第十九章 脱氮除磷与城市污水深度处理

第十九章、脱氮除磷与城市污水深度处理第一节、概述第二节、生物脱氮第三节、磷的去除第四节、同步生物脱氮除磷第五节、城市污水深度处理第一节、概述N、P的来源1.农田化肥2.牲畜粪便3.污水灌溉4.城镇地表径流5.矿区地表径流6.大气沉降7.水体人工养殖富营养化氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。序号基本控制项目一级标准二级标准三级标准A标准B标准1化学需氧量（COD）5060100120①2生化需氧量（BOD5）102030603悬浮物（SS）102030504动植物油135206石油类135157阴离子表面活性剂0.51258总氮（以N计）1520--9氨氮（以N计）②5(8)8(15)25(30)-10总磷（以P计）2005年12月31日前建设11.5352006年1月1日起建设的0.5135基本控制项目最高允许排放浓度（日均值）GB18918－2002，城镇污水处理厂污染物排放标准物化法沸石选择性交换吸附、石灰法、折点氯化脱氮、空气吹脱法、化学沉淀生物法生物脱氮除磷脱氮除磷第二节、生物脱氮生物脱氮原理及其影响因素生物脱氮工艺传统三段生物脱氮工艺两段生物脱氮工艺A1/O(Anoxic/Oxic)生物脱氮工艺流程及其设计有机废水中含氮物质•有机氮：蛋白质、多肽、氨基酸、胞壁酸、尿素•无机氮：氨氮、亚硝态氮和硝态氮来源氨氮浓度（mg/L）来源氨氮浓度（mg/L）酒厂废水5-380谷物加工45制革废水83-159咖啡废水11-78纸浆废水264乳品废水5-625木材防腐工业32土豆加工5-40铝二次冶炼0.3-350合成橡胶废水31-76二硫化钠生产260胶合板397-450印刷电路板300+动物胶78生物脱氮原理及影响因素氨化反应硝化反应反硝化反应222RCOOH/NHCOCOOHRCHNH氨化菌好氧菌1.氨化反应有机氮化合物在好氧菌和氨化菌的作用下：•有机碳被降解为CO2•有机氮被分解转化为氨氮好氧2.硝化反应硝化菌将氨态氮进一步分解氧化，使NH4+转化为硝酸盐氮。O2H4H2NO3O2NH22亚硝酸菌24322NO2ONO2硝酸菌OHH2NOO2NH2324硝化细菌14641g4.57g硝化需氧量（NOD）好氧55NH4++76O2+109HCO3--C5H7NO2+54NO2--+57H2O+104H2CO3(亚硝化菌)400NO2--+NH4++4H2CO3+HCO3--+195O2C5H7NO2+3H2O+400NO3--（硝化菌）(1)(2)NH4++1.86O2+1.98HCO3--(0.0181+0.0025)C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO3--+(3)(亚硝化菌+硝化菌)1.88H2CO3根据(3)式，每氧化1gNH3-N：•消耗7.07g碱度(以CaCO3计)•合成0.17g新细胞。2.硝化反应(con’d)硝化过程的影响因素溶解氧：1.2~2.0mg/LpH:8.0~8.4有机物含量：不应过高BOD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增殖，限制硝化菌增殖适宜温度：20~30℃硝化菌在反应器内的停留时间：最小世代时间(在适宜的温度条件下为3d)有毒物质：重金属、高浓度的NH4-N、高浓度的NOx-N、高浓度的有机基质、部分有机物以及络合阳离子等。C5H7NO2+4.6NO3--2.8N2+1.2H2O+5CO2+4.6OH--(细胞)5CH3OH+6NO3--3N2+7H2O+5CO2+6OH--3.