生物脱氮除磷课件(1).ppt

1 第1章概述第2章生物脱氮机理及生物学基础第3章生物除磷机理及生物学基础第4章生物脱氮除磷工艺 污水的生物脱氮除磷技术 2 第1章概述 1 1我国氮磷的污染状况1 2氮磷对水体的危害 3 NH4 NO2 NO3 N2 NxO 硝酸菌 O2碱度 O2碱度 BOD 碱度 有机氮 反硝化菌 有机氮 产生细胞物质 同化作用 厌氧氨氧化 4 第2章生物脱氮机理及生物学基础 2 1生物脱氮机理及生物学基础2 2生物脱氮反应动力学2 3生物脱氮影响因素2 4生物脱氮新理论2 5生物脱氮新工艺 5 2 1生物脱氮机理及生物学基础 2 1 1生物脱氮反应过程2 1 2硝化反应与微生物2 1 3反硝化反应 6 2 1 1生物脱氮反应过程 1 氨化反应 将有机氮转化为氨 2 硝化反应 将氨氧化为亚硝酸盐和硝酸盐 3 反硝化反应 将亚硝酸盐和硝酸盐还原为N2 7 2 1生物脱氮机理及生物学基础 2 1 1生物脱氮反应过程2 1 2硝化反应与微生物2 1 3反硝化反应 8 2 1 2硝化反应与微生物 一 硝化反应微生物二 硝化反应式 9 2 1 2硝化反应与微生物 一 硝化反应与微生物 一 硝化过程 二 对硝化细菌的新认识 10 2 1 2硝化反应与微生物 一 硝化反应与微生物 一 硝化过程与微生物硝化菌由亚硝酸细菌 氨氧化细菌 和硝酸细菌 亚硝酸盐氧化细菌 两个亚群组成 自养型硝化菌都是一些革兰氏阴性菌 硝化时它们以氧作为最终的电子受体 属于严格的好氧菌 1 第一步由亚硝酸菌将氨氮 NH4 和NH3 转化成亚硝酸盐 NO2 2 第二步再由硝酸菌将NO2 氧化成硝酸盐 NO3 11 二 对硝化细菌的新认识硝化细菌属自养型细菌 碳源是CO2 有些自养型硝化细菌能混养 混合营养 生长 以CO2 有机物为碳源 少数可异养生长 亚硝酸细菌 五个属 Nitrosomonas自养 混养 Nitrosococcus自养 混养 Nitrosospira严格自养 Nitrosovibrio自养 混养 Nitrosolobus自养 混养 以氨为唯一能源 自养生长时 以CO2为唯一碳源 混养时 可同化有机物 2 1 2硝化反应与微生物 12 二 对硝化细菌的新认识硝酸细菌 自养型 有些可混养生长 某些菌株能异养生长 Nitrobacter自养 可异养 自养快于异养Nitrococcus严格自养Nitrospina严格自养Nitrospira自养 混养 以NO2 为唯一能源 自养生长时 以CO2为唯一碳源 混养时 可同化有机物 2 1 2硝化反应与微生物 13 2 1 2硝化反应与微生物 一 硝化反应微生物二 硝化反应式 14 2 1 2硝化反应与微生物 二 硝化反应式 一 硝化反应的理论反应式 二 硝化反应的生化反应式 三 硝化反应的化学计量关系 四 硝化反应代谢途径与电子转移数 15 二 硝化反应式 NH3 3 2O2 NO2 H2O H NO2 1 2O2 NO3 NH3 2O2 NO3 H2O H 一 硝化反应的化学反应式 硝化反应耗氧量 NH4 NO3 4 57gO2 gNH4 NNH4 NO2 3 43gO2 gNH4 NNO2 NO3 1 14gO2 gNO2 N 16 二 硝化反应式 NH3 O2 NH2OH 二 硝化反应的生化反应 1 氨氧化为羟氨 氨单加氧酶 NH3 NH2OH NO NO2 NO3 氨单加氧酶 羟胺氧还酶 羟胺氧还酶 亚硝酸盐氧还酶 17 NH2OH H2O HNO2 4H 4e G0 23kJ mol0 5O2 2H 2e H2O G0 137kJ mol 二 硝化反应的生化反应式 2 羟胺氧化为亚硝酸盐 羟胺氧还酶分两步 中间产物为NO NH2OH 0 5O2 HNO2 2H 2e G0 114kJ mol 羟胺氧化所需的氧是由水提供的 