清华大学《水处理工程2》— 第12讲脱氮除磷 2页

生物脱氮除磷原理与工艺4-1概述一、营养元素的危害氨氮会消耗水体中的溶解氧；氨氮会与氯反应生成氯胺或氮气，增加氯的用量；含氮化合物对人和其它生物有毒害作用：①氨氮对鱼类有毒害作用；②NO3-和NO2-可被转化为亚硝胺——一种“三致”物质；③水中NO3-高，可导致婴儿患变性血色蛋白症——“Bluebaby”；加速水体的“富营养化”过程；所谓“富营养化”就是指水中的藻类大量繁殖而引起水质恶化，其主要因子是N和P（尤其是P）；控制污染源，降低废水中的N、P含量；对城市废水，传统的活性污泥法，对N的去除率只有40%左右，对磷的去除率只有20~30%。二、脱氮的物化法1）氨氮的吹脱法：2）折点加氯法去除氨氮：3）选择性离子交换法去除氨氮：三、除磷的物化法（混凝沉淀法）1）铝盐除磷；2）铁盐除磷：3）石灰混凝除磷4-2生物脱氮技术4-1-1生物脱氮原理一、定义：①污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养微生物氧化分解为氨氮——氨化；②由自养型的硝化菌将氨氮转化为NO2-和NO3-——硝化；③再由反硝化菌将NO2-和NO3-还原转化为N2——反硝化。二、硝化反应（Nitrification）：分为两步：①；②；由两组自养型硝化菌分步完成：①亚硝酸盐细菌（Nitrosomonas）；②硝酸盐细菌（Nitrobacter）：都是革兰氏染色阴性、不生芽孢的短杆菌和球菌；强烈好氧，不能在酸性条件下生长；无需有机物，以氧化无机含氮化合物获得能量，以无机C（CO2或HCO3-）为碳源；化能自养型；生长缓慢，世代时间长。（1）硝化反应过程及反应方程式：①亚硝化反应：②硝化反应：③总反应：：氧化1mg为，氧化1mgNH4+-N为NO3—N，需氧4.57mg，其中亚硝化反应3.43mg，硝化反应1.14mg，需消耗碱度7.14mg(以CaCO3计)(2)硝化反应的环境条件：硝化菌对环境的变化很敏感：①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8.0~8.4)；②进水中的有机物的浓度不宜过高，一般要求BOD5在15~20mg/l以下；③硝化反应的适宜温度是20~30°C，15°C以下时，硝化反应的速率下降，小于5°C时，完全停止；④硝化菌在反应器内的停留时间即污泥龄，必须大于其最小的世代时间(一般为3~10天)；⑤高浓度的氨氮、亚硝酸盐或硝酸盐、有机物以及重金属离子等都对硝化反应有抑制作用。二、反硝化反应（1）反硝化反应过程及反硝化菌：反硝化反应是指硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程；反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，并不是一类专门的细菌，它们大量存在于土壤和污水处理系统中，如变形杆菌、假单胞菌等，土壤微生物中有50%是这一类具有还原硝酸盐能力的细菌；反硝化菌能在缺氧条件下，以NO2-N或NO3-N为电子受体，以有机物为电子供体，而将氮还原；在反硝化菌的代谢活动下，NO2-N或NO3-N中的N可以有两种转化途径：①同化反硝化，即最终产物是有机氮化合物，是菌体的组成部分；②异化反硝化，即最终产物为分子态的氮气。（2）反硝化反应的影响因素：碳源：一是原废水中的有机物，当废水的BOD5/TKN大于3~5时，可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇；适宜的pH值是6.5~7.5，pH值高于8或低于6，反硝化速率将大大下降；反硝化菌适于在缺氧条件下发生反硝化反应，但另一方面，其某些酶系统只有在有氧条件下才能合成，所以反硝化反应宜于在缺氧、好氧交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/l以下；最适宜温度为20~40°C，低于15°C其反应速率将大为降低。4-2-2生物脱氮工艺一、活性污泥法脱氮传统工艺(1)Barth开创的三级活性污泥法流程：(2)两级活性污泥法脱氮工艺第2页第十二讲\n二、缺氧——好氧活性污泥法脱氮系统（A—O工艺）三、氧化沟硝化脱氮工艺四、生物转盘硝化脱氮工艺4-3废水生物除磷技术4-3-1生物除磷过程（1）磷在废水中的存在形式：通常磷是以磷酸盐（、、）、聚磷酸盐和有机磷等的形式存在于废水中；细菌一般是从外部环境摄取一定量的磷来满足其生理需要；有一类特殊的细菌——磷细菌，可以过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内，如果从系统中排出这种高磷污泥，则能达到除磷的效果。（2）除磷菌的过量摄取磷：好氧条件下，除磷菌利用废水中的BOD5或体内贮存的聚b-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。（3）除磷菌的磷释放：在厌氧条件下，除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP，并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚b-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。一般，在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。二、生物除磷过程的影响因素①溶解氧：在除磷菌释放磷的厌氧反应器内，应保持绝对的厌氧条件，即使是NO3-等一类的化合态氧也不允许存在；在除磷菌吸收磷的好氧反应器内，则应保持充足的溶解氧。②污泥龄：生物除磷主要是通过排除剩余污泥而去除磷的，因此剩余污泥的多少对脱磷效果有很大影响，一般污泥短的系统产生的剩余污泥多，可以取得较好的除磷效果；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%。③温度：在5~30°C的范围内，都可以取得较好的除磷效果；④pH值：除磷过程的适宜的pH值为6~8。⑤BOD5负荷：一般认为，较高的BOD负荷可取得较好的除磷效果，进行生物除磷的低限是BOD/TP=20；有机基质的不同也会对除磷有影响，一般小分子易降解的有机物诱导磷的释放的能力更强；磷的释放越充分，磷的摄取量也越大。⑥硝酸盐氮和亚硝酸盐氮：硝酸盐的浓度应小于2mg/l；当COD/TKN>10，硝酸盐对生物除磷的影响就减弱了。⑦氧化还原电位：好氧区的ORP应维持在+40~50mV之间；缺氧区的最佳ORP为-160~±5mV之间。4-3-2生物除磷工艺一、Phostrip除磷工艺：生物除磷和化学除磷相结合的工艺。二、厌氧——好氧除磷工艺4-4同步脱氮除磷工艺一、Bardenpho同步脱氮除磷工艺：各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功能，同时又兼有二、三项辅助功能；脱氮除磷的效果良好。二、A——A——O同步脱氮除磷工艺：工艺流程比较简单；厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌繁殖，无污泥膨胀之虞；无需投药，运行费用低。水力停留时间（h）厌氧反应器0.5~1.0缺氧反应器0.5~1.0好氧反应器3.5~6.0污泥回流比(%)50~100混合液内循环回流比(%)100~300混合液悬浮固体浓度(mg/l)3000~5000F/M(kgBOD5/kgMLSS.d)0.15~0.7好氧反应器内DO浓度(mg/l)³2BOD5/P5~15(以>10为宜)三、UCT工艺四、Phoredox同步脱氮除磷工艺：在缺氧反应器之前再加一座厌氧反应器，以强化磷的释放，从而保证在好氧条件下，有更强的吸收磷的能力，提高除磷效果。4-5生物脱氮除磷的应用实例第2页第十二讲