水污染控制工程：第12章-污水除磷脱氮工艺设计课件.ppt

第第第第1212章章章章 活性污泥法活性污泥法活性污泥法活性污泥法 除磷脱氮除磷脱氮除磷脱氮除磷脱氮例题12-1：EffluentInfluent(Q-Qw),Se,XeQw,Se,XRRQ,Se,XRQ,S0,X0(1+R)Q,Se,XV,Se,X(1)体积（体积（有机负荷法有机负荷法)Ls:污泥负荷率(sludge loading);(kgBOD5/kgMLSSd)Lv:容积负荷率(volumetric loading);(kgBOD5/m3d)Q:进水量(Influent flowrate);（m3/d)S0:进水平均BOD5值;（mg/L）X:池中污泥浓度(MLSS);（mg/L）应用比较方便，但应用比较方便，但X和和Ls确定需要经验。确定需要经验。(1)体积（体积（污泥泥龄法污泥泥龄法）c:污泥龄(solids retention time,SRT)，污泥停留时间,指处理系统（曝气池）中微生物的平均停留时间。2）做系统底物(Substrate)的物料平衡：1）做系统活性污泥的物料平衡（mass balance）：3）根据微生物基本方程：忽略进水微生物浓度，代入c(SRT)公式：污污泥泥泥泥龄龄法法计计算算曝曝气气池池体体积积水力停留时间（水力停留时间（Hydraulic Retention Time HRT）(2)水力停留时间（水力停留时间（HRT）b根据污泥产率系数根据污泥产率系数(yield coefficient)或或表观产率系数表观产率系数(observed yield coefficient)计算计算 Y：产率系数,kgMLVSS/kgBOD。Yobs:表观产率系数。Kd：内源代谢系数，d-1.XvXv(3)剩余污泥计算剩余污泥计算Sludge production calculation(3)剩余污泥计算剩余污泥计算Sludge production calculation按污泥泥龄计算（按污泥泥龄计算（SRT)X：剩余污泥量：剩余污泥量,gVSS/d。(4)污泥回流比计算污泥回流比计算(RAS ratio)根据曝气池污泥衡算：Q:废水设计流量(Influent flowrate),m3/h；R:污泥回流比(RAS ratio)；X:曝气池污泥浓度(MLSS),一般2000-4000mg/L;XR:回流污泥浓度，SVI=100,相应XR=10000mg/L,a.根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算O2=aQ(S0Se)b VXvO2：需氧量,kgO2/d;O2max：最大需氧量；a：活性污泥微生物对有机物氧化过程的需氧率，(kgO2/kgBOD)b：活性污泥内源代谢的自身氧化过程的需氧率，(d-1)；K：日变化系数。1.2。生活污水，a通常取值0.42-0.53；0.188-0.11。O2max=kO2(5)需氧量需氧量(Oxygen demand)计算计算 b.根据微生物对有机物的氧化分解需氧量计算根据微生物对有机物的氧化分解需氧量计算(5)需氧量需氧量(Oxygen demand)计算计算O2=Q(bCOD0 bCODe)-1.42XvbCOD:可生物降解的COD浓度，g/m3；1.42：污泥的氧当量系数，完全氧化1个单位的细胞，需要 1.42单位的氧。0.68：BOD5=0.68BODLXv：剩余污泥量，gMLVSS/d。耗氧量=去除的bCOD-合成微生物的CODO2=Q(S0-Se）/0.68-1.42Xv(6)供气量供气量(Air supply)计算计算O2：需氧量；（：需氧量；（kg O2/h）Os：标准条件下氧转移量；（：标准条件下氧转移量；（kg O2/h）Gs：供气量；（：供气量；（m3/h）EA：曝气设备氧传递效率（：曝气设备氧传递效率（%）。）。一般一般O2占占Os 60%-75%.1.脱氮工艺脱氮工艺(Nitrogen-removal process)2.除磷工艺除磷工艺(Phosphorus-removal process)3.脱氮除磷工艺及设计脱氮除磷工艺及设计(Process design)4.生物除磷脱氮的影响因素生物除磷脱氮的影响因素(Affecting factors)12.5 生物脱氮、除磷工艺生物脱氮、除磷工艺(Processes for biological nutrients removal)生物脱氮：生物脱氮：Nitrogen removal 1）好氧硝化好氧硝化(Nitrification)2）缺氧反硝化缺氧反硝化(Denitrification)回顾：脱氮除磷基本理论NH4+2O2NO3-(NO2-)+2H+H2O6CO2+6H2O+2N2C6H12O6+4 NO-3(NO2-)生物除磷生物除磷(聚磷菌PAOs):Phosphorus removal 1）厌氧释磷厌氧释磷(Anaerobic P release)2）好氧好氧/缺氧吸磷缺氧吸磷(anoxic/aerobic P