18 NO2 H2O NO3 2H 2e G0 83kJ mol0 5O2 2H 2e H2O G0 137kJ mol 二 硝化反应的生化反应式 3 亚硝酸氧化为硝化盐 亚硝酸盐氧还酶 NO2 0 5O2 NO3 G0 54kJ mol 亚硝酸盐氧化所需的氧是由水提供的 19 三 硝化反应的化学计量关系 第一步1 00NH4 1 44O2 0 0496HCO3 0 99NO2 0 01C5H7NO2 0 97H2O 1 99H 第二步1 00NO2 0 50O2 0 031CO2 0 00619NH4 0 124H2O 1 00NO3 0 00619C5H7NO2 0 00619H 细胞物质 C5H7NO2 1 硝化反应生物合成反应式 若考虑硝化细菌新细胞的合成 则反应式为 20 硝化生物合成总反应式 NH4 1 89O2 0 0805CO2 0 984NO3 0 0161C5H7NO2 0 952H2O 1 98H 21 将1gNH3 N氧化为硝酸盐 消耗约4 3gO2中和7 14g碱度利用0 08g无机碳产生0 15g新细胞 2 硝化反应的化学计量关系 消耗氧的计量关系 完全氧化1gNH4 N 需消耗4 25gO2完全氧化生成1gNO3 N 需消耗4 34gO2 22 代谢过程由多种酶催化氨单加氧酶 AMO 羟胺氧还酶 HAO 亚硝酸盐氧还酶 NOR 硝化反应代谢途径 NH4 NH2OH NO NO2 NO3 电子转移数 NH4 氧化为NO2 经历了多个步骤 6个电子变化 说明亚硝酸菌的酶系统十分复杂 亚硝酸氧化反应只经历了1步 2个电子变化 四 硝化反应代谢途径与电子转移数 23 2 1生物脱氮机理及生物学基础 2 1 1生物脱氮反应过程2 1 2硝化反应与微生物2 1 3反硝化反应 24 2 1 3反硝化反应 一 反硝化原理 1 原理与反应 2 反硝化代谢途径 3 参与反硝化代谢的酶 4 反硝化反应化学计量关系二 对反硝化菌的新认识 25 2 1 3反硝化反应 1 原理与反应生物反硝化是指污水中的硝态氮NO3 和亚硝态氮NO2 在无氧或低氧条件下被反硝化细菌还原成氮气的过程 反应式如下 NO3 2H NO2 H2ONO2 3H 1 2N2 H2O OH 总 NO3 5H 1 2N2 2H2O OH 一 反硝化原理 有机物为供氢体 26 反硝化过程中NO2 和NO3 的转化是通过反硝化细菌的异化作用完成的 被还原成N2 同化作用是NO2 和NO3 被还原成NH3 N 用于新细胞的合成 NO3 NO2 NH2OH NH3 NO N2O N2 同化反硝化 合成细胞 异化反硝化 2 反硝化代谢途径 气态 27 1 硝酸盐还原酶NO3 NO2 2 亚硝酸盐还原酶NO2 NO3 NO还原酶NO N2O4 N2O还原酶N2O N2 3 参与反硝化代谢的酶 28 4 反硝化反应化学计量关系 完全还原1gNO3 N2相当于提供了2 86gO2 产生0 45gVSS 产生3 57g碱度 当NO3 N浓度为1mg L以上时 可认为反应速率为零级反应 NO3 5 6CH3OH 5 6CO2 1 2N2 7 6H2O HO 以甲醇为电子供体的反硝化反应式 29 4 反硝化反应化学计量关系 完全还原1gNO3 N2约消耗2 47g甲醇 产生0 45gVSS 产生3 57g碱度 假设水中无NH3 NO3 5 6CH3OH 1 2N2 5 6CO2 7 6H2O HO 以甲醇为电子供体的反硝化反应式 考虑细胞合成 以甲醇为电子供体的反硝化反应式 NO3 1 08CH3OH 0 47N2 0 056C5H7NO2 0 76CO2 1 44H2O HO 30 二 对反硝化菌的认识 反硝化菌是异养兼性厌氧菌反硝化菌的能源 1 化能型 大多数为化能异养型以有机物作为能源和碳源少数化能自养 