生物脱氮除磷原理及工艺

生物脱氮除磷原理及工艺生物脱氮基本原理概述废水中的氮一般以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等四种形态存在。其中有机氮占生活污水含氮量的40%~60%，氨氮占50%~60%，亚硝酸盐氮和硝酸盐氮仅占0%~5%。因此在传统的生物处理中将氨化菌硝化菌↓↓有机氮→氨氮→亚硝态氮、硝态氮↓←反硝化菌氮气硝化过程反硝化过程硝化反硝化生物脱氮过程是一个矛盾统一体。硝化反应需要好氧条件和较长污泥龄的硝化菌，而反硝化反应则需要缺氧条件和较短污泥龄的反硝化菌在大量有机物存在时硝化菌对氧气和营养物质的竞争不如好氧异养菌不利于硝化反应而反硝化菌需要有机物作为电子供体来完成脱氮的过程解决这些矛盾将会提高生物脱氮工艺的高效性和稳定性硝化反应动力学maxNNNSKSmaxNNNNobsNSrrYKS反硝化反应动力学DmaxDDSKSmaxDNDNDNDNobsDNSrrYKS1DNobsDNDNDNYqb00max0DNDNDNSSSrrKSKS生物除磷的原理生物除磷动力学32423224242()3CHOHPOHOCHOPOH32424245722320.161.20.20.161.20.20.441.44CHONHOPOCHNOCOHPOOHHO厌氧条件下，PAO对有机物降解和磷的释放：好氧条件下，PAO对有机物的降解和对磷的过量摄取：34,,HACPRHACPAOHACPOHACSHACSrKXSK3344333444max,POPOmax,POPO,POPUPAOSSrXYSK脱氮除磷工艺概述传统的脱氮工艺An/O工艺该工艺是Barnard于1973年Ludzack-Ettinger工艺的改进，能够较好的适应现有的活性污泥系统，较易实现常规出水标准（TN10mg/L）Bardenpho工艺SND工艺SND优点流程简单，操作运行管理方便硝化反硝化在同一个反应器中进行，无需混合液回流可将进水点设置在反硝化区，省去对外加碳源的投加。厌氧氨氧化（ANAMMOX）原理厌氧氨氧化anaerobicammoniumoxidationANAMMOX工艺于1900年由荷兰Delft技术大学研究开发该工艺是厌氧条件下微生物以氨氮为电子供体亚硝酸氮或硝酸氮为电子受体发生生化反应生成氮气该工艺无需外加碳源供氧以及额外投加酸碱中和试剂而且能耗低运行费用较少同时还避免了因投加中和试剂可能造成的二次污染典型的厌氧氨氧化处理工艺有SHARON-ANAMMOX工艺和CANON工艺A/O除磷工艺该工艺是Spector于1975年发现的，该工艺不仅具有除磷效果，还可以有效的抑制丝状菌膨胀。并于1977年获得专利。A/O除磷工艺特性曲线A/O工艺运行特点适合在高负荷短泥龄的情况下运行。TP/BOD5较低时较适宜对进水的小分子底物较少时，将影响其对磷的释放，进而影响到好氧段对磷的吸收。剩余污泥的磷含量较高。在污泥浓缩和消化过程中，部分磷会回到上清液中。所以对上清液一般要返回工艺进行处理。当进水水质波动较大时，会对磷的释放产生一定影响，进而影响到除磷的效果。同步生物脱氮除磷工艺除磷脱氮工艺在涉及泥龄上存在矛盾：首先，除磷需要泥龄短。生物除磷主要靠排出剩余污泥而带走磷，因此，如要除磷效率高，就必须加大污泥排泥量。其次，脱氮需要泥龄长。脱氮的关键步骤是硝化，消化过程不充分，则无法提高脱氮效率。但是，硝化菌（包括亚消化菌）是一类增值速度较慢的微生物，所需要的世代时间比较长，通常需要3~5d，因此在泥龄短的系统中，硝化菌量极少。