3-5生物脱氮除磷技术

第五节生物脱氮除磷技术1太湖的富营养化234城镇污水处理厂污染物排放标准（基本控制项目）（mg/L）主要内容一、污水脱氮技术二、污水除磷技术三、同步脱氮除磷技术6一、污水脱氮技术1.1生物脱氮机理1.2生物脱氮工艺71.1生物脱氮机理生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。氨化反应硝化反应反硝化反应有机氮NH4+NO3-N28(1)氨化反应新鲜污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少数的氨态氮如NH3及NH4+等。氨化作用：微生物分解有机氮化合物产生氨的过程；很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，其中分解能力强并释放出氨的微生物称为氨化微生物；9322NHRCOHCOOHOHCOOHRCHNH氨化细菌3222NHCORCOCOOHOCOOHRCHNH氨化细菌在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮，以氨基酸为例：(1)氨化反应10硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。O2H4H2NO3O2NH22亚硝酸菌24322NO2O2NO2硝酸菌总反应式为：OHH2NOO2NH2324硝化细菌硝化细菌：化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。(2)硝化反应11硝化过程的影响因素硝化菌为了获得足够的能量用于生长，必须氧化大量的NH3和NO2-，氧是硝化反应的电子受体；1mol的氮需2molO2，1g氮完全硝化需氧4.57g；在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1（0.5）mg/L，多数学者建议溶解氧应保持在1.5~2.0mg/L。①溶解氧(2)硝化反应OHH2NOO2NH2324硝化细菌溶解氧碱度有机物含量温度污泥龄12在硝化反应过程中，释放H+，使pH下降；而硝化菌对pH的变化十分敏感，为保持适宜的pH，应当在污水中保持足够的碱度，以调节pH的变化。对硝化菌的适宜的pH为7.5~9.0。lg氨态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）7.14g。②碱度③有机物含量硝化菌是自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，相反有机质的浓度不宜过高；若BOD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。(2)硝化反应13OHH2NOO2NH2324硝化细菌硝化过程的影响因素④温度硝化反应的适宜温度是20~30℃；15℃以下时，硝化反应速度下降，5℃时完全停止。⑤污泥龄a）必须大于其最小的世代时间，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽，一般认为硝化菌最小世代时间在适宜的温度条件下为3d。（连续流≥2SRTmin）b）SRTn值与温度密切相关，温度低，SRTn取值应相应明显提高。除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有高浓度的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。⑥其他(2)硝化反应14指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为N2的过程。OH4CO2NO6OHCH26NO22233硝酸还原菌-222326OHOH3CO3N3OHCH36NO亚硝酸还原菌反硝化菌：属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，以O2为电子进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在时，则以NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。-222336OHOH7CO5N3OHCH56NO反硝化菌总反应式为：(3)反硝化反应15在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，反应如下：O19HNOHC3H3COOHCH14NO32275233同化反硝化：最终形成生命体、或者细胞物质异化反硝化：最终生成氮气在缺氧条件下，反硝化菌利用硝态氮和有机物作为电子受体，反应产生的能量较少，生成的ATP不多，相应合成细胞物质也较少。理论及实验表明，约96％的NO3-N经异化过程还原，4％经同化过程合成微生物。(3)反硝化反应16反硝化过程的影响因素(3)反硝化反应能为反硝化菌所利用的碳源较多，从污水生物脱氮考虑，可有下列三类：原污水中所含碳源：对于城市污水，当原污水BOD5/TKN3~5时，即可认为碳源充足；外加碳源：当BOD5/TKN3~5时，需外加碳源。多采用甲醇（CH3OH）。内碳源：利用微生物组织进行内源反硝化。①碳源-222336OHOH7CO5N3OHCH56NO反硝化菌碳源pH值溶解氧浓度温度17在反硝化反应中，碳源的影响表现在：污水中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。