4活性污泥4-生物脱氮除磷.ppt
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1、水污染控制工程,唐玉朝 安徽建筑工业学院环境科学与工程系 E-mail: Department of Environmental Science and Engineering, Anhui University of Architecture Copyright Reserved!,瀑蓟锣獭茵炒陛泞羊杭婉恬瘟裕枣乓折夜充繁横助今齐械直预凿犹努吾超4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,第六节 生物脱氮与除磷,况灯申粒鸥年粥族痴澄靡阎域镑乌疮延敬都固谬徐袱绚培辽肌悟舱年我壶4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,内容,1. 概述 2. 生物脱氮原理与工艺 3. 生
2、物除磷原理与工艺 4. 同步脱氮除磷工艺 5. 脱氮除磷工艺设计计算,Water Pollution Control Engineering,膏捌笋山佐凤防触红脯挪钢规瞻篇浊歌逃婉酬宜阎冀味挖垄查廷律儿晕汪4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,1.概述,水体富营养化是当前水环境污染面临的重大问题,富营养化造成水质恶化,生态平衡破坏,鱼类和水生生物死亡,还对饮用水安全造成严重的威胁,危害人类健康. 氮(N)和磷(P)是引起水体富营养化的关键的物质,低浓度的N和P即可以引起富营养化,(如湖泊地面水水质标准,二级标准P的浓度为0.01 mg/L). 因而,污水处理时如何利用生物技术能
3、将N, P物质去除是当今污水处理的重要内容,尤其是磷的去除.,Water Pollution Control Engineering,得丈奸入架跋亭撅饼咯多佯挝蒂翁塌万署雌涕厕脆坠担羔完蛋嗡抹曙伞别4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,1.概述,含N化合物在水中存在形态,有机N、氨N、亚硝酸盐N、硝酸盐N。总氮(TN)是四种含N化合物和;凯氏氮(KN)是有机N与氨N。 城市污水经过传统的二级生化处理,有机物可以转化为CO2, H2O等, 但是有机物中的氮不能有效去除,少部分可以通过同化作用转化为生物细胞有机体组分(通过剩余污泥)而去除,大部分只能转化为溶解性的无机氮, (一般为
4、NH3, 有少量NO2-, NO3-), 无法从水中直接去除,生物脱N是通过将这些物质转化为不溶解于水的N2而从水中去除的.,Water Pollution Control Engineering,泼徒像姻掩含藏抖月恶菜或郭融叹绥厩召挚忽吞倔耶铣耳衙墅砖豺诧狗酚4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,1.概述,二级污水处理工艺活性污泥对N去除率按照BOD:N=100:5:1计算,城市污水进水BOD一般可达到200mg/L左右,这样以微生物需要的营养计算,则剩余污泥可以去除10mg/L的氮和2mg/L左右的磷(存在污泥中, 不同的工艺有差异)。以同化作用将N, P转移出污水系统。(
5、微生物利用的NP还会因内源代谢释放) 高浓度工业废水的氮可以用物理吹脱,低浓度的饮用水氮一般以化学方法(加氯氧化)去除,污水氮一般以生物方法去除。如果同时富含高浓度磷,则常形成磷酸镁铵作为化学肥料回收。,Water Pollution Control Engineering,双饰那锗势何塔垂佩滦妆搬藩漾壬剪愤詹添誊惮甫零署滤雄剿舷待蝗渠捕4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,1.概述,化学方法脱N(折点加氯): NH4+ + HOCl = NH2Cl + H+ + H2O NH2Cl + HOCl = NHCl2 + H2O NHCl2 + HOCl = NCl3 + H2O
6、2NH2Cl + HOCl N2 + 3HCl +H2O 余氨的吹脱(针对氨):游离的氨容易挥发,可以空气吹脱到大气中去. Mg2+ +PO43- + NH4+ +6H2O =,Water Pollution Control Engineering,MgNH4 PO4 6H2O,材饥谗配憋抉柞和窿陌肉佩沂冲幕箔颤抓垒弦元切铲寞晚渍闽饶阎钝秧锋4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,2. 生物脱氮原理与工艺,咋务啃蛙黑毖瓢椅将咯亡姓炒剑汪郸群网幕赦肢庞倒恿贡靡腮储捍伪垛用4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,一. 生物脱氮原理 1.1 生物脱氮基本过程 1.2 影响
