污水生物脱氮除磷新工艺.pptx

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1、基本原理及影响因素一、生物脱氮原理及影响因素自然界中氮一般有四种形态：有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮硝酸盐氮第1页/共52页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量的40-60%，氨氮占50-60%，亚硝酸盐和硝酸盐氮仅占05%。第2页/共52页污水生物脱氮的可能途径第3页/共52页1.传统生物脱氮原理及影响因素 传统生物脱氮一般由硝化和反硝化两个过程完成。硝化过程可以分为两个过程，分别由亚硝酸菌和硝酸菌完成。硝化反应式如下：氨化反应：第4页/共52页 反硝化菌为异养型兼性厌氧菌，在有氧气存在时，它会以氧气为电子受体进行好氧呼吸；在无氧而有硝酸盐氮或亚硝酸盐氮存在时，则以硝酸盐氮

2、或亚硝酸盐氮为电子受体，以有机碳为电子供体进行反硝化反应。项目亚硝酸菌硝酸菌细胞形状椭球或棒状椭球或棒状细胞尺寸/m11.50.51革兰氏染色阴性阴性世代期/h8361259需养性兼性厌氧严格好氧最大比增长速率/(m/h)0.961.920.481.44产率系数Y/(mg细胞/mg基质)0.040.130.020.07饱和常数Ks/(mg/L)0.33.60.31.7第5页/共52页反硝化过程反应式：第6页/共52页硝化-反硝化过程的影响因素影响因素影响因素硝化过程硝化过程反硝化过程反硝化过程温度温度硝化反应的适宜温度为硝化反应的适宜温度为2030低低于于15 时，反应速率迅速下降，时，反应速

3、率迅速下降，5 时反应几乎完全停止。温度不但时反应几乎完全停止。温度不但影响硝化菌的比增长速率，而且影影响硝化菌的比增长速率，而且影响硝化菌的活性响硝化菌的活性反硝化反应的温度范围较宽，反硝化反应的温度范围较宽，在在540范围内都可以进行。范围内都可以进行。但温度低于但温度低于15 时，反硝化时，反硝化速率明显下降。最适宜的温度速率明显下降。最适宜的温度为为2040pH值值硝化菌受硝化菌受pH值的影响很敏感，比较值的影响很敏感，比较适宜的适宜的pH值范围为值范围为7.08.0。硝化。硝化过程消耗碱度，使得过程消耗碱度，使得pH值下降，因值下降，因此需补充碱度此需补充碱度反硝化反应的适宜反硝化反

4、应的适宜pH值为值为6.57.5。pH值高于值高于8或低于或低于6时，反硝化速率将迅速下降。时，反硝化速率将迅速下降。反硝化过程会产生碱度反硝化过程会产生碱度溶解氧溶解氧溶解氧是硝化过程中的电子受体，溶解氧是硝化过程中的电子受体，硝化反应必须在好氧条件下进行。硝化反应必须在好氧条件下进行。溶解氧会与硝酸盐竞争电子供溶解氧会与硝酸盐竞争电子供体，同时分子态氧也会抑制硝体，同时分子态氧也会抑制硝酸盐还原酶的合成及活性酸盐还原酶的合成及活性C/N由于硝化菌是自养菌，水中的由于硝化菌是自养菌，水中的C/N不宜过高，否则将有助于异养菌的不宜过高，否则将有助于异养菌的迅速增殖，微生物中的硝化菌的比迅速增殖

5、，微生物中的硝化菌的比例下降。例下降。在反硝化反应中，最大的问题在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可用于反硝化的有就是污水中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。机碳的多少及其可生化程度。污泥龄污泥龄c硝酸菌的停留时间必须大于其最小硝酸菌的停留时间必须大于其最小世代时间世代时间第7页/共52页2.新的硝化-反硝化脱氮原理 同步硝化反硝化：在供氧受限或缺少有机碳源的厌氧条件下发生同步硝化反硝化，这时氨和亚硝酸盐分别充当电子供体和电子受体，致使曝气能耗和有机碳源需求量大大减少。与其他活性污泥法工艺相比，同步硝化反硝化在氧化沟工艺中最为显著。究其原因是在氧化沟中独特的表面曝气，打散了活性污泥絮

