生物脱氮除磷技术总结-PPT.ppt

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1、微生物-脱氮-除磷PPP 项目投融资模式讲解提纲目 录1、水处理微生物简介氮素循环：固氮同化氨化硝化反硝化 微生物的分类丝状菌2、生物除磷聚磷菌特性生物除磷原理3、生物脱氮微生物的营养生物除磷设计参数氨化作用天津泰达西区污水厂4、A2O 案例简介硝化作用反硝化作用原生动物其它生化知识点1、水处理微生物简介1.1、按细胞结构分类1）原核微生物 由原核细胞构成的微生物。细菌、放线菌、鞘细菌、滑动细菌、蓝细菌、光合细菌。2）真核微生物 由真核细胞构成的微生物。真菌、藻类、原生动物、后生动物。3）病毒 不具备细胞结构。1.2、按营养类型分类1.3、按DO需求分类1）好氧微生物：包括了微生物的各个类群。

2、属于原核生物的有细菌、放线菌、蓝细菌，属于真核生物的有原生动物、多细胞的微型动物、酵母菌、丝状细菌以及单细菌藻类等，还有病毒和立克次氏体。主要微生物类群是细菌，特别是异养型细菌占优势。2）兼性微生物：主要有：产黄纤维单胞菌、淀粉芽孢梭菌、丙酮丁醇芽孢梭菌、蜡状芽孢杆菌、琥珀酸拟杆菌等。3）厌氧微生物：主要有：脱硫弧菌属、硝酸盐还原细菌、脱氮硫杆菌、脱氮极毛杆菌、脱硫肠状菌属、产甲烷杆菌属、产甲烷球菌属、产甲烷八爹球菌属、产甲烷螺菌属等。1.4、微生物的细胞组成注：微生物细胞中各种有机物和元素的含量(干重)细胞主要干组分:C5H7NO2微生物细胞通式:C60H87O23N12P1.5、微生物的碳

3、源食谱1.5、有机物当量COD-可降解性见附件资料1.6、微生物的氮源食谱尿素：CH4ON2，有效N 约46%1.6、微生物的无机营养素磷酸盐：Na3PO4，有效P 约20%1.7、微生物的耐盐度、毒性物1）渗透压平衡：TDS 不得突然大幅变化，缓慢适应驯化；2）胞外酶活性：TDS 大于30g/L，活性极差，负荷降低一半以上；3）重金属、游NH3、游离H2S 等毒性物使酶蛋白变性，细胞中毒死亡。1.8、丝状菌的特性与作用1）丝状菌特性：是一大类菌体相连而形成丝状的微生物的统称，具有较大的比表面积、纯好氧，特定条件下对DO、营养物有竞争优势，对环境变化不敏感。2）丝状菌作用：菌胶团内细菌和丝状菌

4、形成一个共生的微生物生态体系，丝状菌相互聚集，菌胶团具备很好的絮凝沉降性，具有较好的泥水分离效果。3）丝状菌危害：丝状菌过量繁殖，形成污泥膨胀、微生物泡沫。4）丝状菌过量繁殖原因：a)基质限制：长期低负荷 b)溶解氧限制：长期供氧不足 c)营养不平衡：长期缺乏氮磷 d)pH 频繁波动：e)高浓度硫化氢：1.9、丝状菌的控制1）应急处置：投加PAC，一般100-200g/m3池容，改善絮凝沉降性能，使泥水能分离。2）紧急杀灭：投加次氯酸钠，一般10-20g/m3池容，杀灭丝状菌（有可能同步杀灭有益菌）。3）生物选择器杀灭：利用丝状菌只能利用DO 的特性，回流到前端A 池杀灭。4）有针对性的改善生