反硝化过程的影响因素(3)反硝化反应反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/L以下。原因：【A.反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条件下，它们才能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。B.反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。】②溶解氧浓度碳源pH值溶解氧浓度温度18④温度反硝化反应的最适宜温度是20~40℃，低于15℃反硝化反应速率最低。为了保持一定的反硝化速率，在冬季低温季节，可采用如下措施：提高生物固体平均停留时间；降低负荷率；提高污水的水力停留时间。反硝化过程的影响因素(3)反硝化反应③pH值产生OH-（碱度）；对反硝化反应，最适宜的pH是6.5~7.5。pH高于8或低于6，反硝化速率将大为下降。19-222336OHOH7CO5N3OHCH56NO反硝化菌生物脱氮的基本原理有机氮NH4+-NNO2-NNO3-NNO2-NN2①氨化作用亚硝化作用硝化作用②硝化作用③反硝化作用O2O2O2或无氧异养细菌氨氧化细菌（自养型）硝化细菌（自养型）有机物有机物反硝化细菌（异养型）反硝化细菌（异养型）好氧或厌氧条件碱度增大，pH值升高绝对好氧条件碱度下降，pH值降低绝对好氧条件碱度和pH值无变化碱度增大，pH值升高缺氧条件短程反硝化1.2生物脱氮工艺活性污泥法脱氮传统工艺(三段)21将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立开来，每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。Barth三段生物脱氮工艺两级生物脱氮系统22活性污泥法脱氮传统工艺(两段)缺氧一好氧活性污泥法脱氮系统分建式23缺氧一好氧活性污泥法脱氮系统合建式缺氧一好氧活性污泥法脱氮系统242526短流程生物脱氮工艺SHARONANAMMOXSHARON-ANAMMOXCANON二、污水除磷技术2.1生物除磷机理2.2生物除磷工艺27I——PHB（聚羟基丁酸）胞内碳能源贮存物PHV（聚羟基戊酸）S——聚合磷酸盐（ATP）厌氧条件下，聚磷菌将磷释放好氧条件下，聚磷菌过量摄取磷高含磷污泥的排出2.1生物除磷原理影响因素厌氧/好氧交替环境溶解氧的控制：厌氧段控制在0.2mg/l以下，好氧段控制在2mg/l左右；厌氧好氧交替的环境使得聚磷菌成为优势菌种。厌氧区如存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质；厌氧段释磷程度对聚磷量的变化存在较大影响。29影响因素有机物浓度及可利用性较高有机负荷有利于厌氧释磷过程，生物除磷过程的底线BOD/TP=20；有机物类别不同释磷效果不同：易降解的低分子有机物诱导释磷作用较强。污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量，污泥龄越长，污泥含磷量越低，去除单位质量的磷须同时耗用更多的BOD。其他条件，温度、pH等存在一个适宜的范围。302.2生物除磷工艺A/O生物除磷工艺由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统。31Phostrip去除磷工艺流程32三、同步脱氮除磷技术1、Bardenpho工艺2、改进的Bardenpho工艺4、UCT工艺5、SBR工艺333、A/A/O工艺第一缺氧反应器第二缺氧反应器三、同步脱氮除磷工艺1、Bardenpho同步脱氮除磷工艺内源碳顺序利用生物脱氮除磷工艺工艺特点：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，同时又兼有二、三项辅助功能；脱氮除磷的效果良好。2、Phoredox同步脱氮除磷工艺（改良Bardenpho工艺）工艺特点：在缺氧反应器之前再加一厌氧反应器，以强化磷的释放，从而保证在好氧条件下，有更强的吸收磷的能力，提高除磷效果。3、A—A—O同步脱氮除磷工艺（A2/O，Anaerobic-Anoxic-Oxic）工艺特点：工艺流程比较简单；出水中TP1mg/L，氨氮8mg/L；厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌生长，污泥膨胀较少发生；无需投药，运行费用低。回流污泥和混合液DO、硝酸盐含量问题；SRT过长的问题；只有部分污泥经历了完整的厌氧和好氧过程，影响磷的充分吸收。水力停留时间（h）厌氧反应器0.5~1.0缺氧反应器0.5~1.0好氧反应器3.5~6.0污泥回流比(%)50~100混合液内循环回流比(%)100~300混合液悬浮固体浓度(mg/l)3000~5000F/M(kgBOD5/kgMLSS.d)0.15~0.7好氧反应器内DO浓度(mg/l)2BOD5/P5~15(以10为宜)4、UCT工艺——含NO3-N的污泥直接回流到厌氧池，会引起反硝化作用，反硝化菌将争夺除磷菌的有机物而影响除磷效果，因此提出UCT（UnivercityofCapeTown）工艺。厌氧段缺氧段缺氧段好氧段改良UTC工艺第一缺氧段：对回流污泥中的硝酸盐反硝化；第二缺氧段：主要反硝化区增加了一套混合液回流系统，流程较为复杂。SBR工艺是将除磷脱氮的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成。5、SBR工艺39间歇式运行，为解决连续进水问题，至少设置两套SBR设施，进行切换运行。