污水生物脱氮除磷教程精品文稿.ppt

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1、污水生物脱氮除磷教程第1页，本讲稿共66页污水生物脱氮除磷新工艺污水生物脱氮除磷新工艺一、脱氮除磷的传统工艺一、脱氮除磷的传统工艺二、脱氮除磷的新工艺二、脱氮除磷的新工艺第2页，本讲稿共66页一、脱氮除磷的传统工艺一、脱氮除磷的传统工艺1、脱氮的传统工艺脱氮的传统工艺2、除磷的传统工艺除磷的传统工艺第3页，本讲稿共66页1、脱氮的传统工艺脱氮的传统工艺自然界中氮一般有四种形态：自然界中氮一般有四种形态：有机氮、有机氮、氨氮、氨氮、亚硝酸盐氮和亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等。硝酸盐氮等。第4页，本讲稿共66页生活污水中的氮主要形态是有机氮和氨氮。生活污水中的氮主要形态是有机氮和氨氮。有机氮占生活污水含氮

2、量的有机氮占生活污水含氮量的40-60%，第5页，本讲稿共66页氨氮占氨氮占50-60%，亚硝酸盐和硝酸盐氮仅占亚硝酸盐和硝酸盐氮仅占0-5%。第6页，本讲稿共66页图图1污水生物脱氮的可能途径污水生物脱氮的可能途径第7页，本讲稿共66页传统上，通过两步生物反应，即硝化传统上，通过两步生物反应，即硝化(NH+4NO-3)与反硝化与反硝化(NO-3N2)，实现，实现污水的生物脱氮。污水的生物脱氮。第8页，本讲稿共66页硝化反应可表示为硝化反应可表示为:亚硝化反应亚硝化反应 NH4+O2+HCO3-NO2-+H2O+H2CO3+亚硝酸菌亚硝酸菌硝化反应硝化反应 NO2-+NH4+H2CO3+HCO

3、3-+O2 NO3-+H2O+硝酸菌硝酸菌第9页，本讲稿共66页总反应总反应 NH4+O2+HCO3-NO3-+H2O+H2CO3+微生物细胞微生物细胞第10页，本讲稿共66页反硝化反应如下：反硝化反应如下：NO3-+CH3OH+H2CO3 N2+H2O+HCO3-+微生物细胞微生物细胞第11页，本讲稿共66页生物脱氮工艺生物脱氮工艺第12页，本讲稿共66页传统生物脱氮存在问题传统生物脱氮存在问题?首先，需要充分地氧化氨氮到硝酸氮，要首先，需要充分地氧化氨氮到硝酸氮，要消耗消耗大量能源大量能源(因为曝气因为曝气)；其次，还需要有其次，还需要有足够碳源足够碳源(COD)来还原硝来还原硝酸氮到氮气

4、。酸氮到氮气。第13页，本讲稿共66页1.2除磷传统工艺除磷传统工艺第14页，本讲稿共66页磷最常见的形式有：磷最常见的形式有：无机磷无机磷:磷酸盐（磷酸盐（H2PO4-、HPO42-、PO43-）；聚磷酸盐；）；聚磷酸盐；有机磷。有机磷。生活污水中的含磷量一般在生活污水中的含磷量一般在10-15mg/L左右，其中左右，其中70%是可溶性的。是可溶性的。第15页，本讲稿共66页活性污泥在活性污泥在好氧、厌氧交替条件好氧、厌氧交替条件下时，活性下时，活性污泥中可产生所谓的污泥中可产生所谓的“聚磷菌聚磷菌”。聚磷菌在好氧条件下从废水中聚磷菌在好氧条件下从废水中过量摄取过量摄取磷，磷，形成多聚磷酸盐

5、作为贮藏物质形成多聚磷酸盐作为贮藏物质。排放的剩余污泥排放的剩余污泥中的中的含磷量在含磷量在6%左右左右（污泥干重）。（污泥干重）。第16页，本讲稿共66页 除磷机理的作用过程除磷机理的作用过程第17页，本讲稿共66页 A/O除磷工艺系统除磷工艺系统厌氧池好氧池二沉池进水剩余污泥出水污泥回流（0.5Q）第18页，本讲稿共66页为防止水体富为防止水体富营养化，一般营养化，一般污水处理既需污水处理既需要脱氮要脱氮,也需要也需要除磷，是否可除磷，是否可以把两者结合以把两者结合起来实现氮磷起来实现氮磷同时去除？同时去除？第19页，本讲稿共66页A2/O工艺工艺第20页，本讲稿共66页生物除磷脱氮生化代

