生物脱氮除磷技术总结ppt课件.ppt

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 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 C60H87O23N12P 1 5 微生物的碳源食谱 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pHe 高浓度硫化氢 设置预曝气池 30 60min 1 10 原生动物的分类 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 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1000mg L 所需气水比约20 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 微生物抑制浓度10g L 1 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 COD 5 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 phosphateAccumulatingOrganisms 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 TP 202 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 5 7 0d6 HRT 厌氧池 40min 好氧池 4h 2 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 硝酸盐还原菌 硫酸盐还原菌 PAO 3 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 N2 1 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 PAO 3 4 硝化微生物 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 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 0 8 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 BOD5 5 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100mg 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