6、体，形成了新的活性污泥絮体，使活性污泥能够很好地进行新陈代谢。另外，氧化沟工艺较长的HRT缓解了同步硝化反硝化速率较低的问题。第8页/共52页 短程硝化反硝化的理论核心为使硝化反应停留在亚硝化阶段。生物脱氮的硝化过程由两类微生物组成，AOB（氨氧化菌）和NOB（亚硝氮氧化菌）。实现短程硝化主要办法就是使AOB在活性污泥中成为硝化菌的优势菌，尽可能抑制NOB，防止硝化过程第二步的进行，避免全程硝化反应，然后将中间产物NO2-还原。第9页/共52页二.生物除磷基本原理及影响因素1.基本原理 生物除磷的机理目前还没有彻底研究清楚。一般认为，在厌氧条件下，兼性细菌将溶解性BOD5转化为低分子挥发性有机

7、酸（VFA）。聚磷菌吸收这些VFA或来自原污水的VFA，并将其运送到细胞内，同化成胞内碳源存储物（PHB/PHV），所需能量来源于聚磷水解以及糖的酵解，维持其在厌氧环境生存，并导致磷酸盐的释放。第10页/共52页 在好氧条件下，聚磷菌进行有氧呼吸，从污水中大量地吸收磷，其数量大大超出其生理需求，通过PHB的氧化代谢产生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚合磷酸盐的形式存储在细胞内，磷酸盐从污水中得到去除；同时合成新的聚磷菌细胞，产生富磷污泥，将产生的富磷污泥通过剩余污泥的形式排放，从而将磷从系统中除去。第11页/共52页聚磷菌的作用机理反应方程式：（1）聚磷菌摄取磷（2）聚磷菌释放磷第12

8、页/共52页2.生物除磷的影响因素（1）厌氧/好氧条件的交替（2）硝酸盐和易降解有机物（3）污泥龄（4）温度和pH值（5）BOD5/TP第13页/共52页传统脱氮除磷工艺概述一.传统生物脱氮除磷工艺 在大多数情况下，生物除磷和生物脱氮同时发生在一个处理流程中。应用最广泛的生物脱氮、除磷工艺有A/O、A2/O、Bardenpho、UCT、Phoredox工艺、氧化沟工艺和VIP工艺等，近年来用SBR及其各种改进型的工艺，如CASS(CAST)、MSBR、UNITANK等。第14页/共52页1.A2/O除磷脱氮工艺 特点：厌氧、缺氧、好氧在不同环境条件和不同种类微生物菌群的有机结合，能同时去除有机

9、物和除磷脱氮。A2/O工艺流程简单，总水力停留时间少于其他同类工艺，并且不需外加碳源，厌氧、缺氧段只进行缓速搅拌，基建和运行费用都较低。第15页/共52页2.UCT工艺 与A2/O工艺不同之处在于沉淀池污泥是回流到缺氧池而不是厌氧池，同时增加了缺氧池到厌氧池的缺氧混合液回流。该运行方式可减少厌氧池的厌氧状态受回流污泥所携带的DO和NOx-N的影响，提高除磷效果。第16页/共52页3.VIP除磷脱氮工艺 特点：（1）厌氧、缺氧、好氧段的每一部分都是由两个以上较小的完全混合式反应格串联组成，在各反应段具有良好的基质浓度梯度分布。（2）污泥龄短、负荷高，运行速率高，除磷效果好。第17页/共52页 4

