4.3生物脱氮除磷技术

一、生物脱氮原理污水中氮的存在形式：有机氮和氨氮，少量或没有亚硝酸盐和硝酸盐氮传统废水生物处理主要去除废水中溶解状态的有机污染物，对氨、磷等营养物质，只能去除细菌细胞生理需要摄取的部分,氮的去除率为10%-20%,磷的去除率仅为5%-20%。生物脱氮的基本过程包括氨化、硝化和反硝化三个阶段。4.3生物脱氮除磷技术生物处理过程中，有机氮通过微生物的分解和水解转化成氨氮，即氨化作用；通过硝化反应将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮、亚硝态氮还原成气态氮逸出，达到脱氮目的。1、氨化阶段氨化反应：无论好氧还是厌氧条件下，中性、碱性还是酸性环境中都能进行，只是作用的微生物不同、作用的强弱不同。活性污泥和生物膜系统内能够比较完全地完成氨化反应。COOHRCHNH2322NHCORCOOHO32NHRCOOHOH32NHRCOOHH氧化脱氨基水解脱氨基还原脱氨基2、硝化过程废水中的氨氮在好氧自养型微生物（硝化菌）作用下被转化为的过程。-32223:NHONOHOH2亚硝化菌硝化--2231NOONO2硝酸菌-4232NH2ONOHO2H硝化菌3、反硝化过程废水中的在缺氧条件下在饭硝化菌的作用下被还原为N2的过程硝酸氮NO3-NNO2-N亚硝酸氮氮气(主要过程)有机氮化合物反硝化菌异化反硝化(细菌组成部分)同化反硝化异养型兼性菌4、影响因素缺氧条件下,以NO3--N中的氧为电子受体，有机碳为电子供体①碳源能为反硝化菌所利用的碳源较多，从废水生物脱氮考虑有两类i.原废水中所含碳源,原废水满足下列条件可认为碳源充足：ii.外加碳源,多采用甲醇(CH3OH)，甲醇被分解后产物为CO2、H2O,不留任何难降解的中间产物:535BODTNOHOHCONOHCHNO2223367652165OHOHCONOHCHNO2223221212121②对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5pH值高于8低于6，反硝化速率将大为下降。③溶解氧应控制在0.5mg／L以下反硝化菌属异养兼性菌，在无分子氧同时存在硝酸和亚硝酸离子时，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。另一方面，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。这样，反硝化反应宜于在厌氧、好氧条件交替的条件下进行。④反硝化反应的最适宜温度是20-40℃，低于15℃反硝化反应速率降低。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；提高废水的水力停留时间。氨化，使有机氮转化为NH3、NH4，去除BOD、COD。BOD5值可降至15-20mg/l左右硝化曝气池，氨态氮氧化为NO-3-N，投碱以防止pH值下降。反硝化反应器，采取厌氧-缺氧交替运行方式。作为碳源，可投加CH3OH(甲醇)，或引入原废水二、生物脱氮工艺1、三段生物脱氮工艺(巴茨(Barth)开创)三段生物脱氮工艺优缺点：优点：氨化、硝化、反硝化分段独立；氨化、硝化、反硝化反应分别在各自的反应器内进行，各有其沉淀池及污泥回流系统，分别控制适宜条件，处理效率高，反应进行速度快且彻底。缺点：处理设备多，造价高，管理麻烦。反硝化段在氨化及硝化后，主要靠内源呼吸碳源进行反硝化，效率低，必须在反硝化段投加碳源保证高效稳定的反硝化反应。2、二段生物脱氮工艺（1）BOD去除和硝化反应过程放在一起，各段设沉淀及污泥回流系统，除碳和硝化在一个池子进行，设计的污泥负荷要低，HRT及SRT要长，否则，硝化作用降低，反硝化仍需外加碳源。两级生物脱氮工艺：BOD去除和硝化两个反应过程放在一起反硝化反应器BOD去除，硝化反应反应器（好氧）原废水（缺氧）（回流污泥）沉淀池（剩余污泥）内循环（硝化液回流）碱2N反硝化反应器在前，BOD去除、硝化二项反应的综合反应器在后反硝化以原废水中的有机物为碳源，无需外加碳源。