生物脱氮除磷原理及工艺d42532df804d2b160b4ec08b

生物脱氮除磷原理及工艺xxx（1）富营养化——N、P引起，藻类问题（滇池，太湖）；（2）提高制水成本——应用水，污水消毒时，增加投氯量；（3）污水回用填塞管道——NH3－N可促进设备中微生物的繁殖；（4）农业灌溉——TN不大于1mg/l，否则对农作物有影响。2、氮的存在形式（1）有机氮（2）氨态氮（NH3—N、NH4+—N）（3）NO2—N、NO3—N（4）N2凯式氮3、二级处理技术的局限性※合成代谢对氮磷的去处率低，水中氮磷过剩nCxHyOz+nNH3+n(x+y/4-z/2-5)O2(C5H7NO2)n+n(x-5)CO2+n/2(y-4)H2O活性污泥的脱氮除磷原理及应用1、氮污染的危害13.7.1脱氮原理与工艺技术1、原理一、氮的吹脱去除（1）NH3+H2ONH4++OH-PH=7时，以NH4+存在PH=11时，90%NH3存在PH升高，去除NH3上升T上升，去除NH3上升（2）脱氮塔脱氮塔技术的特点除氮的效果稳定操作简便，容易控制NH3二次污染（可回收）使用CaO易结垢（改用NaOH）水温下降时，效果差②水温——水温升高，效率升高③布水状态——滴状下落最好，膜状下落，效果大减④布水负荷率——填料6m高以上时，其值不超过180m³/m².d⑤气液比——填料6m高以上时，2200-2300以下为好。活性污泥法的传统功能——去除水中溶解性有机物二、污水生物脱氮原理（3）脱氮塔工作影响因素与设计参数①PH值——PH升高到10.5以上，去除率增加缓慢1、同化作用污水生物处理中，一部分氮备同化微生物细胞的组分。按细胞干重计算，微生物中氮的含量约为12.5%2、氨化反应与硝化反应（1）氨化反应RCHNH2COOH+O2氨化菌RCOOH+CO2+NH33、硝化反应（1）硝化过程硝化菌的特点①硝化菌——亚硝酸菌和硝酸菌的统称;②硝化菌属于——化能自养菌，革兰氏染色阴性，可生芽孢的短杆状细菌.NH4++2O2NO3-+H2O+2H+-△F（△F=351kj）（2）环境因素对硝化反应的影响※硝化菌对环境条件的变化极为敏感NH4++3/2O2NO2-+H2O+2H+-△（△F=278.42kj）NO2-+1/2O2NO3--△F（△F=72.27kj)硝化菌亚硝化菌④温度——适应20-30℃，15℃时硝化速度下降，低于5℃完全停止⑤有机物——BOD应低于15-20mg/l⑥污泥龄（SRT）——微生物在反应器内的停留时间（θc）N(θc)Nmin，硝化菌最小的世代时间(θc)Nmin⑦重金属机有害物质重金属对硝化反应抑制高浓度NH4+—N，高浓度NOx-—N有机物、络合物阳离子①溶解氧——氧是电子受体，DO不能低于1.0mg/l硝化需氧量（NOD）——4.57g(氧)/g（N）②碱度——7.1g碱度（以CaCO3计）/1g氨态氮（以N计）,一般碱度不低于50mg/l③PH——对PH变化敏感（硝化菌),最佳值8.0-8.4,效率最高①反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌；②以NO3—N为电子受体，以有机碳为电子供体，不能释放更多的ATP，合成的细胞物质较少。（2）反应过程（3）反硝化反应的控制指标污水中的碳源，BOD5/T—N3-5时，勿需外加外加碳源，CH3OH（反硝化速率高生成CO2+H2O），当BOD5/T—N3-5时适当的PH值（6.5-7.5）——主要的影响因素PH8，或PH6，反硝化速率下降①碳源②PH值（1）反硝化菌的特点4、反硝化反应反硝化反应——指NO3—N和NO2—N在反硝化菌的作用下，还原成气态N2的过程。