第7、8、9章 脱氮除磷

.,第7、8、9章脱氮除磷,1污水除磷技术一、化学法除磷,1、石灰沉淀法3HPO42-+5Ca2+4OH-Ca5(OH)(PO4)3+3H2O,.,2、金属盐沉淀法（混凝沉淀）（1）铝盐除磷：Al3+PO43-AlPO4(铝盐：硫酸铝、PAC、NaAlO2)（2）Fe盐除磷：Fe2+、Fe3+FePO4(pH=5时有最小溶解度0.1mg/L),3、结晶法除磷原理：使溶液呈碱性并含有适量Ca2+的含磷废水通过填料结晶床，结晶床具有吸附与其本身结构类似成分的特性，使水中的Ca2+、OH-、PO43-在填料表面富集，形成局部高浓度，离子积大于溶度积，产生结晶沉淀。晶种：磷灰石、骨炭等,均含磷、钙组分。,.,二、生物法除磷,利用微生物代谢磷的生理生化特点而发展起来的生物除磷技术，突出优点：成本低，源于微生物的超量吸磷现象（吸收的磷超过微生物正常生长所需要的磷量）,1、生物除磷原理,聚磷菌磷的释放：在厌氧条件下，聚磷菌在分解体内聚磷酸盐的同时产生三磷酸腺苷(ATP)，聚磷菌利用ATP以主动运输方式将细胞外的有机物摄人细胞内，以聚一羟基丁酸(PHB)及糖原等有机颗粒的形式存储在细胞内。聚磷菌在厌氧条件下释放出的磷，是利用ATP时的水解产物反应式如下：ATP+H2OADP+H3PO4聚磷菌磷的摄取：在好氧条件下，聚磷菌不断摄取并氧化分解有机物、PHB，产生的能量一部分用于磷的吸收和聚磷的合成，一部分则使ADP与H3PO4结合，转化为ATP而储存起来，细菌以聚磷的形式在细胞中储存磷，其量可超过生长所需，这一过程成为聚磷菌磷的摄取。,.,O2,提供能量,磷酸盐,CO2,厌氧条件下,好氧条件下,从能量形式看：,好氧：PHB+ADP+PATP,厌氧：VFA+ATPPHB（聚羟基丁酸）+P,.,聚磷菌在厌氧-好氧交替运行过程中有释磷和吸磷功能，使其在与其他微生物竞争中取得优势。,厌氧：ATP水解获得能量摄取水中的VFA，其他微生物可利用基质减少，不能很好地生长；好氧：过量摄磷，其他微生物得不到足够的有机质和磷酸盐；厌氧-好氧交替环境有利于聚磷菌成为优势菌属；关键：厌氧环境，DO0.2mg/L，无硝态氮，保证磷的释放。,厌氧（anaerobic）条件是指既无分子氧也无氧化态氮(NOx)，以区别于只无分子氧的厌氧或缺氧（anoxic）条件。,.,2、影响因素,（1）BOD负荷与有机物性质BOD/TP15,有机物性质：低分子易吸收，释磷能力强；难降解、大分子有机物释磷能力弱。,（2）DO和NO3-NDO：厌氧区0.2mg/L；好氧区2.0mg/L左右；NO3-：影响聚磷菌代谢（氧化还原电位）；反硝化消耗VFA，与聚磷菌争夺碳源，影响释磷。,.,（3）温度对除磷效果影响较弱，5-30,（4）pH6.5-8.0,（5）泥龄通过排泥(富磷污泥)除磷,排泥量的多少决定系统的脱磷效果,泥龄越短,剩余污泥量越多,除磷效果越好；仅以除磷为目的,宜采用较短的泥龄,同时考虑BOD、COD的去除，一般控制在3.5-7d。,.,3、工艺,大,（1）A/O工艺厌氧HRT：0.5-1.0h；好氧HRT：1.5-2.5h，MLSS2000-4000mg/L,.,.,曝气池（吸磷和除BOD）,二沉池,沉淀池,石灰沉淀池,厌氧释磷池,出水,剩余污泥,冲洗水,石灰和混凝剂,含磷水,剩余化学污泥,直接回流污泥,脱磷回流污泥,进水,（2）Phostrip工艺特点：生物除磷与化学除磷相结合的除磷工艺，效果优于A/O,.,.,优点：出水总磷浓度低，1mg/L；回流污泥磷含量较低，对进水BOD5/TP无特殊限制；大部分磷以石灰污泥沉淀去除，后处理简单；适合对现有工艺的改造。,.,2污水脱氮技术一、物理化学法,1、吹脱法脱氮NH3+H2ONH4+OH-pH越高，NH3比例越高（pH越低，HClO比例越高）pH=7，以NH4+形式存在，pH=11，NH3占90%以上，较高pH下进行吹脱效果较好。,设计参数：水力负荷3-4m3/(m2h)；气水比4000m3/m3（能耗很高）；原水pH10（耗碱，吹脱后pH需回调）；吹脱塔填料高9m（木制或塑料制格子填料，促进空气与水的充分接触）,.,2、折点加氯法脱氮,NH2Cl+NHCl+HOClN2O+4HCl2NH2Cl+HOClN2+3HCl+H2ONH2Cl+NHCl2N2+3H+3Cl-,酸性条件下生成三氯胺，碱性条件下生成硝酸，应对反应pH值加以控制（中性）,.,氨化细菌,硝化菌,缺氧菌,将有机氮化合物分解，转化为氨氮,将氨氮转化为硝酸盐,将NO3-转化为N2,反硝化过程,硝化过程,二、生物脱氮,（一）原理,.,.,1、硝化分为两个过程：（1）亚硝酸化：NH4+-NNO2-N（亚硝酸菌）（2）硝酸化：NO2-NNO3-N（硝酸菌）硝化总反应：NH4+2O2NO3-+2H+H2O+351KJ（放热反应）硝化+合成总反应：P202硝化菌：通过NH4+的氧化获得能量，化能自养菌（可获得能量有限，生长速度慢）,.,特征（1）耗氧：硝化+亚硝化：4.57gO2/gNH4+-N硝化总反应：NH4+2O2NO3-+3H+H2O+351KJ（放热反应）（2）耗碱：7.14g碱度/gNH4+-N为保证硝化过程中pH值的稳定，需补充碱度。