uptake)生物脱氮流程图生物脱氮流程图有机氮有机氮NH4+-NNO2-NNO3-NNO2-NN2氨化作用氨化作用亚硝化作用亚硝化作用硝化作用硝化作用硝化作用硝化作用反硝化作用反硝化作用O2O2O2或无氧或无氧异养细菌异养细菌氨氧化细菌氨氧化细菌（自养型）（自养型）硝化细菌硝化细菌（自养型）（自养型）有机物有机物有机物有机物反硝化细菌反硝化细菌（异养型）（异养型）反硝化细菌反硝化细菌（异养型）（异养型）好氧或厌氧条件好氧或厌氧条件碱度增大，碱度增大，pHpH值升高值升高绝对好氧条件绝对好氧条件碱度下降，碱度下降，pHpH值降低值降低绝对好氧条件绝对好氧条件碱度和碱度和pHpH值无变化值无变化碱度增大，碱度增大，pHpH值升高值升高缺氧条件缺氧条件1）三段生物脱氮工艺）三段生物脱氮工艺(3-stage&two-sludge)2）前置缺氧）前置缺氧-好氧生物脱氮工艺好氧生物脱氮工艺(Preanoxic)3）后置缺氧）后置缺氧-好氧脱氮工艺好氧脱氮工艺(Postanoxic)4）Bardenpho生物脱氮工艺（生物脱氮工艺（Bardenpho process）5）同步硝化反硝化）同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification-Denitrification)12.5 生物脱氮、除磷工艺生物脱氮、除磷工艺Processes for biological nutrients removal1.生物脱氮工艺生物脱氮工艺(Biological nitrogen-removal processes)1）三段生物脱氮工艺）三段生物脱氮工艺Three stage process进水进水Influent回流污泥回流污泥沉淀池沉淀池I剩余污泥剩余污泥曝气池曝气池硝化池硝化池出水出水反硝反硝化池化池回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥沉淀池沉淀池沉淀池沉淀池IIIII碱碱 alkali aerobic nitrification denitrification Return sludge waste sludgeReturn sludge waste sludgeEffluent投加外碳源两段生物脱氮工艺投加外碳源两段生物脱氮工艺Two stage or two sludge process进水进水Influent沉淀池沉淀池I剩余污泥剩余污泥除碳、硝化除碳、硝化出水出水反硝反硝化池化池回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥硝化硝化沉淀池沉淀池初沉池初沉池IIIII甲醇甲醇曝气池曝气池Return sludge waste sludgeReturn sludge waste sludge aerobic/nitrification Denitrification Effluent2）前置缺氧）前置缺氧-好氧生物脱氮工艺好氧生物脱氮工艺 Preanoxic-oxic processclarifier沉淀池沉淀池进水进水出水出水反硝反硝化池化池回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥污水内循环污水内循环碱碱 alkali曝气池曝气池 Denitrification Nitrification Return activated sludge waste sludgeEffluentInfluentNitrate feed(Internal recycle)3）后置缺氧）后置缺氧-好氧生物脱氮工艺好氧生物脱氮工艺 Postanoxic-oxic process沉淀池沉淀池原污水原污水出水出水缺氧缺氧回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥曝气池曝气池Return activated sludge waste sludge Nitrification Denitrification InfluentEffluentclarifierOxic Anoxic 甲醇甲醇4）Bardenpho生物脱氮工艺生物脱氮工艺沉淀池沉淀池原污水原污水出水出水缺氧缺氧回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥曝气池曝气池缺氧缺氧好氧好氧好氧好氧Return activated sludge waste sludgeInfluentEffluentClarifier Anoxic Oxic Anoxic Oxic Mixed-liquor return5）同步硝化反硝化（）同步硝化反硝化（SNdN process）机理：机理：a.反应器反应器DO分布不均理论分布不均理论0 1 2沉淀池沉淀池出水出水剩余污泥剩余污泥Return activated sludge waste sludgeEffluentClarifier回流污泥回流污泥进水进水Influent奥贝尔奥贝尔(Orbal)AnoxicOxic5）同步硝化反硝化（）同步硝化反硝化（SNdN process）机理：机理：b.