20180411环保精讲班第十九讲脱氮除磷膜生物反应器厌氧

网络授课课后视频及时答疑专有题库注册环保专业群327311547注册环保基础群2070861652018年张工培训注册环保工程师精讲班——污水生物脱氮除磷、膜生物反应器、厌氧生物处理1主讲：上海封工注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165水污染防治工程基础与实践]第1章污水处理工程总体设计第2章污水污水预处理工程第3章污水生物处理工程基础•3.1活性污泥法•3.2生物膜法•3.3污水生物脱氮除磷（本课内容）•3.4膜生物反应器（本课内容）•3.5厌氧生物处理（本课内容）第4章污水物理与化学处理工程基础第5章污水再生利用工程第6章工业废水处理工程第7章污泥处理工程第8章污水污泥处理过程常用设备、药剂及仪表第9章污水自然净化工程第10章流域水污染防治工程相关环境法规、标准、规范等2注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165生物脱氮除磷氮、磷对受纳水体的主要危害表现在：水体富营养化、影响美观、影响饮用水质、增加制水成本农业灌溉用水中，总氮TN含量超过1mg/L，作物吸收过剩的氮，能够产生倒伏现象1污水生物脱氮生物脱氮的原理生物脱氮的主要影响因素生物脱氮工艺2污水生物除磷生物除磷基本原理生物除磷的主要影响因素生物除磷工艺3同时生物脱氮除磷工艺3注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮概念：在废水中的氮主要以有机氮（动物蛋白、植物蛋白）、氨氮（NH3-N，NH4+-N）、亚硝酸氮（NO2--N）和硝酸氮（NO3--N）四种形式存在。凯氏氮(KN)为有机氮+氨氮。总氮(TN)是四种含氮化合物之和：有机氮+氨氮+亚硝酸氮+硝酸氮生物脱氮原理1）氨化反应：将有机氮转化为氨。2）硝化反应：将氨氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。3）反硝化反应：将亚硝酸盐和硝酸盐还原为N2。4）同化作用：废水中的一部分氮转化被同化为异养生物细胞的组成部分（新三废p914）4注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮1）氨化反应：氨化菌将有机氮转化为氨。也称为矿化作用。（新三废p911）有机N→NH3（速度快）好氧菌：氧化脱氨、水解脱氨厌氧菌：还原脱氨、水解脱氨、脱水脱氨5注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮2）硝化反应：硝化菌（好氧自养型微生物）将氨氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。分为两个步骤：亚硝化和硝化。在好氧条件下,亚硝化菌将NH4+转化为NO2－,进一步在硝化菌作用下转化为NO3－:第一步NH4+＋1.382O2＋1.982HCO3-→0.982NO2-＋0.018C5H7NO2＋1.036H2O＋1.891H2CO3第二步NO2-＋0.488O2＋0.01H2CO3＋0.003NH4＋→NO3-+0.03C5H7NO2＋0.008H2O总反应式：NH4+＋1.87O2＋1.982HCO3-→0.982NO3-＋1.044H2O＋1.881H2CO3＋0.021C5H7NO26注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮2）硝化反应：硝化菌（好氧自养型微生物）将氨氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。（新三废p914）总反应式：NH4+＋1.86O2＋0.98HCO3-→0.98NO3-＋1.04H2O＋0.88H2CO3＋0.02C5H7NO21gNH4+-N完全硝化，需要碱度7.14g（以碳酸钙计），计算过程：100÷14=7.14（排水工程第四册下p308）总反应式：NH4+＋2O2→NO3-＋H2O＋2H+1gNH4+-N完全去除，需要氧气4.57g，计算过程：32×2÷14=4.57硝化反应混合液中的有机物浓度不应过高，BOD值应在15~20mg/L以下。若BOD浓度过高，会使增殖速度较高的异养型细菌迅速繁殖。（排水工程第四册下p308）7注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮3）反硝化反应：反硝化菌（异养型微生物、兼性细菌）将亚硝酸盐和硝酸盐还原为N2。生物反硝化是指污水中的硝态氮NO3-和亚硝态氮NO2-，在缺氧条件下被反硝化细菌还原成氮气的过程。反应式如下：2NO2-＋6H→N2＋2H2O＋2OH-2NO3-＋10H→N2＋4H2O＋2OH-反硝化过程中有机物需要量BOD5：C=1.71[NO2-N]+2.86[NO3-N]•1gNO2-→N2消耗有机物（BOD5）1.71g，•1gNO3-→N2消耗有机物（BOD5）2.86g，•反硝化过程产生3.57gCaCO3/gNO3-N碱度（假设水中无NH3）8注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮3）反硝化反应9反硝化:在缺氧条件下,反硝化菌作用将NO3-转化为N2(异化反硝化,占96％)或生物体(同化反硝化,占4％).异化反硝化：NO3-+C→N2+OH－+H2O+CO2NO3-→NO2-→NO→N2O→N2同化反硝化：NO3-+C+H+→C5H7O2N+H2ONO3-→NO2-→有机含N物质当污水中缺乏有机物时，可利用无机物氢、Na2S作为电子供体，微生物通过消耗自身的原生质进行内源反硝化。为了抑制内源反硝化，可以投加有机碳源：甲醇、高浓度有机废水或废物。注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮影响生物脱氮的主要因素：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。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。