6、谢模型生物除磷脱氮生化代谢模型第21页，本讲稿共66页二、脱氮除磷的新工艺二、脱氮除磷的新工艺2.1脱氮新工艺脱氮新工艺2.2除磷新工艺除磷新工艺第22页，本讲稿共66页2.1脱氮新工艺脱氮新工艺2.1.1中温亚硝化中温亚硝化2.1.2厌氧氨厌氧氨(氮氮)氧化氧化2.1.3SHARON与与ANAMMOX结合工艺结合工艺第23页，本讲稿共66页2.1.1中温亚硝化中温亚硝化(SinglereactorforHighAmmoniumRemovalOverNitrite，简称为，简称为SHARON)亚硝化亚硝化/反硝化脱氮反硝化脱氮即即(NH+4NO-2)，(NO-2N2)第24页，本讲稿共66页硝

7、化作用硝化作用NH+4+1.5O2NO-2+H2O+2H+NH+4+2O2NO-3+H2O+2H+节约节约O225%第25页，本讲稿共66页脱氮作用脱氮作用6NO-2+3CH3OH+3CO23N2+6HCO3-+3H2O6NO-3+5CH3OH+CO23N2+6HCO3-+7H2O节约节约CH3OH40%第26页，本讲稿共66页图图3亚硝化细菌和硝化细菌的亚硝化细菌和硝化细菌的最小污泥龄与温度关系最小污泥龄与温度关系0.8d0.4d第27页，本讲稿共66页SHARON工艺的基本工作原理便是利用温工艺的基本工作原理便是利用温度高有利于亚硝化细菌增殖这一特点，使硝度高有利于亚硝化细菌增殖这一特点，

8、使硝化细菌失去竞争。化细菌失去竞争。第28页，本讲稿共66页2.1.2 厌氧氨厌氧氨(氮氮)氧化氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation，简简称称为为ANAMMOX)。氨氨氮氮以以亚亚硝硝酸酸氮氮作作为为电电子子接接受受体体而而被被直直接接氧化至成氮气，即：氧化至成氮气，即：NH+4+NO-2 N2+2H2O第29页，本讲稿共66页NH+4+1.5O2 NO-2 +H2O+2H+（G=-275kjmol-1）NH+4+2O2 NO-3 +H2O+2H+（G=-349kjmol-1）NH+4+NO-2 N2+2H2O （G=-357kjmol-1）第30页，本讲稿共66页从

9、这一反应中所产生的从这一反应中所产生的Gibbs自由能甚至比自由能甚至比产生于好氧氨产生于好氧氨(氮氮)氧化氧化(硝化硝化)的能量还高，的能量还高，所以，能够支持所以，能够支持自养细菌自养细菌生长。生长。第31页，本讲稿共66页早在早在20世纪世纪70年代中期，年代中期，Broda便从自由能便从自由能理论计算中预测到自然界应该存在着理论计算中预测到自然界应该存在着ANAMMOX现象，但它的现实发现是在理现象，但它的现实发现是在理论预测论预测10年之后。年之后。荷兰人荷兰人Mulder首先在用于反硝化的流化床中首先在用于反硝化的流化床中发现了这一现象。发现了这一现象。第32页，本讲稿共66页起起

10、ANAMMOX作用的微生物已被成功地分作用的微生物已被成功地分别在实验室别在实验室流化床流化床与与SBR反应器反应器中培养、中培养、富集到一定浓度，合成培养基为氨氮与亚富集到一定浓度，合成培养基为氨氮与亚硝酸氮的混合物。硝酸氮的混合物。第33页，本讲稿共66页ANAMMOX微生物的微生物的增长率与产率增长率与产率是非常是非常低的。低的。但是但是氮的转换率氮的转换率却为却为0.25mgN/(mgSSd)，这与传统好氧硝化的转换率相当。这与传统好氧硝化的转换率相当。第34页，本讲稿共66页ANAMMOX反应反应在在1043的温度范围的温度范围内内具有活性，适宜的具有活性，适宜的pH为为6.78.3

11、。ANAMMOX无需有机碳源无需有机碳源存在，存在，碳酸盐碳酸盐/二氧化碳二氧化碳是是ANAMMOX微生物生长所需的微生物生长所需的无机碳源。无机碳源。第35页，本讲稿共66页2.1.3 SHARON与与ANAMMOX结合工艺结合工艺SHARON与与ANAMMOX结结合合主主要要针针对对高高浓浓度氨氮污水。度氨氮污水。进进水水首首先先进进入入一一悬悬浮浮、无无污污泥泥停停留留的的SHARON单元，运行最佳温度为单元，运行最佳温度为35。第36页，本讲稿共66页 SHARON与与ANAMMOX相结合的相结合的自养脱氮工艺流程自养脱氮工艺流程第37页，本讲稿共66页目目前前，世世界界上上SHARO