以氢 氨 硫 硫化氢等无机物为能源 S NO3 H2O SO42 N2 H 2 光能型 光合细菌 有光时 光能异养生长 黑暗条件 化能异养生长 31 第2章生物脱氮机理及生物学基础 2 1生物脱氮机理及生物学基础2 2生物脱氮反应动力学2 3生物脱氮影响因素2 4生物脱氮新理论2 5生物脱氮新工艺 32 2 2生物脱氮反应动力学 2 2 1硝化反应动力学2 2 2反硝化反应动力学 33 硝化反应更接近于莫诺特 Monod 关系式的基本条件 因此 常用莫诺特动力学方程来反映硝化细菌的反应和生长过程 硝化反应中 亚硝酸菌的增值速度控制硝化的总反应速度 一 亚硝酸菌增值速率二 NH4 N氧化反应速率Monod动力学关系三 亚硝酸菌的净增值速度四 硝化的最小污泥龄 2 2 1硝化反应动力学 34 1 亚硝酸菌比增值速度 莫诺特关系式 式中 N 亚硝酸菌的比增殖速度 1 d Nmax 亚硝酸菌的最大比增殖速度 N NH4 N浓度 mg L X 亚硝酸菌浓度 mg L KSN 饱和常数 mg L 一 亚硝酸菌增值速度 2 亚硝酸菌的增殖速度为 式中 亚硝酸菌增殖速度 mg L d 35 3 NH4 N氧化速度 NH4 N比氧化速度 1 d 可用下式表示 NH4 N氧化速度mg L d 式中N NH4 N浓度 mg L X 亚硝酸菌浓度 mg L 36 4 亚硝酸菌产率系数YN 37 二 NH4 N氧化反应Monod动力学关系 38 由以上公式 令 则NH4 N氧化Monod动力学关系式如下 最大氨氮氧化速度 NH4 N氧化速度 NH4 N比氧化速度 39 式中 亚硝酸菌净增殖速度 亚硝酸菌合成速度 亚硝酸菌自身分解速度 1 亚硝酸菌的净增值速度 式中Kd 亚硝酸菌自身分解系数 1 d 三 硝化的最小污泥龄 40 上式各项除X得 式中 亚硝酸菌净比增殖速度 或 将上式代入公式得 g N 41 污泥龄与净比增值速率的关系 得 代入 为了维持硝化菌的数量 设计最小污泥龄 cmin必须满足 设计的固体停留时间 cd应为计算值的1 5 2 5倍 2 硝化的最小污泥龄 42 硝化反应的动力学常数 20 对于污水处理来说 出水氨氮一般较高 可认为是零级反应 25 亚硝酸菌生长速率 硝酸菌 43 2 2生物脱氮反应动力学 2 2 1硝化反应动力学2 2 2反硝化反应动力学 44 2 2 2反硝化反应动力学 当NO3 N浓度为1mg L以上时 可认为反应速率为零级反应 一 反硝化菌比增值速度 莫诺特关系式二 NO3 N的还原反应 莫诺特动力学公式三 反硝化菌的净增殖速度四 反硝化菌的污泥龄 在反硝化反应时 硝酸盐为单一的物质 所以反硝化反应符合莫诺特关系 因此 用莫诺特 Monod 动力学方程来反映反硝化细菌的反应和生长过程 45 D 反硝化菌的比增殖速度 1 d Dmax 反硝化菌的最大比增殖速度 1 d D NO3 N浓度 mg L X 反硝化菌浓度 mg L KSD 饱和常数 mg L 一 反硝化菌比增值速度 莫诺特关系式 1 反硝化菌比增值速度 莫诺特关系式 式中 反硝化菌的增殖速度 mg L d 2 反硝化菌的增殖速度 46 NO3 N的还原速率mg L d NO3 N的比还原速率1 d 3 NO3 N的还原速度 NO3 N的还原速度可用下式表示 D NO3 N浓度 mg L X 反硝化菌浓度 mg L 47 4 反硝化菌的产率系数 48 NO3 N的还原速度如下 二 NO3 N的还原反应莫诺特动力学公式 NO3 N还原速率 NO3 N比还原速率 49 令 则 NO3 N还原反应莫诺特动力学公式如下 NO3 N还原速率 NO3 N比还原速率 50 反硝化菌净增殖速度 反硝化菌总增殖速度 三 反硝化菌的净增殖速度 反硝化菌自身分解速度 反硝化菌自身分解系数 1 d 51 