溶解氧硝化反应溶解氧应保持在2.0mg/L以上。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。10注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮影响生物脱氮的主要因素：pH值硝化菌对pH变化十分敏感，pH在7.0~7.8时，亚硝酸菌的活性最好，pH在7.7~8.1时，硝酸菌的活性最好；pH小于5.5硝化反应几乎停止。lg氨态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）7.14g。剩余碱度宜大于70mg/L。对反硝化反应，最适宜的pH是7.0~7.5。pH高于8或低于6，反硝化速率将大为下降。反硝化会恢复一部分碱度。碳氮比硝化菌是好氧自养菌，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。反硝化菌为异养兼性菌，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：一是原污水中所含碳源，对于城市污水，当原污水BOD5/TKN4时,即可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因为甲醇被分解后的产物为CO2和H2O，不留任何难降解的中间产物；三是利用微生物组织进行内源反硝化。反硝化宜用易于降解的有机物。11注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮影响生物脱氮的主要因素：泥龄一般为最小世代时间的2倍以上生物脱氮泥龄宜为12~25d（室外排水规范11~23d）冬季时适当提高泥龄有毒物质硝化与反硝化都易受到有毒物质的影响，特别是硝化菌。主要有毒物质有重金属：Zn、Cu、Hg、Cr、Ni、Pb、CN-、HCN、有抑制作用的：高浓度氨氮、高浓度的硝态氮、有机物以及络合阳离子等。（排水工程第4版下p309）12注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮生物脱氮工艺：缺氧/好氧（ANO）工艺特点：流程简单；不需外加碳源；前置缺氧池具有生物选择器的功能，可避免污泥膨胀、改善污泥沉降；前置缺氧池反硝化可恢复部分碱度，调节pH值13注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮生物脱氮工艺：缺氧/好氧（ANO）工艺参数14注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮缺氧/好氧（ANO）设计计算：15Kde与混合液回流比、进水水质、温度和污泥中发硝化菌的比例等因素有关。混合液回流量大，带入缺氧池的溶解氧多，Kde取低值；进水有机物浓度高且易发生生物降解时，Kde取高值注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮缺氧/好氧（ANO）设计计算：16注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮缺氧/好氧（ANO）设计计算：脱氮的效率：混合液的回流比在ANO工艺中是一个非常重要的工艺控制参数。混合液回流直接提供了反硝化的硝酸盐氮源。EN=𝑹+𝑹𝒊𝟏+𝑹+𝑹𝒊x100式中：EN总氮去除率，%R污泥回流比，%Ri混合液回流比，%17注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮缺氧/好氧（ANO）设计计算：脱氮的效率：混合液的回流比在ANO工艺中是一个非常重要的工艺控制参数。混合液回流直接提供了反硝化的硝酸盐氮源。EN=𝑹+𝑹𝒊𝟏+𝑹+𝑹𝒊x100式中：EN总氮去除率，%R污泥回流比，%Ri混合液回流比，%18注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮《室外排水设计规范》6.6.17脱氮时，污水中五日生化需氧量与总凯氏氮之比宜大于4。6.6.17条文说明：一般地说，积磷菌、反硝化菌和硝化细菌生长的最佳pH值在中性或弱碱性范围，当pH值偏离最佳值时，反应速度逐渐下降，碱度起着缓冲作用。污水厂生产实践表明，为使好氧池的pH值维持在中性附近，池中剩余总碱度宜大于70mg/L。每克氨氮氧化成硝态氮需消耗7.14g碱度，大大消耗了混合液的碱度。反硝化时，还原lg硝态氮成氮气，理论上可回收3.57g碱度，此外，去除1g五日生化需氧量可以产生0.3g碱度。出水剩余总碱度可按下式计算，剩余总碱度=进水总碱度＋0.3x五日生化需氧量去除量十3x反硝化脱氮量一7.14x硝化氮量，式中3为美国EPA（美国环境保护署）推荐的还原lg硝态氮可回收3g碱度。当进水碱度较小，硝化消耗碱度后，好氧池剩余碱度小于70mg/L，可增加缺氧池容积，以增加回收碱度量。在要求硝化的氨氮量较多时，可布置成多段缺氧／好氧形式。在该形式下，第一个好氧池仅氧化部分氨氮，消耗部分碱度，经第二个缺氧池回收碱度后再进入第二个好氧池消耗部分碱度，这样可减少对进水碱度的需要量。19注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮真题——单选2012-1A-7、下列关于生物脱氮技术原理的描述中错误的是【】（A）生物脱氮过程中的氨化反应是指有机氮化合物在氨化菌的作用下，分解转化为氨态氮的过程（B）硝化反应中，氨态氮首先在亚硝化菌的作用下转化为亚硝酸氮，进而在硝酸菌的作用下转化为硝酸氮（C）生物脱氮过程中的硝化菌包括亚硝化菌和硝酸菌，二者均属于化能异养菌，从污水中的有机污染物获取碳源（D）反硝化菌属于兼性异养菌解析：《教材第1册》P130，C不正确，硝化菌包括亚硝化菌和硝化菌，硝化菌属于化能自养菌。答案：C20注册环保专业群327311547注册环保基础群207086165污水生物脱氮真题——多选2007-1A-51、某工业废水中含有较高浓度的有机物和氨氮（150mg/L），采用缺氧/好氧工艺进行处理，出水要求COD150mg/L，NH3-N15mg/L，请选择合适的污泥龄【】（A）2d（B