废水生物脱氮除磷

5废水生物脱氮除磷兴趣是最好的老师1、城市污水脱氮主要采用什么方法？2、什么是氨化反应？和厌氧氨氧化有什么区别？3、什么是硝化反应？反硝化反应？4、生物除磷技术是利用了聚磷菌的什么特性？5、A/O工艺各单元的功能是什么？6、A/A/O工艺各反应器的名称及其单元功能是什么？7、为什么说A/A/O工艺不容易产生污泥膨胀？8、为什么说硝化反应中混合液中有机物含量不应过高？5废水生物脱氮除磷5.1废水生物脱氮技术5.2废水生物除磷与同步脱氮除磷技术5.1废水生物脱氮技术5.1.1生物脱氮原理5.1.2生物脱氮工艺5.1.1生物脱氮原理污水中氮的存在形式主要以有机氮和氨氮的形式存在，通常只含有少量或没有亚硝酸盐和硝酸盐形态的氮传统的废水生物处理去除废水中呈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！活性污泥理想的营养平衡式为BOD:N:P=100:5:1氮的去除率为20%~40%，磷的去除率仅为5%~20%5.1.1生物脱氮原理在一些污水中，氮是过剩的，如城市污水，炼油污水氨化反应硝化反应反硝化反应生物脱氮自然界中存在氮循环的自然现象有机氮氨态氮硝酸氮氮气以下重点介绍（1）氨化反应生物脱氮原理在未经处理的新鲜废水中有机氮氨态氮蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等NH3及NH4等氨化菌(水解、氧化)氨化反应无论在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（1）氨化反应生物脱氮原理以氨基酸为例：COOHRCHNH2322NHCORCOOHO32NHRCOOHOH32NHRCOOHH氧化脱氨基水解脱氨基还原脱氨基（2）硝化反应生物脱氮原理反应过程氨态氮NH3及NH4+等硝酸盐氮NO3-N1g氨氮氧化需氧4.57gNO2-N亚硝酸盐氮亚硝化菌硝化菌需氧3.43g需氧1.14g在硝化反应中，还有H+释放OHHNOONH222425.1kJ276kJNOONO27.7221322HOHNOONH222324kJ351氮的氧化还原态-Ⅲ铵离子NH4+-Ⅱ-Ⅰ羟胺NH2OH0+Ⅰ硝酰基NOH+Ⅱ+Ⅲ亚硝酸盐NO2-+Ⅳ+Ⅴ硝酸盐NO3-Nutrisimonas亚硝化菌Nitrobacter硝化菌硝化反应过程中氮的转化及价态的变化项目亚硝化菌硝化菌细胞形状椭球或棒状椭球或棒状细胞尺寸（μm）1×1.50.5×1.0革兰氏染色阴性阴性世代期（h）8~3612~59自养性专性兼性需氧性严格好氧严格好氧最大比增长速率μm·h-10.04~0.080.02~0.06产率系数Y(mg细胞/基质mg)0.04~0.130.02~0.07饱和常数K（mg/L）0.6~3.60.3~1.7亚硝化菌和硝化菌的基本特征生物脱氮原理环境条件硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中硝化菌生存需要的环境条件①好氧条件，并保持一定的碱度氧是硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进程，实验结果证实，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg／L。PH值的影响在硝化反应过程中，释放H+离子，使pH值下降，硝化菌对pH值的变化十分敏感，为了保持适宜的pH值，应当在废水中保持足够的碱度，以调节pH值的变化，1g氨态氮(以N计)完全硝化，需碱度(以CaCO3计)7.1g。对硝化菌的适宜的pH值为8.0-8.4。从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量溶解氧pH值营养物质水温活性污泥有毒物质（2）硝化反应环境条件生物脱氮原理环境条件硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中硝化菌生存需要的环境条件①好氧条件，并保持一定的碱度从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量②混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在15—20mg／L以下硝化菌是自养型菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较高的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优占种属。环境条件溶解氧pH值营养物质水温活性污泥有毒物质（2）硝化反应生物脱氮原理环境条件硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中硝化菌生存需要的环境条件①好氧条件，并保持一定的碱度从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量②混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在15—20mg／L以下③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。环境条件溶解氧pH值营养物质水温活性污泥有毒物质（2）硝化反应生物脱氮原理环境条件硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中硝化菌生存需要的环境条件①好氧条件，并保持一定的碱度从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量②混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在15—20mg／L以下③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。④硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间(污泥龄)(θc)N，必须大于其最小的世代时间(θc)minN，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽。一般对(θc)N的取值应为硝化菌最小世代时间的2倍以上，即安全系数应大于2。硝化菌的最小世代时间在适宜温度条件下为3d，因此(θc)N值为6d，最高可以到10d。(θc)N值与温度密切相关，温度低，(θc)N取值应相应明显提高。