5、物反应器条件，逐步实现自动平衡：a)基质限制：降低污泥浓度、提升污泥负荷；间断曝气 b)溶解氧限制：增加曝气量；减小进水负荷 c)营养不平衡：补充氮磷 d)pH 频繁波动：调节进水pH e)高浓度硫化氢：设置预曝气池（30-60min）1.10、原生动物的分类分 类 活性污泥 生物膜植鞭毛纲粗袋鞭虫+动鞭毛纲尾波豆虫+活泼锥滴虫+根足虫纲小变形虫目+普通表壳虫+鳞壳虫属+纤毛纲有肋盾纤虫+沟钟虫+小口钟虫+卑怯管叶虫+集盖虫+白钟虫+法帽钟虫+螅状独缩虫+莫氏游仆虫+沟刺斜管虫+珍珠映长虫+微盘盖虫+八条纹钟虫+1.11、原生动物的作用3）纤毛虫能分泌粘性物质，促进菌胶团絮凝作用；1）吞噬游离

6、细菌和微小有机颗粒和碎片；2）直接分解代谢一些可溶性的有机物；4）作为指示生物原生动物容易在显微镜下观察，不同种类的原生动物都有各自所需的生境条件，所以哪一类原生动物占优势，也就反映出相应的水质状况；原生动物对环境条件要求比细菌的苛刻，当水质或工艺参数发生变化时，原生动物的种群和数量也要发生变化。接种驯化阶段适应增殖阶段污泥成熟阶段(1)着生的缘毛目(小口钟虫、八钟虫、沟钟虫、褶钟虫、瓶累枝虫、微盘盖虫、独缩虫)多时，处理效果良好，说明形成优质而成熟的活性污泥。(2)小口钟虫在生活污水和工业废水处理很好时往往就是优势菌种。(3)如果大量鞭毛虫出现，而着生的缘毛目很少时，表明净化作用较差。(4)

7、大量的自由游泳的纤毛虫出现，指示净化作用不太好，出水浊度上升。(5)如出现主要有柄纤毛虫，如钟虫、累枝虫、盖虫、轮虫、寡毛类时，则水质澄清良好，出水清澈透明，酚类去除率在90%以上。(6)根足虫的大量出现，往往是污泥中毒的表现。(7)如在生活污水处理中，累枝虫的大量出现，则是污泥膨胀、解絮的征兆。(8)在印染废水中，累枝虫则作为污泥正常或改善的指示生物。(9)在石油废水处理中钟虫出现是理想的效果。(10)过量的轮虫出现，则是污泥要膨胀的预兆。1.12、原生动物的指示规律1.13、生化曝气量气水比：（曝气系统氧效率25%）NH3-N 硝化100mg/L，所需气水比约10COD 氧化1000 mg

8、/L，所需气水比约20温度（)溶解氧（mg/L）温度（)溶解氧（mg/L）0 14.64 18 9.461 14.22 19 9.272 13.82 20 9.083 13.44 21 8.904 13.09 22 8.735 12.74 23 8.576 12.42 24 8.417 12.11 25 8.258 11.81 26 8.119 11.53 27 7.9610 11.26 28 7.8211 11.01 29 7.6912 10.77 30 7.5613 10.53 31 7.4314 10.30 32 7.3015 10.08 33 7.1816 9.86 34 7.0717

9、 9.66 35 6.95温度与饱和溶解氧一种曝气量核算方式工程调试和经验值1.14、氯离子氯离子的腐蚀性CODcr 表征的是在高温、强酸性、银离子催化条件下能与重铬酸钾反应的所有物质，包括如下几类：1）85%95%的有机污染物（不能被重铬酸钾氧化的有机物有：吡啶、稠环芳烃、多环芳烃、杂环芳烃等）；2）还原性无机物：亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐；3）氯离子：它能100%被重铬酸钾氧化而表现为CODcr，而且消耗银离子催化剂导致水质监测数据无规律。但在环境水体中，氯离子是不消耗天然溶解氧的，氯离子不应作为水体还原性污染物。氯离子与COD高氯根废水COD 测定国标-重铬酸钾法GBT11914-89行标

