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1、水污染控制工程水污染控制工程唐玉朝唐玉朝唐玉朝唐玉朝 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: DepartmentofEnvironmentalScienceandDepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering, ,AnhuiAnhuiUniversityofUniversityofArchitectureCopyrightReserved!第六节第六节 生物脱氮与除磷生物脱氮与除磷内容内容 1.概述概述2.生物脱氮原理与工艺生物
2、脱氮原理与工艺3.生物除磷原理与工艺生物除磷原理与工艺4.同步脱氮除磷工艺同步脱氮除磷工艺5.脱氮除磷工艺设计计算脱氮除磷工艺设计计算Water Pollution Control Engineering1.概述概述 水体富营养化是当前水环境污染面临的重大问题，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，危害人类健康死亡，还对饮用水安全造成严重的威胁，危害人类健康.氮氮(N)和磷和磷(P)是引起水体富营养化的关键的物质，低是引起水体富营养化的关键的物质，低浓度
3、的浓度的N和和P即可以引起富营养化，即可以引起富营养化，(如湖泊地面水水质标如湖泊地面水水质标准，二级标准准，二级标准P的浓度为的浓度为0.01mg/L).因而，污水处理时如因而，污水处理时如何利用生物技术能将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物质去除是当今污水处理的重要内容，尤其是磷的去除内容，尤其是磷的去除.Water Pollution Control Engineering1.概述概述含含N化化合合物物在在水水中中存存在在形形态态，有有机机N、氨氨N、亚亚硝硝酸酸盐盐N、硝硝酸酸盐盐N。总总氮氮(TN)是是四四种种含含N化化合合物物和和；凯凯氏氏氮氮(KN)是有机是有
4、机N与氨与氨N。城城市市污污水水经经过过传传统统的的二二级级生生化化处处理理，有有机机物物可可以以转转化化为为CO2,H2O等等,但但是是有有机机物物中中的的氮氮不不能能有有效效去去除除，少少部部分分可可以以通通过过同同化化作作用用转转化化为为生生物物细细胞胞有有机机体体组组分分(通通过过剩剩余余污污泥泥)而而去去除除，大大部部分分只只能能转转化化为为溶溶解解性性的的无无机机氮氮,(一一般般为为NH3,有有少少量量NO2-,NO3-),无无法法从从水水中中直直接接去去除除，生生物物脱脱N是是通通过过将将这这些些物物质质转转化化为为不不溶溶解解于于水水的的N2而而从从水水中中去去除除的的.Wat
5、er Pollution Control Engineering1.概述概述二二 级级 污污 水水 处处 理理 工工 艺艺 活活 性性 污污 泥泥 对对 N去去 除除 率率 按按 照照BOD:N=100:5:1计计算算，城城市市污污水水进进水水BOD一一般般可可达达到到200mg/L左左右右，这这样样以以微微生生物物需需要要的的营营养养计计算算，则则剩剩余余污污泥泥可可以以去去除除10mg/L的的氮氮和和2mg/L左左右右的的磷磷(存存在在污污泥泥中中,不不同同的的工工艺艺有有差差异异)。以以同同化化作作用用将将N,P转转移移出污水系统。出污水系统。(微生物利用的微生物利用的NP还会因内源代谢
6、释放还会因内源代谢释放)高高浓浓度度工工业业废废水水的的氮氮可可以以用用物物理理吹吹脱脱，低低浓浓度度的的饮饮用用水水氮氮一一般般以以化化学学方方法法(加加氯氯氧氧化化)去去除除，污污水水氮氮一一般般以以生生物物方方法法去去除除。如如果果同同时时富富含含高高浓浓度度磷磷，则则常常形形成成磷磷酸酸镁铵镁铵作为化学肥料回收。作为化学肥料回收。Water Pollution Control Engineering1.概述概述化化学学方方法法脱脱N(折折点点加加氯氯)：NH4+HOCl=NH2Cl+H+H2ONH2Cl+HOCl=NHCl2+H2ONHCl2+HOCl=NCl3+H2O2NH2Cl+H