反硝化反应在缺氧状态下，利用反硝化菌将硝酸盐和亚硝酸盐转化成N2外源反硝化：外来碳源内源反硝化：以机体内的有机物为碳源总反应式：1.08CH3OH+NO3--+0.24H2CO30.06C5H7NO2+0.47N2+1.68H2O+CO2+OH--(细胞)每利用1gNO3－-N，消耗2.47g甲醇(约合3.7gCOD)，产生0.48g新细胞和3.57g碱度。缺氧反硝化过程的影响因素碳源：BOD5∶TN之比大于4pH：最适宜的pH是6.5~7.5。溶解氧浓度：≤0.5mg/L。温度：20~40℃。传统三段生物脱氮工艺三级生物脱氮工艺的主要特点优点氨化、硝化和反硝化分别在各自的反应器内进行，并各自回流在沉淀池分离的污泥，过程控制明确，反应速度快且反应进行较彻底，脱氮效果较好。缺点：流程长，构筑物多，基建费用高；需要外加碱和碳源，运行费用高；出水中往往存在一定量的甲醇，形成BOD5及COD，需要后曝气池加以去除；管理较为复杂。两级生物脱氮工艺将三级生物脱氮工艺的一、二级合并原废水碱ⅡBOD去除，硝化反应器（好氧）污泥回流剩余污泥反硝化反应器（缺氧）沉淀池出水N2内循环（硝化液回流）回流硝酸盐，在反硝化反应器中被还原成N2，达到脱氮目的；回流反硝化菌，保证反硝化反应器中微生物的浓度，利用原水中的有机物作为C源分建式A1/O生物脱氮工艺流程A1/O流程中的缺氧和好氧池可以是两个独立的构筑物，也可以合建在一个构筑物内，使用隔板将两段分开。A1/O(Anoxic/Oxic)生物脱氮工艺流程A1/O优点流程简单，构筑物少，基建费用大幅度节省；不需要外加碳源，降低了运行费用；好氧池设在缺氧池后，不需要再建后曝气池；缺氧池在好氧池前，既可减轻好氧池的有机负荷，也有利于控制污泥膨胀；反硝化过程中产生的碱度可补偿硝化过程消耗的碱度一半左右，对含氮浓度不高的废水可不必另行加碱。A1/O法局限性：回流的混合液含有一定的溶解氧，使反硝化区难于保持理想的缺氧状态，影响反硝化效率，工程实际中A/O法的脱氮效率一般在85%以下；要取得满意的脱氮效果，必须保证足够大的混合液回流比--增加系统的运行费用；运行管理要求较高，如沉淀池管理不当会产生污泥上浮，内循环比或反硝化区DO控制不当会影响反硝化处理效率等。A1/O生物脱氮的设计要点：BOD5：TN44:需外加甲醇作为碳源。好氧池剩余碱度:70mg/L（以CaCO3计）计算反应池总容积按污泥负荷计算动力学计算：反应池中缺氧池和好氧池的容积比:按试验数据或工程经验确定,一般为1：2—1：1好氧池需氧量SNXSQV0)1()(0cdvceKXSSYQV常用参数：V—曝气池的容积（m3）；So—曝气池进水BOD5（mg/L）Se—曝气池出水BOD5（mg/L）Q—曝气池的设计流量（m3/d）；Us—污泥负荷[kgBOD5/(kgMLSS·d)]；Xa—混合液悬浮固体平均浓度（gMLSS/L）Uv—容积负荷(kgBOD5/m3)；X—混合液挥发性悬浮固体浓度（gMLVSS/L）；V1—好氧池容积曝气池污泥浓度剩余污泥量泥龄1VcdobsKYY1根据污泥泥龄：Y：污泥产率系数（kgMLVSS/kgBOD5）；在20℃时，Y=0.3-0.5。如无初沉池，Y值须通过试验确定；Yobs：污泥净产率系数（kgMLVSS/kgBOD5），有初沉池时取0.2-0.6，无初沉池时取0.4-0.8；Θc：设计污泥泥龄，12-30d；Kd:衰减系数（d-1），20℃的数值为0.04-0.075，常取0.06。项目单位A1/O参数值传统法参数值BOD污泥负荷UskgBOD5/(kgMLSS·d)0.05～0.150.2-0.4总氮负荷率kgTN/(kgMLSS·d)≯0.05—污泥浓度(MLSS)Xag/L2.5～4.01.5-2.5污泥龄θCd12～305-15污泥产率YkgVSS/kgBOD50.3～0.50.4-0.8需氧量O2kgO2/kgBOD51.1～1.80.7-1.2水力停留时间HRT8～164-12h其中缺氧段0.5～3.0h污泥回流比R%50～10025-50混合液回流比Ri%100～400总处理效率%