生物处理新技术在污水处理中的应用

第二十一章生物处理新技术南华大学建筑工程与资源环境学院给水排水教研室2005年7月1日教师：娄金生课程内容生物脱氮除磷新工艺生物脱氮原理生物脱氮工艺生物除磷原理生物除磷工艺同步脱氮除磷工艺活性污泥法新工艺氧化沟A-B生物脱氮除磷工艺间歇式活性污泥法（SBR法）膜生物反应器思考题习题谢谢！结束生物脱氮原理氮在水中的存在形态与分类氨化与硝化反应过程硝化反应的条件反硝化硝化、反硝化反应中氮的转化返回氮在水中的存在形态与分类N无机NNOx--N(硝态氮)TKN(凯氏氮)总N(TN)NO3—-NNH3-NNO2—-N有机N（尿素、氨基酸、蛋白质）返回氨化与硝化反应过程HOHNO3/2O：NH2-223亚硝化菌硝化-3-2NO1/2ONO硝酸菌HOHNO2ONH2-323硝化菌3222NHCORCOOHO)COOH：RCH(NH氨化菌氨化-2223-36OHO7H3N5COOH5CH：6NO反硝化菌反硝化-3322275-3240.982NOCO1.881HO1.044HNOH0.021C1.985HCO1.86ONH返回硝化反应的条件（1）好氧状态：DO≥2mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧4.57g——硝化需氧量。（2）消耗废水中的碱度：1gNH3-N完全硝化需碱度7.1g（以CaCO3计），废水中应有足够的碱度，以维持PH值不变。（3）污泥龄θC≥（10-15）d。（4）BOD5≤20mg/L。返回反硝化-1反硝化包括异化反消化和同化反消化，以异化反消化为主反硝化菌在DO浓度很低的环境中，利用硝酸盐中的氧（NOX-—O）作为电子受体，有机物作为碳源及电子供体而得到降解。当利用的碳源为甲醇时：NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7CO2+0.47N2↑+1.68H2O+HCO3-NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7CO2+0.48N2↑+1.23H2O+HCO3-反硝化反应可使有机物得到分解氧化，实际是利用了硝酸盐中的氧，每还原1gNO3—N所利用的氧量约2.6g。反硝化-2当缺乏有机物时，则无机物如氢、Na2S等也可作为反硝化反应的电子供体（1）反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌，在缺氧条件下，进行厌氧呼吸，以NO3—O为电子受体，以有机物的氢为电子供体（2）反硝化过程中，硝酸态氮有二种转化途径——同化反硝化（合成细胞）和异化反硝化（还原为N2↑），但以异化反硝化为主。（3）反硝化反应的条件反硝化反应的条件DO0.5mg/L，一般为0.2~0.3mg/L（处于缺氧状态），如果DO较高，反硝化菌利用氧进行呼吸，氧成为电子受体，阻碍NO3—O成为电子受体而使N难还原成N2↑。但是反硝化菌体内的某些酶系统组分只有在有氧条件下，才能合成。反硝硝化菌以在缺氧—好氧交替的环境中生活为宜。BOD5/TN≥3~5，否则需另投加有机碳源，现多采用CH3OH，其分解产物为CO2+H2O，不留任何难降解的中间产物，且反硝化速率高。目前反硝化投加有机碳源一般利用原污水中的有机物。还原1g硝态氮能产生3.57g碱度（以CaCO3计），而在硝化反应中，1gNH3—N氧化为NO3-—N要消耗7.14g碱度，在缺氧——好氧中，反硝化产生的碱度可补偿硝化消耗碱度的一半左右。内源反硝化微生物还可通过消耗自身的原生质进行所谓的内源反硝化C5H7NO2+4NO3-→5CO2+NH3+2H2↑+4OH-内源反硝化的结果是细胞物质减少，并会有NH3的生成。废水处理中不希望此种反应占主导地位，而应提供必要的碳源。