12、N工工艺艺的的首首例例工工程程应应用用已已在在荷荷兰兰鹿鹿特特丹丹的的Dokhaven污污水水处处理理处处理理厂厂内内实实现现；它它被被用用于于污污泥泥消消化化液液(含含有有10001500mgN/L)反硝化的前处理反硝化的前处理(亚硝化亚硝化)。第38页，本讲稿共66页这个这个SHARON亚硝化单元以实验室亚硝化单元以实验室2L小试反小试反应器为基础，通过数学模拟直接放大到现场应器为基础，通过数学模拟直接放大到现场1500m3处理构筑物。处理构筑物。几年实际运行情况表明，这个亚硝化处理单几年实际运行情况表明，这个亚硝化处理单元性能良好，亚硝化率几乎可达元性能良好，亚硝化率几乎可达100%(需

13、控需控制制pH)。第39页，本讲稿共66页 SHARON与与ANAMMOX结合自养脱氮结合自养脱氮小试氮平衡小试氮平衡第40页，本讲稿共66页根据根据ANAMMOX的计量式，在的计量式，在SHARON反反应器中应器中57%的氨氮亚硝化，在的氨氮亚硝化，在ANAMMOX反反应器中全部去除氨氮与亚硝酸氮。应器中全部去除氨氮与亚硝酸氮。NH+4+1.32NO-2+0.066HCO3-+0.13H+0.066CH2O0.5N0.15+1.02N2+0.26NO-3 +2.03H2O第41页，本讲稿共66页试试验验表表明明，在在SHARON反反应应器器中中氨氨氮氮的的亚亚硝硝化化率率完完全全受受pH(在

14、在6 57 5间间)控控制制。所所以以，要要想想得得到到一一个个理理想想的的亚亚硝硝化化率率可可以以靠靠控控制制pH来来实现。实现。第42页，本讲稿共66页*生物膜内自养脱氮工艺生物膜内自养脱氮工艺(CANON)(CANON)如如果果在在生生物物膜膜系系统统内内ANAMMOX微微生生物物也也能能同同时时生生长长，那那么么生生物物膜膜内内一一体体化化的的完完全全自自养养脱氮工艺便可以实现。脱氮工艺便可以实现。这这种种生生物物膜膜内内自自养养脱脱氮氮工工艺艺被被称称为为CANON(Completely Autotrophic N-removal Over Nitrite)。第43页，本讲稿共66页

15、CANON工艺生物膜反应模型工艺生物膜反应模型第44页，本讲稿共66页在支持同时硝化与在支持同时硝化与ANAMMOX的生物膜系统的生物膜系统中，通常存在中，通常存在三三种不同的自养微生物：种不同的自养微生物：亚硝化细菌、硝化细菌、厌氧氨氧化细菌亚硝化细菌、硝化细菌、厌氧氨氧化细菌。这这三三种细菌相互间竞争氧、氨氮与亚硝酸氮。种细菌相互间竞争氧、氨氮与亚硝酸氮。第45页，本讲稿共66页由于亚硝化细菌与硝化细菌间对氧的亲和性由于亚硝化细菌与硝化细菌间对氧的亲和性不同，以及传质限制等因素，亚硝酸氮在生不同，以及传质限制等因素，亚硝酸氮在生物膜表层的聚集是可能的。物膜表层的聚集是可能的。当氧向内扩散到

16、被全部消耗后，厌氧层出现，当氧向内扩散到被全部消耗后，厌氧层出现，厌氧氨氧化细菌便有可能在此生长。厌氧氨氧化细菌便有可能在此生长。随着未被亚硝化的氨氮与亚硝化后的亚硝酸随着未被亚硝化的氨氮与亚硝化后的亚硝酸氮扩散至厌氧层，氮扩散至厌氧层，ANAMMOX反应便能进行。反应便能进行。第46页，本讲稿共66页虽然目前虽然目前CANON工艺在世界范围内仍处于研工艺在世界范围内仍处于研发阶段，还没有真正的工程应用，但是它必发阶段，还没有真正的工程应用，但是它必将会给污水脱氮技术带来革命性的变革。将会给污水脱氮技术带来革命性的变革。第47页，本讲稿共66页2.2 除磷新工艺除磷新工艺2.2.1 反硝化除磷