反硝化菌净比增殖速度 令 将上式带入净增殖速率公式 同时各项除以X 得反硝化菌净比增殖速度 52 得出 根据 美国环保局提出 反硝化过程中反硝化菌自身分解系数Kd 0 04d 1 四 反硝化菌的污泥龄 代入 最小污泥龄 53 第2章生物脱氮机理及生物学基础 2 1生物脱氮机理及生物学基础2 2生物脱氮反应动力学2 3生物脱氮影响因素2 4生物脱氮新理论2 5生物脱氮新工艺 54 2 3生物脱氮影响因素 2 3 1硝化反应的影响因素2 3 2反硝化反应的影响因素 55 1 温度 2 溶解氧 3 pH 4 碱度 5 抑制性物质 6 污泥负荷 7 生物固体停留时间 2 3 1硝化反应的影响因素 56 1 温度 一般认为 可在4 45 范围内进行 但目前的试验结果表明 即使在0 5 4 下 仍发生硝化反应 硝化菌比增长速度与温度 T 的经验关系 硝化菌自身分解系数与温度 T 的经验关系 则污泥龄 57 亚硝酸菌的净比增殖速度 gT 与水温的关系 在水温T为20 15 10 时 固体停留时间应分别大于3 1d 5 6d 9 9d 58 硝化菌各属生存温度范围 59 2 溶解氧 DO 2mg L 3 pH值 最佳pH范围为7 8 也有资料显示为8 9 当pH降到5 5 5以下时 硝化反应几乎停止 4 碱度对pH变化起缓冲作用 每氧化1g氨氮需消耗7 14g碱度 以CaCO3计 60 5 抑制性物质 重金属 酚 游离氨等游离氨的抑制浓度 亚硝酸菌10 150mg L硝酸菌0 1 1mg L 61 NaClO3在0 02mol的浓度下仅抑制硝酸细菌对NO2 的氧化反应 在较短的时间内 30min 对其它生物反应基本不抑制 烯丙基硫脲可以抑制亚硝酸菌的活性 在5mg L的浓度下能完全抑制亚硝酸菌对氨氮的氧化反应 抑制剂 硝化反应的抑制剂为氯酸钠 NaClO3 抑制NO2 的氧化 烯丙基硫脲 allylthiourea 简称ATU 抑制氨氮的氧化 烯丙基硫脲 NH4 NO2 NaClO3 NO2 NO3 抑制 抑制 62 6 污泥负荷 污泥有机负荷kgBOD kgMLSS d 污泥氨氮负荷kgNH3 N kgMLSS d 当处理高NH3 N水时 应采用氨氮负荷进行设计或校核 要达到较低的出水氨氮 0 07kgNH3 N kgMLSS d 63 固体停留时间 cd的经验公式 美国环境保护局 EPA 建议的 cd公式 日本下水道协会建议的 cd公式 7 生物固体停留时间 T 水温 64 亚硝酸菌的净比增殖速度 gT 与水温的关系 65 2 3生物脱氮影响因素 2 3 1硝化反应的影响因素2 3 2反硝化反应的影响因素 66 2 3 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 pH 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 溶解氧 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 温度 最适宜温度为20 40 C 低于15 C其反应速率将大为降低 67 式中 温度为T 时反硝化速度 gNO3 N gVSS d 温度为20 时反硝化速度 gNO3 N gVSS d T 混合液温度 温度修正系数 一般 1 03 1 15 温度对反硝化速度K的影响 68 第2章生物脱氮机理及生物学基础 2 1生物脱氮机理及生物学基础2 2生物脱氮反应动力学2 3生物脱氮影响因素2 4生物脱氮新理论2 5生物脱氮新工艺 69 2 4生物脱氮新理论 亚硝酸菌电子受体与电子供体多样性正常时 以氧为电子受体 氨为电子供体 低氧时 同时以氧和亚硝酸盐为电子受体 无氧时 以亚硝酸盐为电子受体 以亚硝酸盐为电子受体时 能利用氢 氨 有机物为电子供体 