缺氧微环境理论缺氧微环境理论缺氧缺氧anoxiczone好氧好氧aerobic zoneNH4+NO2-NO3-N2CO2O2BOD5）同步硝化反硝化（）同步硝化反硝化（SNdN process）HNO2NH2OH+H200.33N2+1.33H2O+0.33NO2-NH3+O2NADH2NAD+NAD+NADH2c.微生物学解释：好氧反硝化菌（微生物学解释：好氧反硝化菌（aerobic denitrifiers）和）和异氧硝化菌（异氧硝化菌（heterotrophic nitrification bacteria）。1）Ap/O工艺工艺(anaerobic-oxic)2）Phostrip除磷工艺除磷工艺2.生物除磷工艺生物除磷工艺(Biological phosphorus-removal processes)1）Ap/O工艺工艺（phoredox）沉淀池沉淀池原污水原污水出水出水厌氧厌氧磷释放磷释放回流污泥（富含磷污泥）回流污泥（富含磷污泥）剩余污泥剩余污泥（富含磷污泥）（富含磷污泥）曝气池曝气池好氧吸磷好氧吸磷Return activated sludge waste sludgeInfluentEffluentclarifieranaerobic oxic 2）Phostrip除磷工艺除磷工艺脱磷水脱磷水（厌氧）（厌氧）沉淀池沉淀池脱磷污泥回流脱磷污泥回流（用于吸收磷）（用于吸收磷）原污水原污水 (含磷含磷)释释磷磷池池混合池混合池好氧吸磷好氧吸磷处理水处理水含磷污泥含磷污泥+脱磷水脱磷水沉淀池沉淀池脱磷水回流脱磷水回流含磷污泥含磷污泥含含磷磷污污水水含磷含磷 污泥污泥缓速搅拌缓速搅拌剩余污泥剩余污泥 排放排放直接污泥回流直接污泥回流石灰石灰III生物除磷生物除磷化学除磷化学除磷含磷污水含磷污水1）A2/0工艺工艺2）改良）改良Bardenpho工艺工艺3）UCT及改良及改良UCT工艺工艺4）SBR工艺工艺5）氧化沟（）氧化沟（OD）工艺）工艺3.脱氮除磷工艺脱氮除磷工艺Combined nitrogen&phosphorus removal process1）A2/0工艺工艺(Anaerobic-anoxic-oxic)二沉池二沉池污水污水出水出水缺氧缺氧回流污泥（含磷污泥）回流污泥（含磷污泥）剩余污泥剩余污泥磷释放磷释放 P release氨化氨化 Ammoniation厌氧厌氧好氧好氧脱氮脱氮Denitrification硝化，硝化，Nitrification好氧吸磷好氧吸磷 P uptake内循环内循环Internal recycleN2Return activated sludge waste sludgeInfluentEffluentSecondaryclarifier anaerobic anoxic oxic 1）倒置倒置A2/0工艺工艺Pre-anoxic AAO process二沉池二沉池污水污水Q出水出水厌氧厌氧剩余污泥剩余污泥缺氧缺氧好氧好氧回流混合液回流混合液(0-200%)Q回流污泥回流污泥(25%-200%)Q短暂短暂沉淀池沉淀池分段进水分段进水 Step feed内循环内循环Internal recycleReturn activated sludge waste sludgeInfluentEffluentSecondaryclarifier anoxic anaerobic oxic Short HRTclarifier2）改良）改良Bardenpho工艺工艺Modified Bardenpho(5-stage)二沉池二沉池进水进水出水出水好氧好氧回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥厌氧厌氧缺氧缺氧缺氧缺氧好氧好氧回流回流 Internal recycleReturn activated sludge waste sludgeEffluentSecondaryClarifierAnaerobic Anoxic Oxic Anoxic Oxic Influent3）UCT及改良及改良UCT工艺工艺Standard UCT二沉池二沉池污水污水出水出水缺氧缺氧回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥厌氧厌氧 好氧好氧缺氧回流缺氧回流好氧好氧(硝酸盐硝酸盐)回流回流Internal recycle（aerobic）Return activated sludge waste sludgeInfluentEffluentSecondaryclarifier anaerobic anoxic oxic Internal recycle(anoxic)3）UCT及改良及改良UCT工艺工艺Modified UCT沉淀池沉淀池进水进水出水出水缺氧缺氧回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥曝气池曝气池厌氧厌氧缺氧缺氧好氧好氧回流回流1回流回流2Internal recycle 2Return activated sludge waste sludgeInfluentEffluentSecondaryclarifier anaerobic anoxic anoxic oxic Internal