2HNO32HNO22HNO2NH2OH2NH3NON2NO3-NO2-NH2OHNO2-N2O有机体(同化反硝化)N2(异化反硝化)反硝化过程式上式的简化式同化反硝化-H2O异化反硝化图7－14反硝化反应过程（同化反硝化、异化反硝化）+4H+4H-2H2O-2H2O生化反应类型去除有机物（好氧分解）硝化反硝化亚硝化硝化微生物好氧菌和兼性菌（异养型细菌）Nitrosomonas自养型细菌Nitrobacter自养型细菌兼性菌异养型细菌能源有机物化学能化学能有机物氧源(H受体)O2O2O2NO3-NO2-溶解氧1—2mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上0—0.5mg/l碱度没有变化氧化1mgNH4+-N需要7.14mg的碱度没有变化还原1mgNO3--N,N02--N生成3.57g碱度氧的消耗分解1mg有机物(BOD5)需氧2mg氧化1mgNH4+-N需氧3.43mg氧化1mgNO2--N需氧1.14mg分解1mg有机物(COD)需要NO3-N0.35mg,N02-N0.58mg，以提供化合态的氧最适pH值6—87—8.56—7.56—8最适温度15—25℃θ=1.0—1.0430℃θ=1.130℃θ=1.134—37℃θ=1.06—1.15增殖速度(d-1)1.2—3.50.21—1.080.28—1.44好氧分解的1/2—1/2.5分解速度70—870mgBOD/(gMLSS·h)7mgNH4+-N/(gMLSSh)0.022—8mgNO3-—N/(gMLSS·h)产率16%CH3OH/gC5H702N0.04—0.13mgSS/mgNH4+-N能量转换率为5%—35%0.02—0.07mgVSS/mgN02--N能量转换率10%—30%16%CH3OH/gC5H7O2N8表7-4生物脱氮反应过程各项生化反应特征0.5mg/l以下，厌氧、好氧交替的环境，如存在氧，会抑制反硝化菌体内硝酸盐还原酶的合成，或氧成为电子受体阻碍硝酸氮的还原，但另一方面，某些酶系统还需有氧才能合成；④温度最适宜的温度是20-40℃，低于15℃时代谢速率下降；⑤冬季低温季节提高SRT，降低负荷率，从而提高污水的HRT。1、传统脱氮工艺三级脱氮工艺，氨化由三个反应过程建立硝化反硝化三、生物脱氮工艺技术③溶解氧“一级”曝气池：去除COD、BOD，BOD15-20mg/l有机氮转化为NH3NH4+；“二级”硝化曝气池，NH3、NH4+生成NO3—N，碱度下降；“三级”反硝化池——厌氧、好氧交替运行。投甲醇时，CM=2.47N0（初始NO3—N浓度）+1.53N(初始NO2—N浓度)+0.87D（初始DO浓度）（2）优缺点去除效果好各类菌类环境条件好设备多，造价高，能耗大（1）流程说明（3）改进的二级生物脱氮系统BOD去除和硝化两个反应合并2、缺氧—好氧活性污泥法A/O工艺（1）工艺特征80年代开创,前置反硝化——不加碳源,外加碱度,降低负荷设内循环产生碱度,3.75mg碱度/mgNO3—N勿需建后曝气池回流水含有NO3—N（沉淀池污泥反硝化生成）要提高脱氮率，要增加回流比（2）影响因素与主要工艺参数水力停留时间：3：1；循环比：200%；MLSS值：大于3000mg/l;污泥龄：30d;N/MLSS负荷率：0.03gN/gMLSS.d进水总氮浓度：小于30mg/l。内循环（硝化液循环）原污水反硝化反应器（缺氧）BOD去除,硝化反应反应器（好氧）碱沉淀池处理水剩余污泥回流污泥N2分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统（2）P0.5mg/l，能控制藻类的过度生长；（3）P低于0.05mg/l时，藻类几乎停止生长。2、磷的存在形式（1）有机磷酸盐——存在有机物和原生质细胞如：葡萄糖—6—磷酸，2—磷酸—甘油，大量胶体和颗粒状，可溶性占30%。（2）磷酸盐——H2PO4-、HPO4-、PO43-，其中[PO43-]正磷酸盐（3）聚磷酸盐——焦磷酸盐—P2O74-三聚磷酸盐—P3O105-偏磷酸盐—PO3-13.7.2除磷技术一、概述1、富营养化的限制因素（1）P0.5mg/l，促进富营养化；磷---不同于氮，不能形成氧化体和还原体，但有固态和溶解态转化的特点。4、去除方法化学除磷法-----混凝沉淀和晶析法除磷生物除磷法——设想是由Greenburyg于1955年提出的，60年代人们对上述方法广泛应用。