,.,2、反硝化缺氧过程，在缺氧条件下，以有机物为电子供体，以硝酸盐为电子受体，放出能量，供反硝化菌利用：缺氧异氧菌反硝化：NO3-N+5H0.5N2+2H2O+OH-短程硝化反硝化：NO2-N+3H0.5N2+H2O+OH-,特征（1）不需氧：缺氧过程（2）产生碱度：3.75g碱度/gNO3-N（3）需有机物（碳源）,甲醇、挥发酸、生活污水等可作碳源（外加碳源）,以反硝化菌自身作为有机物：内源反硝化（速度慢）,.,（二）影响因素,（1）pH值,硝化菌：8.0-8.4（6或9.6，硝化停止），消耗碱度，需通过投加碱度维持；,反硝化菌：6.5-7.5（6或8，反硝化强烈抑制），产生碱度，有助于将pH保持在所需范围内。,（2）DO,硝化：严格好氧，可忍受极限0.5-0.7mg/L，不得低于1mg/L，通常1-2mg/L；,反硝化：兼性菌，既能进行无氧呼吸，也能进行有氧呼吸（优先利用氧气），DO控制在0.5mg/L以下。,.,（3）碳源,硝化：自养菌，BOD20mg/L，BOD过高，异养菌迅速增殖，争夺DO；,反硝化：异养菌，需有机物，当BOD5/TN3-5时，碳源充足；否则需外加碳源（甲醇）。,（4）温度,硝化：适宜20-30，15硝化速率下降；5硝化停止；,反硝化：15-35，10反硝化速率下降；3反硝化停止；30速率下降。,.,（5）泥龄（c）,硝化：c硝化菌最小世代时间（P202表8-1）；,反硝化：与一般好氧异养菌增殖速率差不多。,（6）有毒物质,硝化：高浓度NH4+、重金属、有毒物质、有机物；,反硝化：对有毒物质的敏感性比硝化菌低得多，与一般好氧异养菌相同。,.,（三）生物脱氮的其他理论,1、同步硝化-反硝化（SND）：在同一反应器中同时进行硝化和反硝化宏观环境理论：反应器内水流流态不同，可形成缺氧区域微环境理论：活性污泥絮体内部、生物膜内部存在缺氧区域生物学：许多好氧反硝化菌同时也是异养硝化菌优点：流程简单、碱度自动补偿，占地面积小；缺点：较难控制。,.,2、短程硝化-反硝化：氨氮亚硝酸盐氮（硝酸盐氮）N2供氧：减少25%;反硝化需碳源：节省40%;污泥生成量：50%;碱消耗量、反应时间。,3、厌氧氨氧化（ANAMMOX）在厌氧条件下以NO2-为电子受体由自养菌将NH4+直接氧化为N2NH4+NO2-N2+2H2O,4、好氧反硝化实现同步硝化-反硝化。,.,.,.,（四）生物脱氮工艺,1、三级生物脱氮工艺：P207图8-6,.,2、两级生物脱氮工艺：P208图8-7,.,3、A/O工艺（前置反硝化脱氮工艺）：P209图8-8,特点：（1）流程简单，构筑物少，节省基建费用，占地少；（2）反硝化在前，利用进水中有机物作碳源，节省投加碳源的费用；（3）反硝化在前，产生碱度（3.75g/gNO3-）可补偿硝化对碱度的消耗（7.14g/gNH4+），后续硝化投加碱度降低一半；（4）反硝化在前，消耗进水BOD，减轻好氧池有机负荷，有利于硝化（20mg/L）;（5）好氧池在后，可进一步去除反硝化残留有机物、曝气充氧，改善出水水质。,.,沉淀池,第一缺氧反应器,好氧反应器,第二缺氧反应器,快速好氧反应器,沉淀池,硝化混合液回流,反硝化,去处BOD、硝化,反硝化,去除BOD、充氧,排泥,原污水,排泥,污泥回流,4、Bardenpho工艺（P210图8-10）,.,5、phoredox工艺A2/O工艺等：脱氮除磷工艺,.,3污水同步脱氮除磷技术,1、,.,.,特点：（1）最简单的同步脱氮除磷工艺，总HRT小于其他同类工艺；（2）厌氧、缺氧、好氧交替运行，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀，SVI一般小于100；（3）反硝化不需外加碳源，硝化耗碱部分由反硝化提供，污泥肥效高。,.,问题：（1）混合液回流量不宜太高。过低：如100%,去除率（理论）仅50%；过高：破坏缺氧池缺氧状态，影响反硝化、耗能；（2）受污泥增长的限制，除磷效果较难提高（泥龄与硝化菌矛盾；回流污泥挟带DO及NO3-N，破坏厌氧环境）；（3）沉淀池设计有特殊要求，含磷污泥停留时间不能太长。,.,2、phoredox工艺(改进的Bardenpho工艺),主要问题：回流污泥携带O2、