10、-氯气校正法HJ/T70-2001行标-碘化钾碱性高锰酸钾法HJ/T132-2003高浓度药剂-屏蔽 低浓度药剂-屏蔽检测下限COD 50mg/L 30mg/L 30mg/L 0.2mg/L检测上限COD 700mg/L 62.5mg/L适应氯离子浓度1000mg/L 1000mg/L 20000mg/L 20000mg/L备注当Cl-1000mg/L，屏蔽检测下限COD250mg/L 微生物抑制浓度10g/L1.15、硫元素H2S 对微生物抑制浓度5-25mg/L。厌氧反应器中，希望SO42-/COD5-10%，硫酸盐还原菌产生的硫化氢抑制影响不大。2、生物除磷聚磷菌(Poly-phosph

11、ate Accumulating Organisms)的特性：1）在厌氧条件(无DO 和硝态氮)，聚磷菌吸收挥发性有机物VFAs，同化成胞内碳能源储存物(PHB/PHV)、并进行迅速增殖，所需能量来源于聚磷的水解及细胞内糖的酵解，并导致磷酸盐的释放。2）在好氧条件，专性好氧的聚磷菌(PAOs)活力得到恢复，以O2为电子受体，氧化胞内贮存的PHB 及利用产生的能量过量地从环境中摄磷，在聚磷菌细胞内合成多聚磷酸盐加以积累，以聚磷酸高能键的形式存储，即过量吸收磷酸盐。2.1、聚磷菌特性市政污水强调生物除磷聚磷菌(PAO)的摄磷释磷原理：在厌氧条件获取储存碳源、释放磷、大量增殖。在好氧条件，PAO 分

12、解碳源、过量吸收磷酸盐。通过排放富磷活性污泥，将磷除去。2.2、PAO 除磷原理1）聚磷菌摄取磷2）聚磷菌释放磷1）易降解有机物：厌氧池BOD5/TP202）硝酸盐+硫酸盐：厌氧池5-10mg/L3）DO：厌氧池0.2mg/L，好氧池2mg/L4）温度和pH 值：合理区间5）污泥龄：3.57.0 d6）HRT：厌氧池40min，好氧池4h2.3、生物除磷设计参数生物除磷工艺主要有：A/O 工艺、A/A/O 工艺、SBR 工艺、氧化沟、UCT工艺、VIP 工艺、改良UCT 工艺、改良VIP 工艺等。剩余污泥含磷量为干重的3 7%，磷的去除率可达80 95%。在厌氧环境中，还原菌碳源竞争顺序：硝酸

13、盐还原菌、硫酸盐还原菌、P AO3、生物脱氮3.1、氮元素循环硝化作用：:固氮作用：N2有机氮氨化作用：反硝化作用：同化作用：无机氮 有机氮有机氮NH4+NH4+NO2-NO3-NO2-NO3-N21）生物固氮与微生物同化不做讨论；2）氨化(矿化)反应速度很快，在一般废水处理设施中均能完成；3）硝化-反硝化是污水处理重点关注的技术。3.2、氨化（矿化）作用 氨化作用是指将有机氮化合物转化为NH3-N 的过程，也称为矿化作用。矿化作用在厌氧、好氧环境均可发生，反应速率很快。参与氨化作用的细菌称为氨化细菌。在自然界中，它们的种类很多，主要有好氧性的荧光假单胞菌和灵杆菌、兼性的变形杆菌、厌氧的腐败梭

14、菌等。在好氧条件下，氧化酶催化下的氧化脱氨。例如氨基酸生成酮酸和氨：某些好氧菌，在水解酶的催化作用下能水解脱氮反应。例如尿素能被许多细菌水解产生氨，分解尿素的细菌有尿八联球菌和尿素芽孢杆菌等，它们是好氧菌，其反应式如下：厌氧或缺氧的条件下，厌氧微生物和兼性厌氧微生物对有机氮化合物进行还原脱氨、水解脱氨和脱水脱氨三种途径的氨化反应：3.3、反硝化微生物 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。反硝化菌主要有变形杆菌属、微球菌属、假单胞菌属、芽胞杆菌属、产

