污水的脱氮除磷技术..

污水的脱氮除磷技术SchoolofChemicalEngineering主要内容水体富营养化的概念、危害及控制方法污水脱氮技术概述污水除磷技术概述污水同步脱氮除磷技术脱氮新工艺、新技术介绍SchoolofChemicalEngineering水体富营养化是由于氮、磷等植物营养物的排入引起水体中藻类大量繁殖的现象。在湖泊、水库、河口和港湾等水流较缓的区域，最容易发生水体富营养化现象。一般来说，总磷和无机氮分别为20mg/m3和300mg/m3，就可以认为水体已处于富营养化的状态。一、水体富营养化的概念、危害及控制方法之概念SchoolofChemicalEngineering（1）在湖泊、水库等淡水区域水体富营养化主要表现为绿藻和蓝藻的大量生长，也称水华现象；SchoolofChemicalEngineeringSchoolofChemicalEngineering（2）在河口、海湾等区域的水体富营养化会导致红藻等藻类的大量繁殖，也称为赤潮现象。SchoolofChemicalEngineeringSchoolofChemicalEngineering如果氮、磷等植物营养物质大量而连续地进入湖泊、水库及海湾等缓流水体，将促进各种水生生物的活性，刺激它们异常繁殖（主要是藻类），这样就带来一系列严重后果：（1）藻类过度生长繁殖，将造成水中溶解氧的急剧变化，有可能在一定时间内使水体处于严重缺氧状态，严重影响鱼类的生存。一、水体富营养化的概念、危害及控制方法之危害SchoolofChemicalEngineering（2）藻类大量繁殖，降低了水的透明度；同时，藻类的生长过程还会向水体排放有毒物质，影响鱼类的生存；（3）藻类在水体中占据的空间越来越大，占据水体空间、阻塞水道，使鱼类活动的空间越来越小；（4）沉于水底的死亡藻类在缺氧状态下腐化、分解，使水体变黑、变臭。SchoolofChemicalEngineering水体富营养化的防治是水环境保护中的重要问题，受到国内外的重视，水体富营养化主要防治的方法有：（1）控制N、P的排放；（2）对废水作深度处理；（3）打捞藻类，人工曝气；（4）疏浚底泥；（5）引水（不含营养物）稀释；（6）使用化学药剂或引入病毒杀死藻类等。一、水体富营养化的概念、危害及控制方法之控制SchoolofChemicalEngineering二、污水脱氮技术概述１、物理化学法（１）吹脱法在碱性条件下，利用氨氮的气相浓度和液相浓度之间的气液平衡关系进行分离的一种方法。污水中的氨氮是以氨离子(NH4+)和游离氨(NH3)两种形式保持平衡状态而存在：NH3+H2ONH4++OH－SchoolofChemicalEngineering（２）化学氧化法利用强氧化剂将氨氮直接氧化成氮气进行脱除的一种方法。(折点加氯法）（３）离子交换法利用沸石中的阳离子与废水中的NH4+进行交换以达到脱氮的目的。常用斜发沸石作为除氨的离子交换体，它对氨离子的选择优于钙、镁、钠等离子。SchoolofChemicalEngineering２、生物脱氮生物法是目前运用最广、最有研究前景的方法。（１）生物脱氮的基本原理传统的生物脱氮机理认为：脱氮过程一般包括氨化、硝化和反硝化三个过程。①氨化（Ammonification）：废水中的含氮有机物，在生物处理过程中被好氧或厌氧异养型微生物氧化分解为氨氮的过程；②硝化（Nitrification）：废水中的氨氮在硝化菌（好氧自养型微生物）的作用下被转化为NO2和NO3的过程；③反硝化（Denitrification）：废水中的NO2和NO3在缺氧条件下在反硝化菌（兼性异养型细菌）的作用下被还原为N2的过程。二、污水脱氮技术概述SchoolofChemicalEngineering（2）硝化反应a：硝化反应的细菌种类硝化反应分为两步进行：①亚硝化；②硝化。它是由两组自养型硝化菌分两步完成的：①亚硝酸盐细菌（或称为氨氧化细菌）；②硝酸盐细菌（或称为亚硝酸盐氧化细菌）。b：这两种硝化细菌的特点：①强烈好氧，不能在酸性条件下生长；②化能自养型，以无机C为碳源，以氧化无机含氮化合物获得能量；③生长缓慢，世代时间长。