recycle 14)SBR工艺工艺厌氧厌氧（搅拌）（搅拌）沉淀沉淀出水出水进水进水好氧好氧（曝气）（曝气）缺氧缺氧Aerobic FillDecantSettleAnoxicAnaerobicInfluentCASS工艺(cyclic activated sludge system)连续进水鼓风机滗水器剩余污泥出水污泥回流主反应区选择区CASS工艺CASS工艺CASS工艺(cyclic activated sludge system)5）氧化沟）氧化沟(Oxidation Ditch)工艺工艺回流活性污泥回流活性污泥二沉池二沉池出水出水进水进水 氧化沟氧化沟剩余污泥剩余污泥Oxidation ditchInfluentEffluentReturn activated sludgewaste sludgeSecondary clarifier好氧好氧缺氧缺氧厌氧厌氧Carrousel 2000出水回流门推流器前反硝化区污水与回流污泥表曝机好氧区 好氧区 缺氧区 案例：氧化沟工艺设计案例：氧化沟工艺设计回流活性污泥回流活性污泥二沉池二沉池出水出水进水进水曝气池曝气池剩余污泥剩余污泥好氧好氧缺氧缺氧厌氧厌氧12.5 生物脱氮、除磷工艺生物脱氮、除磷工艺Processes for biological nutrients removal除磷脱氮氧化沟工艺设计除磷脱氮氧化沟工艺设计 缺氧区(Anoxic zone)设计厌氧区(Anaearobic zone)设计好氧区(aerobic zone)设计需氧量(Oxygen demand)计算1）常用生物脱氮除磷工艺设计参数和特点）常用生物脱氮除磷工艺设计参数和特点2）生物脱氮除磷影响因素）生物脱氮除磷影响因素环境因素环境因素(Environmental factors)工艺因素工艺因素(process parameters)污水成分污水成分(waste water characteristics)。4.生物脱氮除磷影响因素Factors affecting nutrients removal efficiency表12-5 常见生物脱氮除磷工艺设计参数Table 12-5 design parameters of biological nutrients removal processes工艺processSRT(d)MLSS(mg/L)停留时间（HRT）/h污泥回流比/%内回流比/%厌氧缺氧好氧An/O7203000 40001 34 1250 100100 200Ap/O3 72000 40000.5 1.51 325 100A2/O10 203000 40001 21 251025 100100 400倒置A2/O10 203000 40001 22 451025 1000 200UCT10 253000 40001 21 34 1280 100 200 400（缺）100 300（好）改良Bardenpho10 203000 40000.5 1.5 1 3（一 2 4（二段）4 12 段）0.5 1 50 100200 400Phostrip5 201000 40008 121 341050 10010 20SBR20 403000 40001.531 32 4硝化反应的影响因素：硝化反应的影响因素：溶解氧（Dissolved Oxygen）：好氧条件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的碱度以维持稳定的pH值(适宜的pH为8.08.4)；进水BOD：一般要求进水BOD5在1520mg/l以下；温度(Temperature)：适宜温度为2030C；15C，速率下降；35时，即可；外加碳源，多为甲醇(methanol)；内源呼吸碳源细菌体内的原生物质及其贮存的有机物。适宜pH：6.57.5；溶解氧（Dissolved Oxygen）：DO应控制在0.5mg/L以下；适宜温度：2040C反硝化反应的影响因素反硝化反应的影响因素生物除磷的影响因素生物除磷的影响因素溶解氧(Dissolved oxygen)：l厌氧池内：绝对的厌氧，即使是NO3-等也不允许存在；l好氧池内：充足的溶解氧。污泥龄(Sludge Retention Time)：l剩余污泥对脱磷效果有很大影响，泥龄短的系统产生的剩余污泥多，可以取得较好的除磷效果；l有报道称：污泥龄为30d，除磷率为40%；污泥龄为17d，除磷率为50%；而污泥龄为5d时，除磷率高达87%。温度(Temperature)：l 530C；pH值(pH value)：l 68。BOD5负荷(BOD loading)：l BOD/TP 20；l 小分子易降解的有机物诱导磷的释放的能力更强；l 磷的释放越充分，磷的摄取量也越大。硝态氮(Nitrate concentration)l 硝酸盐应小于2mg/l；当COD/TKN 10，硝酸盐的影响就减弱了。氧化还原电位(oxidation reduction potential)：l好氧区的ORP:+4050mV；缺氧区的ORP:-160 5mV生物除磷的影响因素生物除磷的影响因素重点p生物除磷脱氮原理及影响因素p除磷脱氮工艺及特点。