硝化反应器内的含有大量硝酸盐的硝化液回流反硝化反应器，进行反硝化脱氮反应反硝化过程中产生的碱度可补偿硝化反应消耗碱度的50%硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机污染物得以进一步去除，勿需增建后曝气池。本系统流程简单，勿需外加碳源，建设费用与运行费用均较低（2）前置缺氧-好氧生物脱氮工艺(80年代初期开创,目前采用广泛采用)反硝化反应器BOD去除，硝化反应反应器（好氧）原废水（缺氧）（回流污泥）沉淀池（剩余污泥）内循环（硝化液回流）碱2N处理水来自硝化反应器，含有一定浓度的硝酸氮，如沉淀池运行不当，不及时排泥，在池内能够产生反硝化反应使污泥上浮欲提高脱氮率，必须加大内循环比(RN)，导致：一是运行费用增高；二是内循环液带入大量的溶解氧，影响反硝化进程本系统的脱氮率一般在85％以下②缺点：(3)后置缺氧-好氧生物脱氮工艺可以补充外来碳源，也可以利用活性污泥的内源呼吸提供电子供体还原硝酸盐，反硝化速率仅是前置缺氧反硝化速率的1/3-1/8，需较长停留时间。好氧/硝化缺氧二沉池污泥回流污泥进水出水二、生物除磷工艺1.概述来源：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；水质恶化，危害水资源。包括：有机磷(磷酸甘油酸、磷肌酸)和无机磷(磷酸盐，聚合磷酸盐)去除方法：常规活性污泥法的微生物同化和吸附；生物强化除磷；投加化学药剂除磷。2.生物除磷原理利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。厌氧环境：污水中有机物在厌氧发酵产酸菌作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷分解，产生的能量一部分供聚磷菌生存，一部分供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚羟基丁酸)的形态贮存于体内。聚磷分解形成的无机磷释放回污水中—厌氧释磷。好氧环境：进入好氧状态后，聚磷菌将贮存于体内的PHB进行好氧分解并释放出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内—好氧吸磷。剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从污水中去除的含磷物质。普通活性污泥法通过同化作用可去除磷12-20%。而具有生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中磷量可以占干重的5-6%，去除率基本可满足排放要求。好氧条件下聚磷菌摄取磷酸盐；厌氧条件下释放磷酸盐，生物除磷技术就是利用聚磷菌这一功能而开创。3.生物除磷过程的影响因素(1)溶解氧在聚磷菌放磷的厌氧反应器内，应保持绝对厌氧条件，NO3-一类的化合态氧也不允许存在，但在聚磷菌吸氧的好氧反应器内却应保持充足的氧(2)污泥龄生物除磷主要是通过排除剩余污泥而去除磷的，因此剩余活泥多少将对脱磷效果产生影响，一般污泥龄短的系统产生的剩余污泥量较多，可以取得较高的除磷效果。有报导称：当污泥龄为30d时，除磷率为40％，污泥龄为17d时，除磷率为50％，而当污泥龄降至5d时，除磷率高达87％。(3)温度与PH值在5-30℃范围内，都可取得较好的除磷效果，此范围内温度越高释磷速度越快，温度低时应适当延长厌氧区停留时间。除磷过程适宜的pH值为6-8，否则，需调节。(4)BOD5负荷一般认为，较高的BOD5负荷可取得较好的除磷效果，进行生物除磷的低限是BOD/TP=20(判定条件)。有机基质不同对除磷也有影响，一般低分子易降解的有机物诱导磷释放的能力较强，高分子难降解的有机物诱导磷释放的能力较弱。磷的释放充分，磷的摄取量亦大。(5)硝酸氮和亚硝酸氨硝酸氮和亚硝酸氮的存在会抑制细菌对磷的释放，从而影响在好氧条件下对磷的吸收。据报导，NO3-—N浓度应小于2mg／L。但当COD/TN10时，NO3--N对生物除磷的影响就减弱了。4.