SchoolofChemicalEngineeringc：硝化反应过程与方程式①亚硝化反应：代表菌株：Nitrosomonas,Nitrosococcus,Nitrosospira②硝化反应：代表菌株：Nitrobacter,Nitrococcus,Nitrospina,Nitrospira③总的硝化反应：如果不考虑合成，则：氧化1mgNH4+-N为NO3-N，需氧4.57mg，需消耗碱度7.14mg(以CaCO3计)。SchoolofChemicalEngineeringd.硝化反应所需要的环境条件两种硝化菌对环境的变化都很敏感，要求较苛刻，主要如下：①好氧条件(DO不小于1mg/L)，并能保持一定的碱度以维持稳定的pH值(适宜的pH为8.0~8.4)；NH4+NH3+H+NH3（％）＝pH值过高，导致游离氨（NH3）浓度偏高，对硝化产生抑制HNO2NO2-+H+HNO2(mg/L)=pH值过低，导致亚硝酸（HNO2）浓度偏高，对硝化产生抑制pHT)2300/(273-210expN(mg/L)-NO1447apHK101100SchoolofChemicalEngineeringd.硝化反应所需要的环境条件②硝化反应的适宜温度是20~30C，15C以下时，硝化反应的速率下降，小于5C时，完全停止③进水中的有机物的浓度不宜过高④硝化菌在反应器内的停留时间即污泥龄，必须大于其最小的世代时间(一般为3~10天)。SchoolofChemicalEngineering２、生物脱氮（3）反硝化a、反硝化反应的基本原理反硝化反应是指硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程；反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，在存在分子氧时，利用分子氧作为最终电子受体分解有机物；在无分子氧时，则利用NO3-或NO2-中的N5+和N3+作为电子受体，O2-作为受氢体生成H2O和OH-，有机物则作为碳源及电子供体提供能量并得到氧化稳定。SchoolofChemicalEngineeringb：反硝化反应过程与方程式在反硝化菌的代谢活动下，NO3-或NO2-中的N可以有两种转化途径：①同化反硝化，即最终产物是有机氮化合物，是菌体的组成部分；②异化反硝化，即最终产物是氮气（N2）。以甲醇为电子供体：SchoolofChemicalEngineeringc：硝化反应所需要的环境条件①碳源：一是原废水中的有机物，当废水的C/N大于3~5时，可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇，乙醇等小分子碳源，近年来报纸等纤维类碳源及缓释碳源的研究比较活跃；②pH值：适宜的pH值是6.5~7.5，pH值高于8或低于6，反硝化速率将大大下降；③溶解氧：反硝化菌适于在缺氧条件下发生反硝化反应，所以反硝化反应宜于在缺氧条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/l以下；④温度：最适宜温度为20~40C，低于15C其反应速率将大为降低。SchoolofChemicalEngineering（4）生物脱氮的工艺流程a、传统脱氮工艺活性污泥法传统脱氮工艺（三级生物脱氮系统）２、生物脱氮SchoolofChemicalEngineering第一级曝气池的功能：①碳化——去除BOD5、COD；②氨化——使有机氮转化为氨氮；第二级是硝化曝气池，投碱以维持pH值；第三级为反硝化反应器，可投加甲醇作为外加碳源或引入原废水。该工艺流程的优点是有机物降解菌、硝化菌和反硝化菌分别在各自的反应池内生长繁殖，并且有各自的沉淀池和回流设施，氨化、硝化、反硝化分别在各自的反应池中进行，反应速率较快且较彻底；但缺点是处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。a、传统脱氮工艺SchoolofChemicalEngineeringb、两级活性污泥法脱氮工艺两级活性污泥法脱氮系统（两级生物脱氮系统）SchoolofChemicalEngineering将前两级BOD去除和硝化两道反应过程合在同一反应器内进行，第一级池去除BOD，将有机氮转化为NH3、NH4+，同时使NH3、NH4+进一步氧化成NOx-－N。