15、碱杆菌属、黄杆菌属等兼性细菌，它们在自然界中广泛存在。反硝化易发生、速率较快，电子受体DO 和NOx-频繁交换也不会抑制反硝化的进行。当DO 0.3-0.5mg/L 是，以下反硝化反应：H 可以是任何能提供电子，包括有机物、硫化物、H+等。反硝化1g 硝酸盐，理论需要BOD5约2.86g，一般3.5-4g。反硝化释放碱度，反硝化1g 硝酸盐，理论释放3.57g 碱度。在厌氧环境中，还原菌碳源竞争顺序：硝酸盐还原菌、硫酸盐还原菌、P AO3.4、硝化微生物项目 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/m 11.5 0.51革兰氏染色 阴性 阴性世代期/h 836 1259需养性

16、 兼性厌氧 严格好氧最大比增长速率/(m/h)0.961.92 0.481.44产率系数Y/(mg细胞/mg 基质)0.040.13 0.020.07饱和常数Ks/(mg/L)0.33.6 0.31.7 硝化菌（含亚硝酸盐菌、硝酸盐菌）为化能自养型好氧菌。亚硝酸菌有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属，硝酸菌有硝酸杆菌属、硝酸球菌属。硝化细菌分别从氧化NH3-N 和NO2-N 的过程中获得能量，碳源来自无机碳化合物，如CO32、HCO、CO2等。条件合适，发生以下硝化反应：3.5、硝化条件3）低游离氨(分子态NH3)游离氨的抑制浓度约为0.5-1.0mg/L。低浓度启动硝化。2）长泥龄

17、（世代周期长、细胞产率低）至少应为硝化菌世代周期的2 倍以上，一般需要5d以上。4）高碱度：需要碱度物质中和硝化产生的质子（H+），理论7.14g/g，最佳pH 在8.08.4。一般纯碱+烧碱混合投加。5）高溶解氧：硝化需要大量的氧，硝化1g 的NH3-N 理论需要4.2gO2，一般DO 2mg/L。6）温度：合适15 35，最佳25-30 1）低碳源（自养菌DO 竞争劣势）一般要求NH3-N/BOD55-8。好氧池分区。3.6、硝化抑制某些重金属、络合阴离子和有毒有机物对硝化细菌有毒害作用。游离氨和亚硝态氮对硝化细菌也有影响。游离氨抑制浓度约为0.5-1.0mg/L，亚硝态氮抑制浓度约为10

18、0mg/L。3.7、经典AO硝化反硝化工艺工艺原理：工艺流程：脱氮率与回流比：TN-反硝化除去总氮，TN-进水总氮，n-总回流比3.8、AO设计参数3.9、AO工艺优缺点前置反硝化工艺有明显的优势：（1）、前置缺氧反硝化工艺充分利用进水碳源，减少外加碳源；并在无曝气条件下降解部分COD，节省能源；（2）、前置缺氧反硝化段回收的碱度物质能被后续的硝化过程利用，能减少硝化过程外加碱度物质的量；（3）、前置缺氧反硝化段能起到生物选择器作用，对回流污泥与混合液中的微生物菌种进行筛选和强化，提升后续好氧过程的降解效能。特别是应对有毒有害污染物冲击时，前置反硝化工艺优势明显；（4）、长时间的缺氧环境能造成

19、水解酸化效果，部分难降解大分子有机物得以分解。对于一些难降解有机物，前置反硝化也比传统工艺显示出更高的耐受性和降解效果；（5）、对于高浓度有机污水，前置缺氧反硝化工艺大回流比（污泥回流与混合液回流）能很好的稀释进水，降低生物毒性物质浓度，提高生化系统处理效率。前置反硝化工艺的劣势：（1）、受回流比限制，脱氮率有极限值，难以实现彻底脱氮；（2）、大回流比，增加动力能耗。天津泰达西区污水处理厂4、脱氮除磷-A2O 案例参数 取值设计流量25,000m3/d(其中一期为12,500m3/d)进水BOD 135mg/l进水COD 500mg/l进水SS 230mg/l进水总氮25mg/l进水氨氮15m