7、生物脱氮的环境因素 二. 生物脱氮工艺 2.1 三级生物脱氮工艺 2.2 两级生物脱氮工艺 2.3 单级生物脱氮工艺 2.4 A/O工艺 三. 生物脱氮新理论 3.1 同步硝化反硝化;3.2 短程硝化反硝化;3.3 厌氧氨氧化,2. 生物脱氮原理工艺,Water Pollution Control Engineering,婶锨晒界狂持悸差旨铜矩睁动晶慷汕忍束昼己蚀欧省耸芬擒共钉拄何怨警4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮原理,一. 生物脱氮原理 除同化作用可以部分除氮, 生物脱氮主要由反硝化过程实现. 1.1 基本过程: 氨化:在氨化菌作用下, 有机物中的氮被转化为氨
8、氮, 有机物同时得到降解: 有机N NH3 硝化:分为两个步骤-亚硝化和硝化. 在好氧条件下,亚硝化菌将NH4+转化为NO2, 进一步在硝化菌作用下转化为NO3: NH4+ +1.5O2 NO2 + 2H+ + H2O (亚硝化) NO2 + 0.5O2 NO3 (硝化) 总反应:NH4+ +2O2 NO3 + 2H+ + H2O,Water Pollution Control Engineering,琐纵呛慷铣宦嘱列憋宽堰舷澳衬瓶肆意肄茧召胰峡铅迭失吻冒蹋聪蚀贰释4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮原理,反硝化:在缺氧条件下, 反硝化菌作用将NO3转化为N2(异化反
9、硝化,占96)或生物体 (同化反硝化,占4). 6NO3+5C 3N2 + 6OH+ H2O + 5CO2 NO3 NO2 NO N2O N2 NO3 + C + H+ C5H7O2N + H2O NO3 NO2 有机含N物质,异化,同化,Water Pollution Control Engineering,您煤彪父躁丈油喳公滔坪砚纂澎典榴尉熊企振已你负递氢枝槐愿搓怀浩幢4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮原理,1.2. 影响生物脱氮的因素 氨化: 氨化菌是异养菌, 对环境条件要求不苛刻, 好氧或厌氧均可, 对酸碱, 温度的适应范围宽.,Water Pollutio
10、n Control Engineering,京手屎柯夫趣萎娩琐干蚊亲恐烹擎韧览经茸准稼尤朋名颊牧多窿末订唾紊4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮原理,(亚)硝化: 亚硝化菌和硝化菌均为化能自养菌. (A).溶解氧, 需要好氧的条件, DO2, 每mol氨经过亚硝化需1.5mol O2, 硝化需0.5mol O2 (B).酸碱, 中性或弱碱性 (亚硝化产生酸!),最宜在pH 8.0-8.4左右. (C).温度, 20-30最佳 (15迅速降低,5反应停止) . (D). C/N比,BOD低才能维持硝化菌生长(异养微生物竞争, BOD越高硝化菌比例越小),Water Po
11、llution Control Engineering,戏小殖搽更盒矗束狰走煌僧沮革冒拴择惋笛酚筒垦尸红缘缩邢两寝闪椎讥4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮原理,反硝化: 反硝化菌是异养菌,兼性厌氧菌. (A). 碳源(外加, 利用污水有机物, 或内源呼吸) (B). 酸碱, pH最宜在 6.5-7.5 (C).溶解氧, 需少的DO或间歇有氧缺氧, DO 0.5mg/L, DO过高则直接以好氧呼吸 (D). 温度, 20-40, 低于15反应迅速降低 由于硝化菌和反硝化菌世代时间长,所以反应器内生物停留时间要长,即污泥龄要长,Water Pollution Contr
12、ol Engineering,截雇号锰澈恭袍雍形猪殿亨睛改舵宴奶鸟赋卓竞捧区霸搽证芬裂秸炒丢剂4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮原理,生物脱氮的过程比较,Water Pollution Control Engineering,料僻矗槽蜜麦幻呈边寄坞劈褒呸抽陡植漏均隶土抛仓耕罗缎哮寝兆箔们佩4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮工艺,二. 生物脱氮工艺 2.1:Barth三级(段)生物脱N工艺 第一段-氨化. 去除BOD和COD, 进行曝气, 有机N转化为氨氮; 第二段-亚硝化和硝化, 氨N转化为NO3,需要加碱; 第三段-反硝化, NO3转化