A2/O工艺连续流脱氮除磷工艺的发展主要是围绕着在同一污水处理系统中实现脱氮与除磷同时存在的矛盾中展开的。最初，脱氮和除磷是在不同的生物处理工艺中实现的。1972年，Barnard在研究缺氧、好氧交替进行的Bardenpho脱氮工艺时发现废水中的磷也得以高效率的去除。于是，他在流程之初增加了一个厌氧区，提出同时实现脱氮除磷的Phoredox工艺，它的简化流程就是A2/O。A2/O工艺流程图A2/O工艺运行特性曲线A2/O工艺优缺点在厌氧、缺氧和好氧交替运行的条件下可抑制丝状菌繁殖，克服污泥膨胀，SVI值一般小于100，有利于处理污水与污泥的分离，运行中在厌氧和缺氧段内只需轻缓搅拌，运行费用低。厌氧、缺氧和好氧三个区段严格分开，有利于不同微生物菌群的繁殖生长，减少了各功能区微生物的相互影响。厌氧环境下反硝化与释磷对碳源的竞争反硝化效果受到碳源量的限制，大量的未被反硝化的硝酸盐随回流污泥进入厌氧区，干扰厌氧释磷的正常进行。UCT工艺为了改善城市污水脱氮除磷系统在进水碳源不足时的处理效果，研究者们进行了大量的工艺改进。改进污泥回流路线或增加反硝化环节，以控制厌氧区回流污泥中的硝酸盐含量南非CateTown大学的UCT工艺将A2/O中的污泥回流由厌氧区改到缺氧区，使污泥经反硝化后再回流至厌氧区，减少了回流污泥中硝酸盐含量UTC工艺流程图改良型UCT工艺----MUCT与A2/O工艺相比，在适当的COD/TKN比例下，缺氧区的反硝化可使厌氧区回流污泥中硝酸盐含量接近于0。当进水COD/TKN较高时，缺氧区无法实现完全的脱氮，仍有部分硝酸盐进入厌氧区，因此又产生改进UCT工艺（MUCT）MUCT工艺有两个缺氧池，前一个接受二沉池回流污泥，后一个接受好氧区硝化混合液，使污泥的脱氮与混合液的脱氮分开，进一步减少硝酸盐进入厌氧区的可能。MUCT工艺流程图JHB工艺JHB工艺是在A2/O工艺的厌氧区污泥回流线路中增加了一个缺氧池，以减少回流污泥中硝酸盐的含量Dephanox工艺随着除磷研究在微生物学领域的深化，发现一些聚磷菌在氧化PHB的过程中能以硝酸盐代替氧作电子受体，实现同时反硝化和过度摄磷，即所谓“一碳（指PHB）两用”。这对于解决除磷系统反硝化碳源不足的问题和降低系统的充氧能耗都具有一定的意义。于是产生了另一种改进思路—反硝化除磷系统。利用这一现象开发的Dephanox工艺，有效的解决了除磷系统反硝化碳源不足的问题，并且降低了系统的能源消耗Dephanox工艺流程图改进的Bardenpho工艺改进的Bardenpho工艺由四池串联，即缺氧一好氧一缺氧池一好氧池。类似二级A/O工艺串联。第二级A/O的缺氧池基本上利用内源碳源进行脱氮，最后的曝气池可以吹脱氨氮，提高污泥的沉降性能。为了提高除磷的稳定性，在Bardenpho工艺流程之前增设一个厌氧池，以提高污泥的磷释放效率。只要脱氮效果好，那么通过污泥进入厌氧池的硝酸盐是很少的，不会影响污泥的放磷效果，从而使整个系统达到较好的脱氮除磷效果。改进的Bardenpho工艺流程图生物脱氮的运行控制DO的控制温度T的控制pH的控制碳氮比的控制污泥龄的控制混合液回流比的控制有毒有害物质的控制DO的控制温度T的控制pH的控制碳氮比的控制污泥龄的控制混合液回流比的控制有毒有害物质的控制废水生物除磷的运行控制DO的控制营养比（BOD5/TP）的控制硝态氮含量的控制污泥龄的控制SVI及剩余污泥的控制DO的控制营养比（BOD5/TP）的控制硝态氮含量的控制污泥龄的控制SVI及剩余污泥的控制生物脱氮除磷的工程实例