10、.MSBR工艺 MSBR是SBR和A2/O工艺的组合，污水和脱氮后的活性污泥一并进入厌氧区，聚磷污泥在此充分放磷，然后泥水混合液交替进入缺氧区和好氧区，分别完成反硝化、有机物的好氧降解和吸磷作用，最后在SBR池中沉淀出水。第18页/共52页二.传统生物脱氮除磷工艺存在问题 对于连续流工艺中的A2/O工艺，很难避免污泥回流所携带的硝酸盐对厌氧释磷的不利影响、混合液回流过程中所携带的溶解氧对反硝化作用的不利影响，以及聚磷菌与反硝化菌在碳源上的竞争和异养菌与自养菌在泥龄上的矛盾。第19页/共52页生物脱氮除磷新工艺与新技术一.污水生物脱氮新技术 传统的生物处理脱氮方法对氮的去除主要是靠微生物细胞的同

11、化作用将氮转化为细胞原生质成分，所以传统的生物处理方法只能去除生活污水中约40%的氮。生物法脱氮新技术主要是针对传统生物脱氮理论而言，就是在好氧、低基质浓度条件下通过硝化菌的作用将氨氮氧化为硝酸盐，在缺氧、可利用碳源及碱度充足的条件下，反硝化菌将硝酸盐还原成气态氮从水中去除。第20页/共52页1.短程硝化-反硝化工艺 原理：将硝化过程控制在NO2-阶段而终止，随后进行反硝化。亚硝酸型生物脱氮具有以下优点：亚硝酸菌世代周期比硝酸菌世代周期短，泥龄也短，控制在亚硝酸型阶段易提高微生物浓度和硝化反应速率，缩短硝化反应时间，从而可以减少反应器容积，节省基建投资。第21页/共52页（1）Sharon工艺

12、 是一种用于处理高浓度、低碳氮质量比的含氨废水的新工艺，它利用亚硝酸细菌和硝酸细菌在不同条件下的生长速率的差异，通过调控温度、pH、溶解氧、水力停留时间等参数，实现短程硝化反硝化。第22页/共52页Sharon工艺特点：脱氮速率快，投资和运行费用低反应期内微生物增殖速度快进出水浓度无相关性，进水浓度越高，去除率越高只需简单地限制SRT就能实现氨氧化而亚硝酸盐不氧化进水浓度高，有大量热量产生排出的水中悬浮固体不影响工艺运行只需单个反应器第23页/共52页（2）厌氧氨氧化（Anammox）工艺 在厌氧条件下，微生物直接以NH4+做电子供体，以NO2-为电子受体，将NH4+或NO2-转变成N2的生物

13、氧化过程，其反应式为：第24页/共52页（3）Sharon-Anammox组合工艺 以Sharon工艺为硝化反应，Anammox工艺为反硝化反应的组合工艺可以克服Sharon工艺反硝化需要消耗有机碳源、出水浓度相对较高等缺点。就是控制Sharon工艺为部分硝化，使出水中的NH4+与NO2-的比例为1:1，从而可以作为Anammox工艺的进水，组成一个新型的生物脱氮工艺。第25页/共52页反应式为：第26页/共52页 Sharon-Anammox组合工艺，与传统硝化/反硝化相比，更具明显的优势：减少需氧量50%60%无需另加碳源污泥产量很低高氮转化率 第27页/共52页（4）OLAND工艺 又称

14、限氧自养硝化-反硝化工艺。是限氧亚硝化阶段和厌氧氨氧化相偶联的一种新型生物脱氮工艺。其原理是严格控制溶解氧浓度，使硝化过程仅进行到NH4+氧化为NO2-阶段，由于缺乏电子受体，有NH4+氧化生成的NO2-氧化未反应NH4+的形成N2。反应式第28页/共52页(5)生物膜内自养脱氮工艺（CANON）指在生物膜系统内部可以发生亚硝化，若系统供氧不足则膜内部厌氧氨氧化也能同时发生，那么生物膜内一体化的完全自养脱氮工艺便可能实现。生物膜内自养脱氮工艺原理第29页/共52页2.同步硝化反硝化（1）同步硝化反硝化机理 同步硝化（SND）是指在低氧条件下，在一个反应器同时存在硝化作用和反硝化作用，从而可以一