返回硝化、反硝化反应中氮的转化表21-1硝化过程中氮的转化表24-2反硝化反应中氮的转化氮的氧化还原态–Ⅲ氨离子NH4+–Ⅱ–Ⅰ羟胺NH2OH0+Ⅰ硝酰基NOH+Ⅱ+Ⅲ亚硝酸根NO2—+Ⅳ+Ⅴ硝酸根NO3—氮的氧化还原态–Ⅲ氨离子NH4+–Ⅱ–Ⅰ羟胺NH2OH0N2+Ⅰ硝酰基NOH+Ⅱ+Ⅲ亚硝酸根NO2—+Ⅳ+Ⅴ硝酸根NO3—返回生物脱氮工艺传统活性污泥法脱氮工艺缺氧—好氧活性污泥法（A1/O工艺）A1/O工艺的影响因素A1/O工艺设计返回传统活性污泥法脱氮工艺二级活性污泥生物脱氮工艺点击此处观看工艺流程三级活性污泥生物脱氮工艺点击此处观看工艺流程处理水回流污泥反硝化反应器BOD去除硝化氨化沉淀池碱N3(好氧)III回流污泥CH2OH剩余污泥剩余污泥回流污泥图21-1两级生物脱氮系统返回缺氧—好氧活性污泥法（A1/O工艺）分建式缺氧—好氧活性污泥生物脱氮（前置反硝化生物脱氮工艺）合建式A1/O工艺A1/O工艺的优缺点返回分建式缺氧—好氧活性污泥生物脱氮（前置反硝化生物脱氮工艺）硝化液一部分回流至反硝化池，池内的反硝化脱氮菌以原污水中的有机物作碳源，以硝化液中NOX-中的氧作为电子受体，将NOX-—N还原成N2，不需外加碳源。反硝化池还原1gNOX—-N产生3.57g碱度，可补偿硝化池中氧化1gNH3—N所需碱度（7.14g）的一半，所以对含N浓度不高的废水，不必另行投碱调PH值。反硝化池残留的有机物可在好氧硝化池中进一步去除。回流污泥回流污泥处理水内循环（硝化液回流）回流污泥反硝化反应器BOD去除、硝化反应反应器(缺氧)沉淀池碱N2(好氧)图21-3分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统返回合建式A1/O工艺硝化BOD去除回流污泥反硝化沉淀池处理水内循环N2内循环原污水空气图21-4合建式缺氧-好氧活性污泥法脱氮系统点击此处观看合建式A1/O工艺过程返回A1/O工艺的优缺点优点：同时去除有机物和氮，流程简单，构筑物少，只有一个污泥回流系统和混合液回流系统，节省基建费用。反硝化缺氧池不需外加有机碳源，降低了运行费用。因为好氧池在缺氧池后，可使反硝化残留的有机物得到进一步去除，提高了出水水质（残留有机物进一步去除）。缺氧池中污水的有机物被反硝化菌所利用，减轻了其它好氧池的有机物负荷，同时缺氧池中反硝化产生的碱度可弥补好氧池中硝化需要碱度的一半。（减轻了好氧池的有机物负荷，碱度可弥补需要的一半）。缺点：脱氮效率不高，一般ηN=（70～80）%好氧池出水含有一定浓度的硝酸盐，如二沉池运行不当，则会发生反硝化反应，造成污泥上浮，使处理水水质恶化。返回A1/O工艺的影响因素-11.水力停留时间tt反硝化≤2h，t硝化≥6h，t硝化：t反硝化=3：1，ηN达到（70-80）%，否则ηN↓2.进入硝化好氧池中BOD5≤80mg/L3.硝化好氧池中DO=2mg/L±4.反硝化缺氧池污水中溶解氧性BOD5/NO3—-N的比值应大于4，以保证反硝化过程中有充足的有机碳源。5.混合液回流比RN：RN不仅影响脱氮效率，而且影响动力消耗。A1/O工艺的影响因素-26.MLSS≥3000mg/L，否则ηN↓。7.污泥龄θC（ts）应为30d。8.硝化段的污泥负荷率：BOD5/MLSS负荷率0.18kgBOD5/（kgMLSS·d）；硝化段的TKN/MLSS负荷率0.05kgTKN/KgMLSS.d。9.温度：硝化最适宜的温度20~30℃。反硝化最适宜的温度20~40℃。10.PH值：硝化最佳PH=8~8.4。反硝化最佳PH=6.5~7.5。11.原污水总氮浓度TN30mg/L。返回A1/O工艺设计设计要点（1）BOD5/MLSS负荷率0.18kgBOD5/kgMLSS·dTKN/MLSS负荷率0.05kgTKN/kgMLSS·d（2）反硝化池进水溶解性BOD5浓度与NOX-—N浓度之比值，即S-BOD5/NOX-—N≥4。（3）水力停留时间t。t缺氧：t好氧=1：（3~4）一般t好氧≥6h，t缺氧≤2h。