硝酸菌随环境条件变化而进行不同的呼吸正常时 以氧为电子受体 亚硝酸盐为电子供体进行好氧呼吸 无氧时 以硝酸盐为电子受体 有机物为电子供体进行厌氧呼吸 厌氧氨氧化菌的发现 70 2 4生物脱氮新理论 2 4 1短程硝化 反硝化2 4 2厌氧氨氧化 自养脱氮 71 什么是短程 相对全程而言 为什么要短程 2 4 1短程硝化 反硝化 该原理仍符合传统的硝化 反硝化脱氮理论 只不过是少走了 一段路 72 2 4 1短程硝化 反硝化 关键是控制硝化反应 使NO2 积累 如何控制 改变pH 抑制亚硝酸盐的氧化 通过控制温度 30 和污泥龄 来淘汰硝酸菌 在絮体内创建缺氧条件 限制硝酸菌的生长 提高游离氨浓度 抑制硝酸菌 73 短程硝化 反硝化优点 可节省氧供应量约25 降低能耗 节省反硝化所需碳源的40 减少污泥生成量可达50 减少投碱量 缩短反应时间和减小反应器容积 74 2 4生物脱氮新理论 2 4 1短程硝化 反硝化2 4 2厌氧氨氧化 自养脱氮 75 2 4 2厌氧氨氧化 一 什么是厌氧氨氧化 以亚硝酸盐为氧化剂将氨氧化为N2的生物反应 以氨为电子供体将亚硝酸盐还原成N2的生物反应 厌氧氨氧化菌 自养型细菌 无O2条件 氨与亚硝酸盐同时存在 ANAMMOX anaerobicammoniaoxidation由荷兰Delft大学的GistBrocades在试验中发现 NH4 NO2 N2 76 NH3 NH2OH NO2 N2H4 N2H2 N2 NO3 2 H 2 H ANAMMOX工艺中N的转化途径 二 厌氧氨氧化反应机理模式图 77 2 4 2厌氧氨氧化 厌氧条件下 每减少1molNH3 消耗约1 3molNO3 产生约0 2molNO3 产生约1 0molN2 三 厌氧氨氧化生物反应表达式及计量关系 厌氧氨氧化反应化学计量关系 NH4 1 31NO2 0 0425CO2 1 045N2 0 22NO3 78 第2章生物脱氮机理及生物学基础 2 1生物脱氮机理及生物学基础2 2生物脱氮反应动力学2 3生物脱氮影响因素2 4生物脱氮新理论2 5生物脱氮新工艺 79 2 5新型生物脱氮工艺 2 5 1Sharon工艺2 5 2厌氧氨氧化 Anammox 工艺2 5 3好氧脱氨工艺2 5 4Canon工艺2 5 5Oland工艺 基于短程硝化 好氧自养脱氮 80 Sharon singlereactorhighactivityammoniaremovalovernitrite 短程硝化 反硝化工艺 2 5 1Sharon工艺 一 工艺特点 在一个反应器中完成 短程硝化和反硝化 连续流 反应器内不持留活性污泥 采用较高的工作温度 30 40 反硝化过程按传统反硝化反应进行 81 核心是实现短程硝化 硝化过程终止于亚硝酸盐阶段 同时促使氨氧化过程顺利进行 系统淘汰硝酸细菌或抑制其生长 保留亚硝酸菌并提高其生长速率 二 Sharon工艺的技术要点 1 控制温度 2 控制pH 3 控制DO 4 控制污泥龄 5 控制基质浓度和负荷 82 三 SHARON用于污水厂的改造 消化液脱氮 83 SHARON 甲醇贮罐 84 85 2 5新型生物脱氮工艺 2 5 1Sharon工艺2 5 2厌氧氨氧化 Anammox 工艺2 5 3好氧脱氨工艺2 5 4Canon工艺2 5 5Oland工艺 86 碳源严重不足的高浓度氨氮废水首先将部分氨氮氧化成NO2 与短程硝化反应器组合 短程硝化 Anammox脱氮工艺 2 5 2厌氧氨氧化 Anammox 脱氮组合工艺 87 厌氧氨氧化脱氮组合工艺 一 高浓度氨氮废水先利用Sharon工艺将部分氨氮转化为NO2 SHARON ANAMMOX 氨氮 约50 NO2 N2 约50 NH4 HRT 1dT 30 40 pH 6 6 7 0 88 