15、步达到污水脱氮的效果。第30页/共52页从物理角度解释 由于氧扩散的限制，在微生物絮体内产生溶氧（DO）梯度。微生物絮体的外表面DO较高，以好氧菌、硝化菌为主；深入絮体内部，反硝化菌占优势；正是由于微生物絮体内缺氧环境的存在，导致SND的发生。第31页/共52页从生物学角度解释 微生物学家已报道发现了好氧反硝化菌和异养硝化菌。由于大多数异养硝化菌同时是好氧反硝化菌，能够直接把氨转化成最终气态产物，从生物学的角度看，好氧同步硝化反硝化是可能的。第32页/共52页 SND与传统生物理论相比具有很大的优势，它可以在同一反应器内同时进行硝化和反硝化反应，具有以下优点：曝气量减少，降低能耗反硝化产生OH

16、-可就地中和硝化产生的H+不需缺氧反应池，可以节省基建费用能够缩短反应时间，节约碳源简化了系统的设计和操作等第33页/共52页（2）影响因素 溶解氧（DO）的影响碳源其他因素：ORP、温度、pH值等第34页/共52页（3）应用状况 高浓度氨氮废水在序批式反应器中进行同步硝化反硝化 3级生物膜反应器（RBC）第35页/共52页二.污水生物脱氮新技术与新工艺1.BCFS脱氮除磷工艺 此工艺是一种变型的UCT工艺，UCT工艺设计原理是基于对聚磷菌所需环境条件的工程强化，而BCFS的开发是为了从工艺角度创造DPB的富集条件。根据反硝化除磷机理，在单一活性污泥系统中，宜设置前置反硝化段（前缺氧段），从好

17、氧段末端流出的富含硝酸盐的活性污泥回流到前置反硝化段。进水进水剩余污泥剩余污泥磷沉淀厌氧接触池缺氧好氧/缺氧好氧出水出水污泥回流污泥回流沉淀池循环循环A循环循环B循环循环C第36页/共52页从工艺流程上看，BCFS工艺较UCT工艺创新之处如下：（1）BCFS工艺增加了两个反应池，即在UCT工艺的厌氧和缺氧池之间增加一个接触池，在缺氧池和好氧池之间增加一个缺氧/好氧混合池。（2）BCFS工艺增设在线分离、离线沉淀化学除磷单元（3）与UCT工艺相比，BCFS增设了两个内循环，能辅助回流污泥向缺氧池补充硝酸氮，并使好氧池与混合池之间建立循环，以增加硝化或同步硝化反硝化的机会第37页/共52页2.A2

18、N-SER双污泥脱氮除磷系统 基于缺氧吸磷的理论而开发的A2N-SBR连续流反硝化除磷脱氮工艺，是采用生物膜法和活性污泥法相结合的双污泥系统。在该工艺中，反硝化除磷菌悬浮生长在一个反应器中，而硝化菌呈生物膜固着生长在另一个反应器中。厌氧中淀池好氧（生物膜）缺氧进水进水二沉池出水出水污泥回流污泥回流污泥跨越污泥跨越富磷剩余污泥富磷剩余污泥排放排放第38页/共52页3.Dephanox工艺 当进水碳氮比较高时，需要在A2N工艺的缺氧池后添加曝气池。4.AOA-SBR脱氮除磷工艺 AOA-SBR法就是将厌氧/好氧/缺氧工艺应用于SBR中，充分利用了DPB在缺氧且没有碳源的条件下能同时进行脱氮除磷的特

19、性，使反硝化过程在没有碳源的缺氧段进行，不需要好氧池与缺氧池之间的循环，达到氮磷在单一的SBR。中同时去除的目的。第39页/共52页5.颗粒污泥脱氮除磷6.内循环气升式序批式生物膜法第40页/共52页 废水生物脱氮除磷技术的发展主要集中在以下四个方面：n开发不同营养类型微生物独立生长的新工艺，主要体现在不同工艺之间的相互组合。n在新的微生物学和生物化学理论基础上开发出的新型工艺。n基于处理设施高度简化的新工艺。n生物脱氮除磷工艺也理应结合可持续污水处理的理念，最大程度地减少COD氧化，降低CO2释放，减小剩余污泥产量，实现富磷污泥有效利用和处理水回用，这将是今后污水处理领域发展的方向。第41页