20、g/l进水总磷4mg/l原水水质特性 pH 度为7-8，冬天污水温度为10摄氏度。参数 取值BOD 10mg/lCOD 80mg/lSS 15mg/lTN 15mg/lNH3-N 5mg/lTP 1mg/l出水要求工艺流程HYBAS 工艺MBBRHybrid Biofilm integrated Activated Sludge天津泰达西区污水处理厂MBBR天津泰达西区污水处理厂Parameters参数Values取值Designflow设计流量25,000m3/d(两期)(其中一期为12,500m3/d)Designtemperature设计温度10oCLoadingstobiologica

21、lstep进入生物处理的负荷BOD 3,375kg/d(两期)(其中一期为1,687.5kg/d)COD 12,500kg/d(两期)(其中一期为6,250kg/d)TN 625kg/d(两期)(其中一期为312.5kg/d)NH3-N 375kg/d(两期)(其中一期为187.5kg/d)SS 5,750kg/d(两期)(其中一期为2,875kg/d)TP 100kg/d(两期)(其中一期为50kg/d)Recirculation回流TotalRecirculation(sludge+liquid)总回流(污泥和水)150%(两期为37,500m3/d,一期为18,750m3/d)Sludg

22、ereturn污泥回流100%(两期为25,000m3/d,一期为12,500m3/d)NO3-Nliquidrecycling含硝水内回流50%(两期为12,500m3/d,一期为6,250m3/d)天津泰达西区污水处理厂MLSS污泥混合液DesignMLSS设计MLSS3,500mg/lMLVSS/MLSS 70%AS1(AN1+AN2):DN/Bio-P活性污泥段1：反硝化/除磷Volume体积3,000m3(两期)(其中一期为1,500m3)DN-rate(15C)反硝化速率5gNO3-N/kgVSS.hAS2(AN3):DN活性污泥段2：反硝化Volume体积1,200m3(两期)(

23、其中一期为600m3)DN-rate(15C)反硝化速率3gNO3-N/kgVSS.hAS(AS1+AS2)活性污泥部分Volume体积4,200m3(两期)(其中一期为2,100m3)天津泰达西区污水处理厂HYBAS:BODandNHYBAS 段：BOD+NVolume体积4,200m3(两期)(其中一期为2,100m3)DO溶解氧5mg/lK3mediaK3 填料1,600m3(两期)(其中一期为800m3)Fillingrate填充率38%BOD-rate(15C)BOD 负荷率0.20kgBOD/kgSS.dN-rateinsludge(15C)污泥硝化速率0.5gNH4-N/kgVS

24、S.hN-rateinbiofilm生物膜硝化速率0.57gNH4-N/m2.dTotalOxygendemand总需氧量190kgO2/h(两期)(其中一期为95kgO2/h)Totalairdemand需气量7,000Nm3/h(两期)(其中一期为3,500Nm3/h)Waterdepth水深6m天津泰达西区污水处理厂Total总计Volume体积8,400m3(两期)(其中一期为4,200m3)HRTnominal名义停留时间7.87hK3mediaK3 填料量1,600m3(两期)(其中一期为800m3)Sludgeage泥龄TotalSRT总泥龄6.8daysSRTinAS(MLSS)活性污泥泥龄5.6daysAerobicSRTinBiofilm好氧生物膜泥龄1.2daysAerobicSRTinAS(MLSS)好氧活性污泥泥龄3.8daysTotalaerobicSRT总好氧泥龄5.0daysAnaerobicSRT厌氧泥龄3.8days如对本技术感兴趣，欢迎相互探讨学习。