环境条件溶解氧pH值营养物质水温活性污泥有毒物质（2）硝化反应生物脱氮原理环境条件硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中硝化菌生存需要的环境条件①好氧条件，并保持一定的碱度从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量②混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在15—20mg／L以下③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。④硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间(污泥龄)(θc)N，必须大于其最小的世代时间(θc)minN，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽。⑤除重金属外，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NO-X-N、高浓度的有机基质以及络合阳离子等。环境条件溶解氧pH值营养物质水温活性污泥有毒物质（2）硝化反应(3)反硝化反应生物脱氮原理反应过程和反硝化菌硝酸氮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(3)反硝化反应生物脱氮原理影响因素①碳源在厌氧条件下，以NO3--N为电子受体，以有机碳为电子供体生物学特性：反硝化菌为异养型兼性菌反硝化菌生存需要的环境条件能为反硝化菌所利用的碳源较多，从废水生物脱氮考虑，有下列二类：一是原废水中所含碳源·当原废水（·）时即可认为碳源充足。535TNBODOHOHCONOHCHNO2223367652165OHOHCONOHCHNO2223221212121二是外加碳源，多采用甲醇(CH3OH)，因为甲醇被分解后的产物为C02、H2O，不留任何难降解的中间产物。(3)反硝化反应生物脱氮原理影响因素①碳源在厌氧条件下，以NO3--N为电子受体，以有机碳为电子供体反硝化菌为异养型兼性厌氧菌②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。反硝化菌生存需要的环境条件(3)反硝化反应生物脱氮原理影响因素①碳源在厌氧条件下，以NO3--N为电子受体，以有机碳为电子供体反硝化菌为异养型兼性厌氧菌②对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5③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的条件下，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，反硝化菌生存需要的环境条件(3)反硝化反应生物脱氮原理影响因素①碳源在厌氧条件下，以NO3--N为电子受体，以有机碳为电子供体反硝化菌为异养型兼性厌氧菌②对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5③溶解氧应控制在0.5mg／L以下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。反硝化菌生存需要的环境条件(4)脱氮新理论生物脱氮原理①短程硝化-反硝化—把两个反应过程分开OHHNOONH222425.1OHNHHNO22225.0][3关键点：对于反硝化菌，NO3—N，NO2—N都可做电子受体，控制硝化反应停止在亚硝化阶段研究结果：控制较高的温度（25~35℃），较低的溶解氧和较高的pH值和极短的污泥龄条件氧化过程缩短，可节省氧的供应量，降低能耗；反硝化过程的缩短，可减少投加有机碳源，节约运行费用，同时提高TN去除率；亚硝酸反硝化，其硝化速率要快于硝酸的反硝化，使反应时间缩短，反应器容积可减小；硝化与反硝化在同一反应器内进行，可减少投碱量；可减小污泥生成量短程硝化反硝化技术流程（广州贝龙环保）(4)脱氮新理论生物脱氮原理②厌氧氨氧化ANAMMOX工艺基本原理：在厌氧条件下，以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮氧化成氮气，或者说利用氨作为电子供体，将亚硝酸盐或硝酸盐还原成氮气OHNNONH22242molNHkJG/358HOHNNONH294352234molNHkJG/297ΔG0反应能够自发进行，理论上可以提供能量供微生物增长(4)脱氮新理论生物脱氮原理③亚硝酸型完全自养脱氮CANNON工艺基本原理：先将氨氮部分氧化成亚硝酸盐氮，控制NH4+与NO2-比例为1:1，然后通过厌氧氨氧化作为反硝化实现脱氮的目的OHHNOONH22245.05.075.05.0OHNNONH222425.05.05.0自养的好氧亚硝化反应结合自养的厌氧氨氧化反应，无需有机碳源，对氧的消耗比传统的硝化/反硝化减少62.5%，同时减少碱消耗量和污泥生成量巴茨(Barth)开创5.1.2生物脱氮工艺（1）活性污泥法脱氮传统工艺三级活性污泥法流程氨化、硝化、反硝化三项反应过程氨化，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，NH3-N及NH4-N在这里氧化为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)，也可以引入原废水优点：氨化、硝化、反硝化反应分别在各自的反应器内进行，各自回流污泥，反应进行速度快且彻底缺点：处理设备多，造价高，管理麻烦5.1.2生物脱氮工艺活性污泥法脱氮传统工艺特点：5.1.2生物脱氮工艺两级生物脱氮工艺：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2N5.1.2生物脱氮工艺（2）缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统80年代初期开创,目前采用广泛“前置式反硝化生物脱氮系统”A/O法脱氮(A1-O法)特征反硝化反应器在前，BOD去除、硝化二项反应的综合反应器在后反硝化反应以原废水中的有机物为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在反硝化反应过程中，产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右硝化曝气池在后，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2N5.1.2生物脱氮工艺（2）缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统“前置式反硝化生物脱氮系统”A/O法脱氮(A1-O法)缺点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，