第二级池在缺氧条件下，将NOx-－N还原为氮气，并逸出大气，应采取缺氧的运行方式。碳源，既可投加CH3OH（甲醇）作为外加碳源，亦可引入原废水作为碳源。该工艺优点反应速率大，而且比较彻底。缺点是处理设施多，占地面积大，造价高，管理不够方便，因此在实践中采用比较少。b、两级活性污泥法脱氮工艺SchoolofChemicalEngineeringc、缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统（A-O工艺）缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统（前置反硝化脱氮系统）SchoolofChemicalEngineering反硝化反应器设置在流程的前端，而去除BOD、进行硝化反应的综合好氧反应器则设置在流程的后端；因此，可以实现进行反硝化反应时，利用原废水中的有机物直接作为有机碳源，将从好氧反应器回流回来的含有硝酸盐的混合液中的硝酸盐反硝化成为氮气；而且，在反硝化反应器中由于反硝化反应而产生的碱度可以随出水进入好氧硝化反应器，补偿硝化反应过程中所需消耗碱度的一半左右；c、缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统（A-O工艺）SchoolofChemicalEngineering好氧的硝化反应器设置在流程的后端，也可以使反硝化过程中常常残留的有机物得以进一步去除，无需增建后曝气池。在A/O工艺中，回流比的控制非常重要，回流比过低，会使脱氮池中的BOD/NO3-过高，导致反硝化菌因无充足的NO3-作电子受体而影响反硝化的速率，更重要的是出水硝态氮浓度高；反之，若回流比过高，则BOD/NO3-过低，反硝化的作用因得不到足够的碳源而受抑制。一般控制回流比为3~5Q。c、缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统（A-O工艺）SchoolofChemicalEngineering主要优点是：①工艺中只设一个污泥回流系统，好氧菌、硝化菌和反硝化菌都处于缺氧—好氧交替的环境中，构成一个混合菌群，有利于改善污泥沉降性能，控制污泥膨胀；②可得用前置的反硝化过程所产生的碱度补偿约50%的硝化过程所消耗的碱度，因此对含氮浓度不高的废水可不必另行投药调节pH值。主要缺点是：是二沉池中可能发生反硝化反应，使污泥上浮，影响出水水质。c、缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统（A-O工艺）SchoolofChemicalEngineeringd、氧化沟工艺氧化沟功能分区示意图由于氧化沟的运行工艺特征，会在其反应沟渠内的不同部位分别形成好氧区、缺氧区，使得氧化沟内的活性污泥分别经过好氧区和缺氧区，从而可以实现生物脱氮功能。SchoolofChemicalEngineering相比物理化学方法，生物脱氮方法经济、彻底，目前应用广泛。生物脱氮工艺和技术的研究仍有待加强，主要表现在脱氮菌的研究，新型脱氮工艺的研究。二、污水脱氮技术概述之小结SchoolofChemicalEngineering三、污水除磷技术1、化学法除磷废水中磷的存在有3种形态:正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷。在二级生化处理中,能将聚磷酸盐和有机磷转化成正磷酸盐,然后在废水中加入药剂与磷酸根进行反应生成沉淀去除,同时生成的絮凝体对磷也有吸附去除的作用。现在常用的化学试剂为含铁离子、含钙离子或含铝离子等金属化合物。SchoolofChemicalEngineering采用石灰作为除磷的絮凝剂已在国内外被广泛采用。据研究，当pH值为11.5时，石灰法的除磷效率较高，磷的去除率可达99%。缺点是药剂费导致系统运行费用偏高，同是易在池子、管道和其他设备上结垢，大量沉渣污泥需处理，费用较高。SchoolofChemicalEngineering2、生物法除磷（1）生物法除磷的机理生物法除磷的核心是聚磷菌的超量吸磷现象：在厌氧条件下，聚磷菌将其体内的有机磷转化为无机磷并加以释放，并利用此过程产生的能量摄