活性污泥的脱氮除磷原理及应用(精选PPT)

1 富营养化 N P引起 藻类问题 滇池 太湖 2 提高制水成本 应用水 污水消毒时 增加投氯量 3 污水回用填塞管道 NH3 N可促进设备中微生物的繁殖 4 农业灌溉 TN不大于1mg l 否则对农作物有影响 2 氮的存在形式 1 有机氮 2 氨态氮 NH3 N NH4 N 3 NO2 N NO3 N 4 N2 凯式氮 3 二级处理技术的局限性 合成代谢对氮磷的去处率低 水中氮磷过剩nCxHyOz nNH3 n x y 4 z 2 5 O2 C5H7NO2 n n x 5 CO2 n 2 y 4 H2O 13 7活性污泥的脱氮除磷原理及应用 1 氮污染的危害 13 7 1脱氮原理与工艺技术 1 1 原理 一 氮的吹脱去除 1 NH3 H2ONH4 OH PH 7时 以NH4 存在PH 11时 90 NH3存在PH升高 去除NH3上升T上升 去除NH3上升 2 脱氮塔 脱氮塔技术的特点除氮的效果稳定操作简便 容易控制NH3二次污染 可回收 使用CaO易结垢 改用NaOH 水温下降时 效果差 2 水温 水温升高 效率升高 布水状态 滴状下落最好 膜状下落 效果大减 布水负荷率 填料6m高以上时 其值不超过180m m d 气液比 填料6m高以上时 2200 2300以下为好 活性污泥法的传统功能 去除水中溶解性有机物 二 污水生物脱氮原理 3 脱氮塔工作影响因素与设计参数 PH值 PH升高到10 5以上 去除率增加缓慢 1 同化作用 污水生物处理中 一部分氮备同化微生物细胞的组分 按细胞干重计算 微生物中氮的含量约为12 5 3 2 氨化反应与硝化反应 1 氨化反应RCHNH2COOH O2氨化菌RCOOH CO2 NH33 硝化反应 1 硝化过程 4 硝化菌的特点 硝化菌 亚硝酸菌和硝酸菌的统称 硝化菌属于 化能自养菌 革兰氏染色阴性 可生芽孢的短杆状细菌 2 环境因素对硝化反应的影响 硝化菌对环境条件的变化极为敏感 NH4 3 2O2NO2 H2O 2H F 278 42kj NO2 1 2O2NO3 F F 72 27kj 硝化菌 亚硝化菌 5 温度 适应20 30 15 时硝化速度下降 低于5 完全停止 有机物 BOD应低于15 20mg l 污泥龄 SRT 微生物在反应器内的停留时间 c N c Nmin 硝化菌最小的世代时间 c Nmin 重金属机有害物质重金属对硝化反应抑制高浓度NH4 N 高浓度NOx N有机物 络合物阳离子 溶解氧 氧是电子受体 DO不能低于1 0mg l硝化需氧量 NOD 4 57g 氧 g N 碱度 7 1g碱度 以CaCO3计 1g氨态氮 以N计 一般碱度不低于50mg l PH 对PH变化敏感 硝化菌 最佳值8 0 8 4 效率最高 6 反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌 以NO3 N为电子受体 以有机碳为电子供体 不能释放更多的ATP 合成的细胞物质较少 2 反应过程 3 反硝化反应的控制指标 污水中的碳源 BOD5 T N 3 5时 勿需外加外加碳源 CH3OH 反硝化速率高生成CO2 H2O 当BOD5 T N8 或PH 6 反硝化速率下降 碳源 PH值 1 反硝化菌的特点 4 反硝化反应反硝化反应 指NO3 N和NO2 N在反硝化菌的作用下 还原成气态N2的过程 