13、为N2气, 必须外加碳源(加甲醇或引污水), 否则效率低, 需搅拌.,Water Pollution Control Engineering,寒缮下传增喘茂币持盲构间月妊吏其宜镀功氟僚梁萍牧草鞍翠服痒派唾踏4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,Barth三级(段)生物脱N工艺流程:,曝气,硝化,反硝化,碱,N2,碳源,曝气池:降解BOD,有机物分解(氨化) 硝化池:硝化反应, NH3转化为硝态氮,降解BOD(亚 硝化, 硝化) 反硝化池:脱N(反硝化),需搅拌 沉淀池:固液分离.,生物脱氮工艺,沉,沉,沉,出水,进水,Water Pollution Control Engine
14、ering,链垣轧唱购扇裹允握肥冗楼入店蛹啪许雕诗蔡千阂话傈速绝龚搓婉默壹根4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,Barth三级(段)生物脱N工艺特点: 1.各段在各自的反应器下完成, 可控制各个反应器最适宜的条件; 2. 脱氮率较高; 3. 反应器多构筑物多, 需外加碳源和碱, 造价高, 管理也不便.,生物脱氮工艺,Water Pollution Control Engineering,粗甩奠悠蓖麓纷墨战陶辐殆尖啼痕梭笋垒岳始独摄蚂赞桔栖刮颈骆褪嘲等4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,2.2 两级(段)生物脱N工艺:,曝气,反硝化,碱,N2,碳源,生物脱氮工
15、艺,沉,沉,出水,进水,曝气池:降解BOD,有机物分解(氨化), (亚)硝化反应, NH3转化为硝态N; 反硝化池:缺氧,完成反硝化脱N; 沉淀池:固液分离.,Water Pollution Control Engineering,俄肥浩笛诺卡文距蓬析源嚎嫌岂杉板趁诵岸秧泰镑哥鸿裳物男碟岂舒谢庸4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮工艺,2.3 单级生物脱氮工艺,曝气,反硝化,沉淀,N2,污水或甲醇,出水,进水,污泥回流,曝气池:好氧条件,完成降解BOD, 氨化,硝化等功能; 反硝化池:缺氧,完成反硝化脱氮; 沉淀池:固液分离; 特点:工艺简单,但难以控制,水质也难保证
16、.,碱,Water Pollution Control Engineering,鼓失秘贡区腑诧待浆优瞥灌映整我闻遮其杨青滋礼即湿格戎第肖叠坊使捆4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,2.4 前置反硝化工艺, A/O工艺或AN/O(缺氧/好氧工艺anoxic/oxic):,反硝化,曝气,沉淀,反硝化池:缺氧,完成反硝化脱氮 曝气池:好氧条件,完成降解BOD, 氨化,硝化反应等功能,N2,出水,进水,硝化液内循环,污泥回流,生物脱氮工艺,Water Pollution Control Engineering,炭巧靴无匿矣岿嗡勘醇遮虫肆错萨燃依宣讫弟唁列肛宽偿歪拂蔼柜托整敝4活性污泥
17、4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮工艺,AN/O工艺特点: 反硝化反应器前置, 氨化和硝化在后, 不需要外加碳源, 反硝化的碳源从污水中得到; 亚硝化阶段需要的碱度可以得到部分补偿, 所以通常不需要加碱, 反硝化液残留的有机物可以进一步处理; 构筑物少,流程简单; 但是出水含硝酸盐NO3, 脱N效率受限制, 高的脱N率需要循环比大, 动力消耗大, 沉淀池存在反硝化过程, 容易污泥上浮.,Water Pollution Control Engineering,献目夫汾缮狂磺卵围扣拨纱枚钒榷浮返泽毁锰砾办逞应旱盛涎戒湛漾摔芭4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生
18、物脱氮理论进展,三. 生物脱氮新理论 传统脱氮理论: 硝化和反硝化反应分别由硝化菌和反硝化菌作用完成,两菌对环境条件的要求不同, 这两个过程不能同时发生, 而只能序列式进行,即硝化反应在好氧条件下, 反硝化反应在缺氧或厌氧条件下. 因此生物脱氮工艺是将缺氧区与好氧区分开的分级硝化反硝化工艺, 或在两个分离的反应器中进行, 或在时间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中进行, 以便硝化与反硝化能够独立地进行.,Water Pollution Control Engineering,狡唬踪虎坑邱绚囤押妈移拳喊凭喷革逝瞻跋救峻沃戳俄西翘碟而袭物除幂4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除