7、OClN2+3HCl+H2O余余氨氨的的吹吹脱脱(针针对对氨氨)：游游离离的的氨氨容容易易挥挥发发，可可以以空空气气吹吹脱脱到到大气中去大气中去.Mg2+PO43-+NH4+6H2O=Water Pollution Control EngineeringMgNH4PO4 6H2O2.生物生物脱氮原理与工艺脱氮原理与工艺n一一.生物脱氮原理生物脱氮原理1.1生物脱氮基本过程生物脱氮基本过程1.2影响生物脱氮的环境因素影响生物脱氮的环境因素n二二.生物脱氮工艺生物脱氮工艺2.1三级生物脱氮工艺三级生物脱氮工艺2.2两级生物脱氮工艺两级生物脱氮工艺2.3单级生物脱氮工艺单级生物脱氮工艺2.4A/O工
8、艺工艺n三三.生物脱氮新理论生物脱氮新理论3.1同步硝化反硝化同步硝化反硝化;3.2短程硝化反硝化短程硝化反硝化;3.3厌氧厌氧氨氧化氨氧化2.生物脱氮原理工艺生物脱氮原理工艺Water Pollution Control Engineering生物脱氮原理生物脱氮原理一一.生物脱氮原理生物脱氮原理除同化作用可以部分除氮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生物脱氮主要由反硝化过程实现.1.1基基本本过过程程:氨氨化化:在在氨氨化化菌菌作作用用下下,有有机机物物中中的的氮氮被被转转化化为为氨氮氨氮,有机物同时得到降解：有机物同时得到降解：有机有机NNH3硝硝化化:分分为为两两个个
9、步步骤骤-亚亚硝硝化化和和硝硝化化.在在好好氧氧条条件件下下,亚亚硝硝化化菌菌将将NH4+转化为转化为NO2,进一步在硝化菌作用下转化为进一步在硝化菌作用下转化为NO3:NH4+1.5O2NO2+2H+H2O(亚硝化亚硝化)NO2+0.5O2NO3(硝化硝化)总反应总反应:NH4+2O2NO3+2H+H2OWater Pollution Control Engineering生物脱氮原理生物脱氮原理反反硝硝化化:在在缺缺氧氧条条件件下下,反反硝硝化化菌菌作作用用将将NO3转转化化为为N2(异化反硝化异化反硝化,占占96)或生物体或生物体(同化反硝化同化反硝化,占占4).6NO3+5C3N2+6
10、OH+H2O+5CO2NO3NO2NON2ON2NO3+C+H+C5H7O2N+H2ONO3NO2有机含有机含N物质物质异化异化同化同化Water Pollution Control Engineering生物脱氮原理生物脱氮原理1.2.影响生物脱氮的因素影响生物脱氮的因素氨化氨化: 氨氨化化菌菌是是异异养养菌菌,对对环环境境条条件件要要求求不不苛苛刻刻,好好氧氧或或厌厌氧氧均均可可,对酸碱对酸碱,温度的适应范围宽温度的适应范围宽.Water Pollution Control Engineering生物脱氮原理生物脱氮原理(亚亚)硝化硝化:亚硝化菌和硝化菌均为化能自养菌亚硝化菌和硝化菌均为化
11、能自养菌.(A).溶溶解解氧氧,需需要要好好氧氧的的条条件件,DO2,每每mol氨氨经经过过亚亚硝硝化化需需1.5molO2,硝化需硝化需0.5molO2(B).酸酸碱碱,中中性性或或弱弱碱碱性性(亚亚硝硝化化产产生生酸酸!),最最宜宜在在pH8.0-8.4左右左右.(C).温度温度,20-30最佳最佳(15迅速降低迅速降低,5反应停止反应停止).(D).C/N比比，BOD低低才才能能维维持持硝硝化化菌菌生生长长(异异养养微微生生物物竞竞争争,BOD越高硝化菌比例越小越高硝化菌比例越小)Water Pollution Control Engineering生物脱氮原理生物脱氮原理反硝化反硝化:
12、反硝化菌是异养菌反硝化菌是异养菌,兼性厌氧菌兼性厌氧菌.(A).碳源碳源(外加外加,利用污水有机物利用污水有机物,或内源呼吸或内源呼吸)(B).酸碱酸碱,pH最宜在最宜在6.5-7.5(C).溶溶解解氧氧,需需少少的的DO或或间间歇歇有有氧氧缺缺氧氧,DO0.5mg/L,DO过过高则直接以好氧呼吸高则直接以好氧呼吸(D).温度温度,20-40,低于低于15反应迅速降低反应迅速降低由由于于硝硝化化菌菌和和反反硝硝化化菌菌世世代代时时间间长长,所所以以反反应应器器内内生生物物停停留留时间要长时间要长,即即污泥龄要长污泥龄要长Water Pollution Control Engineering生物
13、脱氮原理生物脱氮原理生物脱氮的过程比较生物脱氮的过程比较过程过程氨化氨化亚硝化亚硝化硝化硝化反硝化反硝化(异化异化)能源能源有机物有机物NH4+NO2碳源碳源H受体受体O2O2O2NO3,NO2DO范围宽范围宽好氧好氧好氧好氧缺氧缺氧,4)；l2.除磷时，污水中的五日生化需氧量与总磷之比宜大除磷时，污水中的五日生化需氧量与总磷之比宜大于于17(C/P17)；l3.同时脱氮、除磷时，宜同时满足前两款的要求；同时脱氮、除磷时，宜同时满足前两款的要求；l4.好氧区（池）剩余总碱度宜大于好氧区（池）剩余总碱度宜大于70mg/L（以（以CaCO3计），当进水碱度不能满足上述要求时，应采取增加计），当进水
14、碱度不能满足上述要求时，应采取增加碱度的措施。碱度的措施。脱脱N除除P工艺计算工艺计算Water Pollution Control Engineeringn1.2脱氮设计计算脱氮设计计算:l当仅需脱氮时，宜采用缺氧当仅需脱氮时，宜采用缺氧好氧法（好氧法（AN/O 法法）。）。l1.生物反应池的容积，按活性污泥法一般公式计算时，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）的水力停留时间宜为反应池中缺氧区（池）的水力停留时间宜为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。时，按下列规定计算。脱
15、脱N除除P工艺计算工艺计算Water Pollution Control Engineering脱脱N除除P工艺计算工艺计算Water Pollution Control Engineering脱脱N除除P工艺计算工艺计算Water Pollution Control Engineeringn1)缺氧区缺氧区(池池)容积，可按下列公式计算：容积，可按下列公式计算：Vn=lNk-进水凯氏氮浓度进水凯氏氮浓度(总氮更妥总氮更妥Nt)lNte-出水总氮浓度出水总氮浓度lKde-脱氮速率脱氮速率,温度校正温度校正: Kde(T)=Kde(20)1.08(T-20)l0.12-活性污泥的活性污泥的N元素
16、占污泥元素占污泥VSS的比例的比例脱脱N除除P工艺计算工艺计算Water Pollution Control Engineeringn2)好氧区好氧区(池池)容积，可按下列规定计算容积，可按下列规定计算： V=n其他并无差异其他并无差异,污泥龄污泥龄(好氧池) co= FF:安全系数安全系数,n硝化菌比增殖速率硝化菌比增殖速率脱脱N除除P工艺计算工艺计算Water Pollution Control Engineeringn硝化菌比增殖速率:nnm硝化菌最大比增殖速率硝化菌最大比增殖速率;nNa硝化菌的底物浓度硝化菌的底物浓度,即即NH3浓度浓度;nKn硝化反应的半速度常数硝化反应的半速度常数;nDO溶解氧浓度溶解氧浓度nKo溶解氧影响的溶解氧影响的开关系数开关系数;nKdn硝化菌的内源代谢系数。硝化菌的内源代谢系数。脱脱N除除P工艺计算工艺计算Water Pollution Control Engineeringn硝化池内硝化池内DO浓度较高，如果忽略内源代谢，忽略溶解浓度较高，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：氧影响的开关系数，再考虑温度影响：脱脱N除除P