7 2HNO3 2HNO2 2HNO 2NH2OH 2NH3 NO N2 NO3 NO2 NH2OH NO2 N2O 有机体 同化反硝化 N2 异化反硝化 反硝化过程式上式的简化式 同化反硝化 4H 2H 2H2O 2H 2H2O H2O 异化反硝化 图7 14反硝化反应过程 同化反硝化 异化反硝化 4H 4H 2H2O 2H2O 8 表7 4生物脱氮反应过程各项生化反应特征 9 0 5mg l以下 厌氧 好氧交替的环境 如存在氧 会抑制反硝化菌体内硝酸盐还原酶的合成 或氧成为电子受体阻碍硝酸氮的还原 但另一方面 某些酶系统还需有氧才能合成 温度最适宜的温度是20 40 低于15 时代谢速率下降 冬季低温季节提高SRT 降低负荷率 从而提高污水的HRT 1 传统脱氮工艺三级脱氮工艺 氨化由三个反应过程建立硝化反硝化 三 生物脱氮工艺技术 溶解氧 10 11 一级 曝气池 去除COD BOD BOD 15 20mg l有机氮转化为NH3NH4 二级 硝化曝气池 NH3 NH4 生成NO3 N 碱度下降 三级 反硝化池 厌氧 好氧交替运行 投甲醇时 CM 2 47N0 初始NO3 N浓度 1 53N 初始NO2 N浓度 0 87D 初始DO浓度 2 优缺点 去除效果好 各类菌类环境条件好 设备多 造价高 能耗大 1 流程说明 12 3 改进的二级生物脱氮系统BOD去除和硝化两个反应合并 13 2 缺氧 好氧活性污泥法A O工艺 1 工艺特征 80年代开创 前置反硝化 不加碳源 外加碱度 降低负荷 设内循环 产生碱度 3 75mg碱度 mgNO3 N 勿需建后曝气池 回流水含有NO3 N 沉淀池污泥反硝化生成 要提高脱氮率 要增加回流比 2 影响因素与主要工艺参数 水力停留时间 3 1 循环比 200 MLSS值 大于3000mg l 污泥龄 30d N MLSS负荷率 0 03gN gMLSS d 进水总氮浓度 小于30mg l 14 内循环 硝化液循环 原污水 反硝化反应器 缺氧 BOD去除 硝化反应反应器 好氧 碱 沉淀池 处理水 剩余污泥 回流污泥 N2 分建式缺氧 好氧活性污泥脱氮系统 15 16 2 P 0 5mg l 能控制藻类的过度生长 3 P低于0 05mg l时 藻类几乎停止生长 2 磷的存在形式 1 有机磷酸盐 存在有机物和原生质细胞如 葡萄糖 6 磷酸 2 磷酸 甘油 大量胶体和颗粒状 可溶性占30 2 磷酸盐 H2PO4 HPO4 PO43 其中 PO43 正磷酸盐 3 聚磷酸盐 焦磷酸盐 P2O74 三聚磷酸盐 P3O105 偏磷酸盐 PO3 13 7 2除磷技术 一 概述 1 富营养化的限制因素 1 P 0 5mg l 促进富营养化 17 磷 不同于氮 不能形成氧化体和还原体 但有固态和溶解态转化的特点 4 去除方法 化学除磷法 混凝沉淀和晶析法除磷生物除磷法 设想是由Greenburyg于1955年提出的 60年代人们对上述方法广泛应用 3 其他生活污水中的含磷量 10 15mg l 70 为可溶性 经过二级处理进水中 90 左右的磷以磷酸盐存在 18 聚氯化铝 PAC 反应相同与Al2 SO4 3 但pH值不下降 铝酸钠 NaAlO2 化学法除磷 使用Al盐注意事项 注意PH值 介于5 7之间无影响 无需调整 PH降低 应注意排放水对PH的要求 沉淀污泥回流 污泥中有Al OH 3 能提高对磷的去除率 