19、磷,生物脱氮理论进展,3.1 同步硝化反硝化 : 微环境理论认为,由于氧扩散的限制,在微生物絮体或者生物膜内产生溶解氧梯度,即微生物絮体或生物膜的外表面溶解氧浓度高,深入絮体内部,氧传递受阻及外部氧的大量消耗, 产生缺氧区,从而形成有利于实现同步硝化反硝化的微环境. 宏观环境论认为,由于氧气扩散速率的限制,曝气池内形成局部缺氧/厌氧环境. 微生物学研究发现, 存在好氧反硝化细菌和异养硝化细菌, 打破了传统理论的硝化反应只能由自养细菌完成和反硝化只能在厌氧条件下进行的观点.,Water Pollution Control Engineering,借肥楚锹预荔丧蚌租袍剁虽埂掘萄矫默姑跺惕级奴苹兼凋
20、蚜榴米蔡釜慑善4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮理论进展,同步硝化反硝化具有以下特点: (1) NO2无须氧化为NO3便可直接进行反硝化反应,因此, 整个反应过程加快, 水力停留时间缩短, 反应器容积减小; (2) 亚硝化反应仅需75的氧, 需氧量降低, 节约能耗; (3) 硝化菌和反硝化菌在同一反应器中同时工作, 脱氮工艺简化而效能提高;,Water Pollution Control Engineering,徽呵匣斋栓宝早聂维糕文弱坍聚乏雷穷赎前籽获蔑梆挟哲据门诀漳宿跃咱4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮理论进展,(4) 将有机物氧化
21、, 硝化和反硝化在反应器内同时实现, 既提高脱氮效果, 又节约曝气和混合液回流所需的能源; (5) 反硝化产生的OH可以中和硝化产生的部分H+, 减少了pH值波动, 使两个生物反应过程同时受益, 提高了反应效率; (6) 为反硝化提供了碳源, 促进同步硝化反硝化的进行,Water Pollution Control Engineering,仕篓虫假催丽娱芋降苏涕吵骆汛昧甥阵分挎渤借捻兹北庙结擅贼竞嚷元搓4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮理论进展,3.2 短程硝化反硝化: 传统理论认为, 生物脱氮需经过如下过程: NH4+ NO2 NO3 NO2 N2 氨化 亚硝化
22、硝化 反 硝 化 而短程反硝化就是在硝化过程中造成一定的特殊环境使NH4+正常硝化到NO2, 而NO2氧化到NO3的过程受阻, 形成所谓的“NO2积累”后直接进行反硝化, 也可称为不完全硝化反硝化: NH4+ NO2 N2,Water Pollution Control Engineering,耍拘修秃标鉴缸耳誊婉塔辙蛇笺嫩地钱酪针胀粗嫁普疚还傀祖题斥爷饯颓4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮理论进展,实现短程反硝化的关键在于将NH4+氧化控制在NO2阶段,阻止NO2的进一步氧化,因此,如何持久稳定地维持较高浓度的NO2的积累及影响NO2积累的因素 . 因为影响N 积
23、累的控制因素比较复杂,并且硝化菌能够迅速地将NO2转化为NO3 ,所以要将NH4+的氧化成功地控制在亚硝酸盐阶段并非易事.,Water Pollution Control Engineering,彼住蔷秘锻国汉袱宿踢谤贾旨斧点欢涉弦楼遣兼陌蝶扫敝矢克为登苯磁撂4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮理论进展,工艺特点: (1)硝化阶段可减少25左右的需氧量, 反硝化阶段可减少40左右的有机碳源,降低了能耗和运行费用; (2)反应时间缩短,反应器容积可减小3040左右; (3)具有较高的反硝化速率(NO2 的反硝化速率通常比NO3的高63左右; (4)污泥产量降低(硝化过程
24、可少产污泥33-35左右,反硝化过程中可少产污泥55左右).,Water Pollution Control Engineering,糕竹汰掖姿茂测汞脉域漱啡悔枝蔑九涯包别挺赡淑蹋赘瑟剥肯牡挠譬俄摊4活性污泥4-生物脱氮除磷4活性污泥4-生物脱氮除磷,生物脱氮理论进展,SHARON工艺: 利用硝化菌在较高的温度下生长速率低于亚硝化菌这一事实, 开发在较高温度下实现生物脱氮处理. 工艺的核心是通过污泥龄和反应温度实现将硝化菌淘汰, 但留下亚硝化菌.,Water Pollution Control Engineering,贰佳免戚逞竞腊窿虱仓堡巡轴昆昂橱沪赚尸橇住敷聪他驻庶襟蜡翻澎灰伸4活性污泥4
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