90～95(BOD5)90-95%60～85(TN)A1/O法生物脱氮的主要设计参数V2：反硝化池所需容积（m3）；N：需要还原的硝酸盐氮（kgNO3-N/d）；Kde：反硝化速率（kgN/kgMLSS.d）,20℃的Kde值可采用0.03-0.06(kgNO3-N/kgMLSS·d)；温度修正：Xa：混合液悬浮固体浓度（MLSS）（mg/L）；adeXKNV10002)20()20()(08.1tdetdeKKV2：缺氧池容积O2=1.47Q(So－Se)－1.42△X+4.57[Q(Nk－Nke)－0.12△X]－2.6[Q(Nt－Nte)－0.12△X]O2：污水需氧量(kgO2/d)；Q：好氧池进水流量(m3/d)；So、Se:进出水BOD5(mg/L)△X:系统的剩余污泥量(kgVSS/d）Nk、Nke—进出水总凯氏氮浓度(mg/L)Nt、Nte—进出水总氮浓度(mg/L)好氧池需氧量生物脱氮系统去除每公斤BOD5需氧量可取用1.1-1.8kgO2。计算实例某工业废水处理厂，日处理水量为60000m3，进水COD为447mg/L，BOD5为220.8mg/L，SS为357mg/L，TKN为40mg/L。混合液悬浮固体MLSS为4g/L，BOD5负荷为0.15kg/kgSS.d，要求出水BOD5为20mg/L，SS为22mg/L(65%为可生化部分)，TKN去除率达到91%，反硝化率65%。假设废水平均温度为20℃，θc为15d，Kd=0.05d-1，Y=0.5mgVSS/mgBOD5，MLVSS/MLSS=0.8试确定推流式A/O反应池的容积、剩余污泥量和空气量。解答（1）估算出水中的溶解性BOD5（Se）出水中SS可生化的部分为0.65×22=14.3mg/L；可生化SS的最终BODL=14.3×1.42=20.3mg/L；可生化SS的BODL折算成BOD5=20.3×0.68=13.8mg/L；∴出水Se=20.0-13.8=6.2mg/L。（2）好氧池容积（V）a.按动力学公式：b.按有机负荷率公式确定反应池的容积：)1()(0cdvceKXSSYQV321556)1505.01(8.0400015)2.68.220(600005.0mSNXSQV032208015.040008.22060000m解答(con’d)解答(con’d)设计脱氮反应池容积选用22080m3，缺氧池和好氧池容积比按3/5设计，则各池容积应为：缺氧池8280m3；好氧池13800m3。反应池总水力停留时间为8.8h，其中缺氧池为3.3h，好氧池为5.5h。（3）剩余污泥量的计算（△X）∴△X=YobsQ（S0-Se）=0.2857×60000×（220.8-6.2）×10-3=3679KgVSS/d；2857.01505.015.01cdabcKYY解答(con’d)（4）计算曝气池所需空气量O2=1.47Q(So－Se)－1.42△X+4.57[Q(Nk－Nke)－0.12△X]－2.6[Q(Nt－Nte)－0.12△X]=18935.3-5224.2+10046.4-2060.0-3691.0=18006.5kg/d=750.3kgO2/h。68.01000)2.68.220(60000367942.1367956.010006000091.04057.410006000065.091.0406.2解答(con’d)（4）空气量QA的计算：考虑到水质水量的冲击负荷的影响，安全系数取1.3，曝气装置氧的利用率取10%，空气容重取1.201Kg/m3，空气中含氧率为23.2%，则空气量QA为：min/416/250001.0232.03.175033mhmQA解答(con’d)解答(con’d)（5）回流污泥量和混合液回流量的计算回流污泥比R取0.5（0.25~1.0）；硝化混合液回流比r取2（常用2~3）；∴QR=0.5Q=1250m3/h；Qr