2 铁盐除磷 二 化学除磷 1 金属盐混凝沉淀 1 铝盐除磷Al3 PO43 正磷酸离子 AlPO4 难溶 PH值上升 溶解度上升Al2 SO4 3 2PO43 2AlPO4 3SO42 Al2 SO4 3 6HCO3 2Al OH 3 6CO2 3SO42 19 pH值 如P9 5 原污水PH 11 磷的形式 3 石灰混凝沉淀除磷处理流程由以下三部分组成 快速搅拌池缓慢搅拌池沉淀池 2 除磷效果影响因素 正磷酸盐 PO4 聚磷酸盐 焦磷酸盐 P2O74 三磷酸盐 P3O105 偏磷酸盐 PO3 去除难易程度 原水中Ca2 的浓度 2 石灰混凝除磷 5Ca2 7OH 3H2PO4 Ca5 OH PO4 3 6H2OPH升高 P的含量下降 对数降低的趋势 1 石灰与磷的反应 20 生物除磷 就是利用聚磷菌一类的的微生物 能够过量的 在数量上超过其生理需要 从外部摄取磷 并将磷以聚合形式贮藏在菌体内 形成高磷污泥 排出系统外 达到从废水中除磷的效果 1 生物除磷机理 好氧吸收 聚磷菌对磷的过量吸收 ADP H3PO4 能量ATP H2O 2 厌氧释放厌氧条件下 DO 0 NO3 0 ATP H2OADP H3PO4 能量上述两反应为可逆反应 三 生物除磷原理霍米尔 Holmers 提出活性污泥的化学式C118H170O51N17P或C N P 46 8 1 21 ADP ATP ATP ADP ADP ADP ATP ATP 释放 有机磷 无机磷 聚磷 无机磷 有机磷 聚磷菌 Poly 聚磷菌 合成 降解 PHB PHB 无机物 溶解质 进水 污泥回流 剩余污泥 高磷 厌氧段 好氧段 释放的少 摄取的多 聚磷酸ploy PHB 聚 羟基酸盐生物除磷几乎全为活性污泥法 生物膜法很少 22 在好氧条件下聚磷菌的积累可以简化的方式描述如下 C2H4O2 0 16NH 4 1 2O2 0 2PO3 40 61C5H7NO2 1 2CO2 0 2HPO3 聚磷 0 44OH 1 44H2O在缺氧条件下 C2H4O2 0 16NH 4 0 96NO 3 0 2PO3 40 61C5H7NO2 1 2CO2 0 2HPO3 聚磷 1 4OH 0 96H2O 0 48N2在厌氧条件下 聚磷菌释放磷可以简写如下C2H4O2 HPO3 聚磷 H2O C2H4O2 2 贮存的有机物 H2O PO3 4 23 聚磷菌 甲单胞菌属 气单胞菌属 起主要作用 15 20 不动杆菌属 储存聚磷的能力最强 某些反硝化菌 也能超量吸收磷 发酵产酸菌 将大分子物质降解为低分子脂肪酸类基质 2 生物除磷的影响因素 1 厌氧 好氧条件的交替引入厌氧条件就加强了聚磷菌的优势选择 相当一部分的M由这类菌组成 2 硝酸盐和易降解的有机物 3 温度其影响不如生物脱氮过程明显 5 30的范围内效果均可 4 pH值6 8范围内比较稳定 5 BOD5 TPBOD TP要大于15 才能保证聚磷菌有足够的基质需求 6 污泥龄一般控制在3 5 7天 厌氧段的停留时间不宜过长 24 1 弗斯特利普工艺 1 工艺过程 1 含磷废水进入曝气池同步进入的还有聚磷菌污泥 聚磷菌过量地摄取磷 去除有机物 还能出现硝化作用 2 从曝气池流出的混合也 进入沉淀池 在这里进行泥水分离 含磷污泥沉淀 上清液排放 3 含磷污泥进入除磷池4 含磷上清液进入混合池 投加石灰 化学除磷 四生物除磷工艺 2 