧，大约每去除 1g 的 NH3-N 需要4.2gO2；硝化过程细胞产率非常低，难以维持较高物质浓度，特别是在低温的冬季；硝化过程中产生大量的质子（H +），为了使反应能顺利进行，需要大量的碱中和，理论上大约为每氧化 1g 的 NH3-N 需要碱度5.57g(以 NaCO3计)。2.1.3 反硝化作用反硝化作用是指在厌氧或缺氧（DO0.3-0.5mg/L）条件下，NOx -N 及其它氮氧化物被用作电子受体被还原为氮气或氮的其它气态氧化物的生物学反应，这个过程由反硝化菌完成 3-4。反应历程为：(2-12)(2-13)(2-14)H可以是任何能
12、提供电子且能还原 NOx -N 为氮气的物质，包括有机物、硫化物、H +等。进行这类反应的细菌主要有变形杆菌属、微球菌属、假单胞菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属等兼性细菌，它们在自然界中广泛存在。有分子氧存在时，利用 O2作为最终电子受体，氧化有机物，进行呼吸；无分子氧存在时，利用 9NOx -N 进行呼吸。研究表明，这种利用分子氧和 NOx -N 之间的转换很容易进行，即使频繁交换也不会抑制反硝化的进行。大多数反硝化菌能进行反硝化的同时将 NOx-N 同化为 NH3-N而供给细胞合成之用，这也就是所谓同化反硝化。只有当 NOx-N作为反硝化菌唯一可利用的氨源时 NOx-N 同化代谢才可
13、能发生。如果废水中同时存在 NH3-N，反硝化菌有限地利用 NH3-N 进行合成。2.1.4 同化作用在生物脱氮过程中，废水中的一部分氮（NH 3-N 或有机氮）被同化为异养生物细胞的组成部分。虽然微生物的内源呼吸和溶胞作用会使一部分细胞的氮又以有机氮和 NH3-N 形式回到废水中，但仍存在于微生物的细胞及内源呼吸残留物中的氮可以在二沉池中得以从废水中去除。2.2 生物脱氮过程的主要影响因素2.2.1 温度生物硝化反应的适宜温度范围为 2030，15以下硝化反应速率下降，5时基本停止。反硝化适宜的温度范围为 2040，15以下反硝化反应速率下降。实际中观察到，生物膜反硝化过程受温度的影响比悬浮污泥法小，另外，流化床反硝化温度的敏感性比生物转盘和悬浮污泥的小得多。2.2.2 溶解氧生物消化反应器内宜保持溶解氧的浓度在 2.0mg/L 以上。2.2.3 pH硝化菌对 pH 变化十分敏感，pH 在 7.08.0 时，亚硝酸菌的活性最好；而硝酸菌在 pH 值为 7.78.1 时活性最好。当 pH 降到 5.5