17、反硝化除磷细细菌菌2.2.2反硝化除磷反硝化除磷工艺工艺第48页，本讲稿共66页2.2.1 反硝化除磷反硝化除磷细细菌菌脱氮要经历好氧脱氮要经历好氧(硝化硝化)/厌氧厌氧(反硝化反硝化),除磷要经历除磷要经历厌氧厌氧(释放磷释放磷)/好氧好氧(积聚磷积聚磷).如果能使反硝化细菌同时具有生物摄如果能使反硝化细菌同时具有生物摄/放放磷作用则可以将反硝化脱氮与生物除磷有磷作用则可以将反硝化脱氮与生物除磷有机地合二为一。机地合二为一。第49页，本讲稿共66页在在缺氧缺氧(无氧但存在硝酸氮无氧但存在硝酸氮)条件下，反硝条件下，反硝化除磷细菌化除磷细菌DPB(DenitrifyingPhosphorusr

18、emovingBacteria)能够象能够象在好氧条件下一样，利用硝酸氮充当电子在好氧条件下一样，利用硝酸氮充当电子受体，产生同样的生物摄磷作用。在生物受体，产生同样的生物摄磷作用。在生物摄磷的同时，硝酸氮被还原为氮气。摄磷的同时，硝酸氮被还原为氮气。第50页，本讲稿共66页事实上，在早先应用的事实上，在早先应用的UCT(UniversityofCapeTown)等生物脱氮除磷工艺中存在着等生物脱氮除磷工艺中存在着一定数量的反硝化除磷细菌一定数量的反硝化除磷细菌DPB(图图5)，只，只不过当时没有被人们认识而已。不过当时没有被人们认识而已。第51页，本讲稿共66页图图5UCT工艺流程图工艺流程

19、图第52页，本讲稿共66页在实际工程中，为最大程度地从工艺角度创在实际工程中，为最大程度地从工艺角度创造造DPB的富集条件，一种变型的的富集条件，一种变型的UCT工艺工艺BCFS在荷兰应运而生在荷兰应运而生(图图6)。第53页，本讲稿共66页图图6BCFS工艺流程工艺流程第54页，本讲稿共66页BCFS工艺将每一种属不同功能的细菌用空间工艺将每一种属不同功能的细菌用空间分隔开来，并通过不同的循环系统来控制其分隔开来，并通过不同的循环系统来控制其生长环境。生长环境。BCFS工艺由工艺由5个功能相对专一的独立反应器个功能相对专一的独立反应器及及3路循环系统路循环系统构成。构成。各循环的作用如下表所

20、示。各循环的作用如下表所示。第55页，本讲稿共66页BCFS中各循环的主要作用中各循环的主要作用第56页，本讲稿共66页厌氧池厌氧池的厌氧条件通过进水及从缺氧池回流的缺氧混合液(其中NO3-N0.1mg/)来维持。污水中的挥发性脂肪酸(VFA)只被用于生物除磷。第57页，本讲稿共66页接触池接触池(选择器选择器)控制污泥膨胀。控制污泥膨胀。接接触触池池中中氧氧浓浓度度为为零零，二二沉沉池池回回流流污污泥泥中中的的微量硝酸盐能很快地被去除。微量硝酸盐能很快地被去除。第58页，本讲稿共66页在在这这种种环环境境下下，丝丝状状菌菌生生长长非非常常缓缓慢慢，可可保保持较低的污泥指数持较低的污泥指数(S

21、VI)。反反硝硝化化除除磷磷菌菌在在接接触触池池中中也也同同样样发发挥挥作作用用，这一过程是缺氧池反应过程的延续。这一过程是缺氧池反应过程的延续。第59页，本讲稿共66页 缺氧池有两个功能：首先是反硝化以获得不含硝酸盐的污泥进而提高厌氧池的释磷效率，其次是利用好氧池中的硝酸盐来除磷第60页，本讲稿共66页（缺氧/好氧）混合池主要功能是脱氮，正常情况下该池可不充氧，缺氧条件可通过好氧池回流的混合液来维持。第61页，本讲稿共66页好氧池好氧池同常规的处理工艺一样，其主要功能是去除同常规的处理工艺一样，其主要功能是去除COD、BOD及氨氮的硝化。及氨氮的硝化。第62页，本讲稿共66页第63页，本讲稿共66页将厌氧池末端富磷上清液抽出，以离线方式在沉淀单元内投以铁盐和镁盐予以回收。如：通过投加镁化合物(如氯化镁等)形成磷酸铵镁化合物鸟粪石而分离出磷。生物污泥可免受化学药剂的污染，使BCFS系统中微生物的活性不受化学污泥的影响。第64页，本讲稿共66页BCFS工艺在荷兰已成功运用于工程实践中，工艺在荷兰已成功运用于工程实践中，除了具有节能低耗的优点外，还能保持稳定除了具有节能低耗的优点外，还能保持稳定的处理水质，使出水总磷的处理水质，使出水总磷0.2/，总氮，总氮0.5/。第65页，本讲稿共66页第66页，本讲稿共66页