生物除磷工艺(1)厌氧-好氧除磷工艺：A-O法释放磷曝气池BOD去除，吸收磷原废水（厌氧）回流污泥（含磷污泥）沉淀池（剩余污泥）（好氧）含磷污泥用作肥料(1)厌氧-好氧除磷工艺：A、-O法①反应器内停留时间短，一般3h-6h;②曝气池内污泥浓度一般在2700-3000mg/L之间；③BOD去除率与一般的活性污泥法相同，磷的去除率较好，处理出水一般含磷低于1.0mg/L，去除率大致76%左右。④沉淀污泥含磷4%左右，污泥肥效好。⑤混合液SVI≤100，易沉淀，不膨胀。⑥好氧池中溶解氧维持在2mg/L以上，pH控制在7-8。不足：除磷效率难以进一步提高二、生物除磷工艺4.生物除磷工艺(2)弗斯特利普除磷工艺（Phostrip）：72年开创，生物除磷和化学除磷相结合，除磷效果好.曝气池：含磷污水进入，还有由除磷池回流的已经释放磷但含有聚磷菌的污泥。使聚磷菌过量摄取磷，去除有机物（BOD和COD）,可能还有一定的硝化作用。沉淀池(I)：泥水分离，含磷污泥沉淀，已除磷的上清液作为处理水排放。除磷池：保持厌氧状态，DO≈0,NOX-≈0,含磷污泥释放磷，并投加冲洗水，使磷充分释放，已释放磷的污泥回流曝气池，再次用于吸收污水中的磷。上清液进入混合池混合池：投加石灰乳，混合后进入搅拌反应池，磷与石灰反应形成固体磷酸钙--化学法除磷。沉淀池(II)：混凝沉淀，磷酸钙沉淀分离，除磷上清液回流曝气池，含有大量磷酸钙的污泥排出，适宜作肥料。Phostrip工艺特征：(1)生物除磷和化学除磷结合，效果良好，出水含磷低于1mg/L;(2)污泥回流经过除磷池，污泥中含磷较高约2.1%-7.1%。(3)石灰用量21-31.8mgCa(OH)2/m3污水，比较低。(4)SVI100，污泥易沉淀,浓缩,脱水,肥分高,污泥不膨胀。(5)可以根据BOD/P的比值来灵活调节回流污泥与混凝污泥量比例；(6)流程复杂，运行管理麻烦,投加石灰乳运行费用有所提高,建设费用也高。(7)沉淀池(I)底部可能形成缺氧状态，产生释放磷的现象。应及时排泥或回流。四、生物脱氮、除磷工艺1、A2/O工艺(anaerobic-anoxic-oxic)好氧反应器原废水释放磷氨化回流污泥（含磷）沉淀池（剩余污泥）内循环2Q2N缺氧反应器缺氧反应器厌氧反应器厌氧反应器脱氮硝化吸收磷去除BOD处理水厌氧反应器中释放磷，同时转化易降解COD、VFA为PHB，部分含氮有机物进行氨化；进入本单元的除原废水外，还有从沉淀池排出的污泥。缺氧反应器中脱氮，硝态氮由好氧反应器送来，内循环量为2Q-4Q(Q为原废水流量)，部分有机物在反硝化菌作用下利用硝酸盐作为电子受体而得的降解去除。好氧反应器去除BOD、硝化和吸收磷，进入该反应器的COD基本接近达标，其中的硝态氮回流至缺氧反应区，污泥中过量吸收的磷通过剩余污泥排除。沉淀池的功能为泥水分离，上清液作为处理水排放，部分污泥回流厌氧反应器，在那里释放磷。优点：①比较简单的同步脱氮除磷工艺；总水力停留时间少于其他同类工艺②厌氧(缺氧)好氧交替运行、不宜丝状菌增殖繁衍，无污泥膨胀之虑③厌氧和缺氧段只进行缓速搅拌，以不提高溶解氧含量为度，运行费用低。④出水磷浓度基本可达1mg/L以下，氨氮也可达8mg/L以下。缺点：①沉淀池要保持一定浓度的溶解氧，防止产生厌氧硝化和释磷，但溶解氧含量也不宜过高，以防止循环液对缺氧反应器的干扰；回流污泥中存在的硝酸盐对释磷也有一定的影响。系统所排放的污泥中仅一部分经历了完整的厌氧和好氧过程，影响了对磷的充分吸收。②系统污泥龄因兼顾硝化菌的生长而不能太短，导致除磷效率难以进一步提高。，③内循环流量以2Ｑ－４Q为限，不宜再高，脱氮效果难提高。2、巴登福(Bardenpho)同步脱氮除磷工艺进水厌氧反应器反硝化脱氮；其次是污泥释放磷，硝态氮通过内循环来自第一好氧反应器，污泥则是沉淀池回流的去除BOD；硝化，由于BOD浓度还较高，因此，硝化程度较低；吸收磷，由于NOX未能有效的去除，因此，磷吸收效果不高。第二厌氧反应器的功能同第一厌氧反应器，仍以脱氮为主泥水分离。上清液作为处理水排放，含磷污泥的一部分作为回流污泥回流到第一厌氧反应器，另一部分则作为剩余污泥排出系统。第二好氧反应器的首要功能是吸收磷；第二功能是进一步硝化；第三项功能则是去除BOD2.