20、/共52页废水生物脱氮除磷技术工程实例一.新建污水厂脱氮除磷工艺1.昆明兰花沟废水处理厂进出水进出水TP/(mg/L)TN/(mg/L)进水进水2430出水出水1.0NH3-N1.0、TKN6昆明兰花沟废水处理厂进出水的总氮、总磷浓度第42页/共52页2.广州大坦沙废水处理厂水力停留时间水力停留时间/h溶解氧溶解氧/(mg/L)污泥回流比污泥回流比/%混合液内循环混合液内循环回流比回流比/%AAOAAO1250.20.51.52.025100100200项目项目BOD5/(mg/L)SS/(mg/L)TN/(mg/L)TP/(mg/L)原废水原废水200250405处理出水处理出水203015

21、2广州大坦沙废水处理厂工艺参数广州大坦沙废水处理厂运行效果第43页/共52页二.传统污水处理厂脱氮除磷改造工艺 根据城市污水脱氮除磷的机理，要将传统推流式污水厂改造为有脱氮除磷功能的污水厂必须具备三个条件：n要提供脱氮除磷反应过程所必需的足够的碳源。n要提供脱氮除磷反应过程所必需的反应容积。n要提供脱氮除磷反应过程所必需的缺氧、厌氧、好氧环境。第44页/共52页 将现有的城市二级污水处理厂改造成具有脱氮除磷功能的污水厂，可以征地扩建，即增加新构筑物，将传统活性污泥法推流式曝气池改为A2/O法、A/O法、MSBR等。第45页/共52页具体方法如下：1.调整工艺参数 提高混合液活性污泥浓度，可以通

22、过提高活性污泥的回流比来达到。即降低了有机负荷，延长了污泥龄，有利于硝化菌的生长。不仅从固定的生化反应池容积中争取到好氧硝化所需要的“反应容积”，而且还为缺氧反硝化和厌氧放磷留出所需要的“反应容积”，从而达到脱氮除磷效果。第46页/共52页 在传统的活性污泥法的曝气池中投加一定数量的悬浮填料组成的一种复合活性污泥处理系统，可增加曝气池的污泥浓度，从而强化了系统对COD和氨氮的去除能力。在悬浮填料活性污泥系统中，世代时间较长的硝化菌附着生长在悬浮填料上，不易流失，固定相和悬浮相微生物能发挥各自的优势，可克服除磷脱氮泥龄的矛盾。第47页/共52页2.调整运行方式 国内学者针对传统污水厂脱氮除磷改造

23、提出了“倒置A/A/O工艺”，“同步A/A/O工艺”，“时序A/A/O工艺”，并做了从实验室小试到生产性试验研究，取得了较好的脱氮除磷效果。第48页/共52页 倒置A/A/O工艺是将传统A2O工艺厌氧区和缺氧区对调，即缺氧区、厌氧区、好氧区，并取消了污泥内回流，将外回流比控制在100%200%，工艺流程更简洁，更节能。更重要的是克服了外回流带进的硝酸盐氮对厌氧释放磷的影响。同步A/A/O工艺是将曝气池溶解氧控制在较低水平，提高活性污泥颗粒的缺氧、厌氧微环境比例，从而促进曝气池中硝化、反硝化和放磷、吸磷同步发生。第49页/共52页3.投加药剂进行化学强化 投加铁盐、铝盐等混凝剂和有机高分子助凝剂能使一级处理系统得到强化，能进一步去除污水中的有机物、总磷、SS，但对氮去除不明显而且操作管理麻烦，运行费用昂贵，产生较多的化学污泥。第50页/共52页4.对处理构筑物适当改造 例如压缩部分处理规模，将水力停留时间适当延长，并对处理构筑物进行适当改造，以达到脱氮除磷的目标。第51页/共52页感谢您的观看！第52页/共52页