3、其他生活污水中的含磷量：10-15mg/l，70%为可溶性；经过二级处理进水中，90%左右的磷以磷酸盐存在。聚氯化铝（PAC），反应相同与Al2(SO4)3，但pH值不下降；铝酸钠（NaAlO2）化学法除磷：使用Al盐注意事项注意PH值，介于5-7之间无影响，无需调整PH降低，应注意排放水对PH的要求沉淀污泥回流，污泥中有Al(OH)3，能提高对磷的去除率（2）铁盐除磷二、化学除磷1、金属盐混凝沉淀（1）铝盐除磷Al3++PO43-（正磷酸离子）AlPO4（难溶）PH值上升，溶解度上升Al2(SO4)3+2PO43-2AlPO4+3SO42-Al2(SO4)3+6HCO3-2Al(OH)3+6CO2+3SO42-pH值，如P1mg/l，二级出水PH9.5；原污水PH11磷的形式（3）石灰混凝沉淀除磷处理流程由以下三部分组成：快速搅拌池缓慢搅拌池沉淀池（2）除磷效果影响因素正磷酸盐（PO4）聚磷酸盐（焦磷酸盐(P2O74-)三磷酸盐(P3O105-)偏磷酸盐(PO3-)）（去除难易程度）原水中Ca2+的浓度2、石灰混凝除磷5Ca2++7OH-+3H2PO4-Ca5(OH)(PO4)3+6H2OPH升高，P的含量下降，（对数降低的趋势)（1）石灰与磷的反应※生物除磷——就是利用聚磷菌一类的的微生物，能够过量的，在数量上超过其生理需要，从外部摄取磷，并将磷以聚合形式贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统外，达到从废水中除磷的效果。1、生物除磷机理（１）好氧吸收（聚磷菌对磷的过量吸收）ADP+H3PO4+能量ATP+H2O（2）厌氧释放厌氧条件下（DO=0，NO3-=0），ATP+H2OADP+H3PO4+能量上述两反应为可逆反应三、生物除磷原理霍米尔（Holmers）提出活性污泥的化学式C118H170O51N17P或C：N：P=46：8：1ADPATPATPADPADPADPATPATP释放有机磷无机磷聚磷无机磷有机磷聚磷菌+Poly聚磷菌合成降解PHBPHB无机物溶解质进水污泥回流剩余污泥（高磷）厌氧段好氧段释放的少摄取的多聚磷酸ployPHB：聚—β—羟基酸盐生物除磷几乎全为活性污泥法，生物膜法很少在好氧条件下聚磷菌的积累可以简化的方式描述如下：C2H4O2+0.16NH+4+1.2O2+0.2PO3-40.61C5H7NO2+1.2CO2+0.2HPO3(聚磷)+0.44OH-+1.44H2O在缺氧条件下，C2H4O2+0.16NH+4+0.96NO-3+0.2PO3-40.61C5H7NO2+1.2CO2+0.2HPO3(聚磷)+1.4OH-+0.96H2O+0.48N2在厌氧条件下，聚磷菌释放磷可以简写如下C2H4O2+HPO3(聚磷)+H2O（C2H4O2）2（贮存的有机物）+H2O+PO3-4聚磷菌---甲单胞菌属、气单胞菌属：起主要作用，15%--20%；不动杆菌属：储存聚磷的能力最强；某些反硝化菌：也能超量吸收磷；发酵产酸菌：将大分子物质降解为低分子脂肪酸类基质；2、生物除磷的影响因素（1）厌氧/好氧条件的交替引入厌氧条件就加强了聚磷菌的优势选择，相当一部分的M由这类菌组成；（2）硝酸盐和易降解的有机物（3）温度其影响不如生物脱氮过程明显，5—30的范围内效果均可；（4）pH值6---8范围内比较稳定；（5）BOD5/TPBOD/TP要大于15，才能保证聚磷菌有足够的基质需求；（6）污泥龄一般控制在3.5—7天，厌氧段的停留时间不宜过长。℃1、弗斯特利普工艺（1）工艺过程1)含磷废水进入曝气池同步进入的还有聚磷菌污泥，聚磷菌过量地摄取磷，去除有机物，还能出现硝化作用；2)从曝气池流出的混合也，进入沉淀池，在这里进行泥水分离，含磷污泥沉淀，上清液排放；3)含磷污泥进入除磷池4)含磷上清液进入混合池，投加石灰，化学除磷；四生物除磷工艺（2）弗斯特利普除P工艺的特点1）出水含磷量低于1mg/l；2）SVI值小于100，丝状菌难于增值，污泥不膨