SHARON 图片来源于TUDelft 89 厌氧氨氧化脱氮组合工艺 二 先进行短程硝化 将氨氮转化为NO2 90 2 5新型生物脱氮工艺 2 5 1Sharon工艺2 5 2厌氧氨氧化 Anammox 工艺2 5 3好氧脱氨工艺2 5 4Canon工艺2 5 5Oland工艺 91 Aerobicdeammonification1997年首先由德国Hannover大学提出 2 5 3好氧脱氨工艺 理论依据 一些硝化细菌既能进行硝化作用 还能进行反硝化作用 一些反硝化细菌既能在无氧条件下进行正常反硝化 还能在有氧条件下进行反硝化 氧受限制时 同时以氧与硝酸盐为电子受体 一些细菌彼此合作 进行序列反应 把氨转化为N2 特点 在一个好氧反应器中完成脱氮 氨 生物膜表层发生好氧硝化反应 生物膜内层发生多种途径的NO2 还原反应 92 2 5新型生物脱氮工艺 2 5 1Sharon工艺2 5 2厌氧氨氧化 Anammox 工艺2 5 3好氧脱氨工艺2 5 4Canon工艺2 5 5Oland工艺 93 Cannon completelyautotrophicnitrogenremovalovernitrite 2002年首先由荷兰Delft工业大学提出 2 5 4Canon工艺 依据 亚硝酸细菌在有氧条件下把氨氧化成亚硝酸盐 厌氧氨氧化菌在无氧条件下把氨和亚硝酸盐转化成N2 利用亚硝酸菌和厌氧氨氧化菌的协同作用 Cannon反应 亚硝酸菌和厌氧氨氧化菌均为自养型 无需外源有机物 可完全无机 低氧环境下运行 94 Canon特点 自养型脱氮 由亚硝酸菌和厌氧氨氧化菌协同完成 一个曝气反应器中完成 控制DO 低氧状态 多采用生物膜法 生物膜表面发生短程硝化反应 生物膜内层发生厌氧氨氧化反应 95 2 5新型生物脱氮工艺 2 5 1Sharon工艺2 5 2厌氧氨氧化 Anammox 工艺2 5 3好氧脱氨工艺2 5 4Canon工艺2 5 5Oland工艺 96 Oland Oxygen limitedautotrophicnitrification denitrification 氧限制自养型硝化 反硝化工艺1998年首先由比利时Ghent大学提出 2 5 5Oland工艺 依据 在限制供氧的条件下 自养型的亚硝酸细菌将以氧为电子受体 把部分氨氧化成亚硝酸盐 然后 再以氨作为电子供体 把亚硝酸盐还原为N2 即氧限制自养型硝化 反硝化 特点 由亚硝酸菌单独作用完成脱氮 自养脱氮 一个曝气反应器中完成 97 生物膜好氧短程脱氨 氮 反应模式 N2NH4 NH4 N2 NH4 NO2 N2NO2 NH4 N2 反硝化 水相 好氧层 缺氧层 载体 厌氧氨氧化 98 第3章生物除磷机理及生物学基础 3 1概述3 2生物除磷机理及生物学基础3 3生物除磷反应动力学3 4影响生物除磷的主要影响因素3 5生物除磷新理论 99 GB18918 2002城镇污水处理厂污染物排放标准 P mg L 常规活性污泥法的微生物同化和吸附 污泥含磷量1 2 如何去除以达到排放标准 生物强化除磷 投加化学药剂除磷 3 1概述 一 磷的排放标准及去除方法 100 同化 微生物从水中摄取一定量的磷来满足其生理需要 从而去除部分磷 3 1概述 如果还不能满足排放标准 就必须借助化学法除磷 BOD N P 生物强化除磷一类特殊的细菌 聚磷细菌 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 生物除磷工艺仍以活性污泥法为主 系统排除的剩余污泥中磷含量占干重5 6 一 磷的排放标准及去除方法 101 二 生物除磷的发展历程 1955年 Greenburg发现活性污泥系统中磷消耗量超过细胞正常生长所需量 推断存在磷的过量吸收 1959年 