（4）污泥回流比R=（50~100）%混合液回流比RN=（300~400）%（5）MISS≥3000mg/L（6）θC（tS）≥30d（7）氧化1gNH4-N需氧4.57g，并消耗7.14g碱度；而反硝化1gNOX-—N生成3.57g碱度，并消耗1.72gBOD5，同时还提供2.6gO2。（8）需氧量：O2=aSr+bNr-bND-CXW设计计算返回A1/O工艺设计计算-1（1）选定FS（BOD污泥负荷率）→SVI→回流污泥浓度XR，r=1（2）确定污泥回流比R→算出曝气池混合液污泥浓度X（3）混合液回流比（4）生化反应池总有效容积V（5）按推流式设计，确定反应池主要尺寸a.取有效水深H1，一般为3.5～6m；b.反应池总表面积；c.每组反应池表面积S=S总/n，式中：n——分组数；d.确定廊道宽(b)和廊道数m使b/H1=1～2，算出单组曝气池长度L1=S/b使L1/b≥10rSVI10X6R)L/mg(XR1RXR%100TNiTNTNeiTK)m(XFKQLV3sa)m(HVS21总A1/O工艺设计计算-2（6）污水停留时间（7）取A1:O段停留时间比为1:(3～4)，分别求出A1、O段的停留时间，从而算出A1、O段的有效容积。（8）每日产生的剩余污泥干量W（kg/d）及其容积量q（m3/d）a.每日产生的剩余污泥干量W（kg/d）b.剩余污泥容积量q（m3/d）（9）污泥龄（10）曝气系统需氧量O2=aSr+bNr-bNd-cXw（kg/d）（11）曝气系统其它部分计算同普通活性污泥法（12）缺氧段A1宜分成几个串联的方格，每格内设置一台水下推进式搅拌器或水下叶片式浆扳搅拌器，其功率按3~5W/m3计算。)d(WVX)d(ts)d/m(100)P1(Wq3)d/kg(10050)SS(BVX)CC(aWe0ve0)h(KQVt返回生物除磷原理1.聚磷菌（小型革兰式阴性短杆菌）：该菌在好氧环境中竞争能力很差，然而它却能在细胞内贮存聚β羟基丁酸（PHB）和聚磷酸菌（Ploy-P）。2.聚磷菌在厌氧环境中，它可成为优势菌种，吸收低分子的有机酸，并将贮存于细胞中的聚合磷酸盐中的磷水解释放出来。3.聚磷酸菌在其后的好氧池中，它将吸收的有机物氧化分解，同时能从污水中变本加厉地、过量地摄取磷，在数量上远远超过其细胞合成所需磷量，降磷以聚合磷酸盐的形式贮藏在菌体内而形成高磷污泥，通过剩余污泥排出。所以除磷效果较好。返回生物除磷工艺A2/O除磷工艺弗斯特利普（Phostrip）除磷工艺返回A2/O除磷工艺工艺流程工艺特点影响因素工艺设计返回A2/O除磷工艺流程回流污泥中的聚磷菌在厌氧池可吸收去除一部分有机物，同时释放出大量磷，然后混合液流入后段好氧池，污水中的有机物得到氧化分解，同时聚磷菌将变本加厉地、超量地摄取污水中的磷，通过排放高磷污泥而使污水中的磷得到有效去除。污泥中磷的含量2.5％以上。ηBOD5≥90％；ηP＝（70～80）％；磷的出水浓度＜1.0mg/LATP+H2O→ADP+H3PO2+能量ADP+H3PO4+能量→ATP+H2O（H3PO4用于合成聚磷酸盐）发酵产酸菌将废水中的大分子物质降解为低分子脂肪酸类有机物，聚磷菌才能加以利用以合成PHB或通过PHB的降解来过量摄取磷，当发酵产酸菌的作用受到抑制时（如NO3－存在），则ηP降低。PHB-聚β羟基丁酸（PHB）聚磷菌在厌氧条件下，能够将其体内储存的聚磷酸盐分解，以提供能量摄取废水中溶解性有机物，合成并储存PHB。生物除磷基本原理：在好氧状态下，降解经聚磷菌所合成并储存的PHB，并放出能量以使聚磷菌过量摄取磷，将磷以聚合磷酸盐形式贮存菌体内而形成高磷污泥。返回A2/O除磷工艺特点1.工艺流程简单，无混合液回流，其基建费用和运行费用较低，同时厌氧池能保持良好的厌氧状态。2.在反应池内水力停留时间较短，一般为3～6h，其中厌氧池1～2h，好氧池2～4h。3.沉淀污泥含磷率高，一般（2.5～4）％左右，故污泥效好。4.混合液的SVI100,易沉淀，不膨胀5.ηBOD≥90％；ηP＝（70～80）％；当P/BOD5比值高，剩余污泥产量小，使ηP难以提