弗斯特利普除P工艺的特点 1 出水含磷量低于1mg l 2 SVI值小于100 丝状菌难于增值 污泥不膨胀 3 可根据BOD P调节回流污泥与混凝污泥的比例 25 26 2 厌氧 好氧除磷工艺 An O法 工艺特征 1 流程简单 既不用投药 也无需内循环 有利于好氧 厌氧 状态的保持 2 HRT段 3 6h 3 曝气池SS浓度2700 3000mg l之间 BOD与一般活性污泥法相同 磷的去除率较好 P 1 0mg l 4 沉淀污泥含磷率4 肥效好 5 SVI低于100 易沉淀 不膨胀问题 1 除磷率难以进一步提高 P BOD高时尤其是这样 2 沉淀池产生磷的释放现象 27 释放磷 曝气池 BOD去除吸收磷 原污水 处理水 厌氧 沉淀池 好氧 回流污泥 含磷污泥 剩余污泥 含磷污泥用作肥料 厌氧 好氧除磷工艺流程 n 法 28 一 巴颠普脱氮除磷工艺 第一厌氧反应器首要功能是脱氮第二功能是污泥释放磷 第二厌氧反应器脱氮释放磷 13 7 3同步脱氮除磷技术 去除BOF 第一好氧反应器硝化吸收磷吸收磷 第二好氧反应器硝化去除BOD如沉淀池 主要功能是泥水分离综上 各反应单元都有其首要功能 脱氮 90 除磷率 90 29 30 3 工艺特点 最简单的同步脱氮除磷技术 总的HRT很短 丝状菌不能大量繁殖 好氧 厌氧交替运行 无污泥膨胀之虞 SVI 100 污泥中含磷浓度高 肥效高 勿需投药 两个A段只用轻搅拌 运行费用低 4 缺点 除磷效果很难提高 脱氮效果难于进一步提高 内循环量2Q 不宜太高 进入沉淀池的处理水要保持一定的溶解氧 二 A A O法同步脱氮除磷工艺 1 A A O法工艺流程 厌氧 缺氧 好氧法 70年代 美国人在An O法开发的 2 反应器单元功能 厌氧反应池 释放磷 氨化 有机氮 缺氧反应器 脱氮好氧反应器 去除BOD 硝化 吸收磷 31 厌氧反应池 缺氧反应池 原污水 释放磷氨化 沉淀池 脱氮 回流污泥 含磷污泥 好氧反应池 硝化吸收磷去除BOD 处理水 内循环 2Q N2 图7 23A A O法同步脱氮除磷工艺流程 32 UCT工艺 使缺氧区的NO3 0厌氧段保持严格厌氧 33 13 7 4污水生物脱氮除磷理论与技术传统的废水脱氮除磷工艺存在的问题 1 硝化菌增长速度慢且难以维持高生物浓度 2 系统为维持高生物浓度及良好的脱氮效果 必须同时进行污泥回流和消化液回流 增加动力消耗及运行费用 3 抗冲击里弱 高浓度氨氮和亚硝酸盐进水会抑制硝化菌的生长 最近一些研究表明 生物脱氮过程出现了一些超出人们想想的新现象 如消化过程不仅由自养菌完成 异养菌也可以参与硝化作用 某些微生物在好样的条件下也可以进行反硝化作用 1 SHARON工艺SHARON工艺是由荷兰人提出来的脱氮新方法 主要用于污泥消化池上清液的的处理2 OLADA工艺3 ANMMOX工艺4 De ammonification工艺5 反硝化聚磷工艺 34 1 N Q r R 1 R r Q 100 N 除氮的 r 硝化混合也回流比 为混合液流量与处理污水量的比值 R 沉淀池污泥回流比Q 进水流量对A O而言 要保证 回流比85 总回流比 600 2 氮的氧化还原态厌氧氨氧化NH 羟胺NH2OH 0 硝酸基NOH 亚硝酸基 NO3 A 0系统的除氮与回流关系 35 13 8活性污泥法的发展与新工艺 4 4 1氧化沟1 特点 氧化沟中形成富氧区和缺氧区 可以脱氮除磷