Srinarh和Alarcon最先报道了污水厂污泥生物除磷的现象 未能解释该现象 1965年 Levin和Shapiro指出磷的过量吸收与微生物代谢密切相关 发现一些细胞中形成异染颗粒 添加抑制剂后 磷的吸收停止 1967年 Levin和Shapiro发现了活性污泥在好氧下吸磷 厌氧条件下放磷 70年代 Arizona大学的一个研究组分离出了除磷菌 为揭示生物除磷机理奠定了基础 以后 生物除磷技术得到迅速发展 相继产生了一系列工艺 3 1概述 102 第3章生物除磷机理及生物学基础 3 1概述3 2生物除磷机理及生物学基础3 3生物除磷反应动力学3 4影响生物除磷的主要影响因素3 5生物除磷新理论 103 3 2生物除磷机理及生物学基础 一 生物除磷机理二 生物除磷的主要影响因素 104 一 生物除磷机理 生物除磷的主体 一类聚磷菌 除磷菌 积磷菌 什么是生物除磷 定义 首先让聚磷菌在厌氧条件下释放磷 然后在有 好 氧条件下过量吸收磷 使污水中的磷最终转移到污泥中排出 注意 两个过程需要的环境条件 3 2生物除磷原理 1 聚磷菌除磷的生化过程和环境条件 环境条件决定生化过程 必须经历两个过程 聚磷菌释放磷 厌氧环境聚磷菌过量摄取磷 好氧环境 超出生理需要 摄取量大于释放量 105 聚磷菌厌氧释放磷 在厌氧条件下 聚磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生能量 将废水中的易降解有机物摄入细胞内 以聚 羟基丁酸 PHB 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盐排出体外 释放 1 聚磷菌除磷的生化过程和环境条件 好氧条件下摄磷量 厌氧条件下释磷量 将富磷剩余污泥排出系统而达到除磷的目的 聚磷菌好氧过量摄取磷 好氧条件下 聚磷菌氧化分解体内贮存的聚 羟基丁酸 PHB 并释放大量能量 用于细胞增殖和摄取废水中的磷 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 2生物除磷原理 对两个过程的描述 106 2 生物除磷物质转化示意图 107 第3章生物除磷机理及生物学基础 3 1概述3 2生物除磷机理及生物学基础3 3生物除磷反应动力学3 4影响生物除磷的主要影响因素3 5生物除磷新理论 108 3 3生物除磷反应动力学 3 3 1生物除磷反应式3 3 2厌氧阶段吸收乙酸动力学关系3 3 3好氧阶段磷酸盐的吸收动力学 109 在好氧条件下 聚磷的积累可按下式表示 在厌氧条件下 聚磷的分解可按下式表示 3 3 1生物除磷反应式 110 式中qHAC 乙酸的吸收速度 mg L d KHAC 乙酸的最大吸收速度 1 d SHAC 乙酸浓度 mg L XP 聚磷菌浓度 mg L KSHAC 饱和常数 mg L 厌氧阶段 吸收乙酸动力学关系用Monod方程描述 3 3 2厌氧阶段吸收乙酸动力学关系 111 式中qP 磷酸盐吸收速度 mg L d SP 磷酸盐浓度 mg L Pmax聚磷菌的最大比增殖速度 1 d XP 聚磷菌浓度 YP 聚磷菌最大产率系数 KSP 饱和常数 mg L 磷酸盐的最大比吸收速度 1 d 好氧阶段 磷酸盐的吸收动力学用Monod方程描述 3 3 3好氧阶段磷酸盐的吸收动力学 112 20 时生物除磷反应动力学常数 113 第3章生物除磷机理及生物学基础 3 1概述3 2生物除磷机理及生物学基础3 3生物除磷反应动力学3 4影响生物除磷的主要影响因素3 5生物除磷新理论 114 以下条件十分重要 a 厌氧 好氧的交替条件 b 厌氧段不能存在O2 c 厌氧阶段不存在硝酸盐 化合态氧 反硝化需要利用易降解有机碳 使易降解有机碳量减少 聚磷菌得不到充足的易降解有机碳 使磷的去除量减少 从而影