环境工程废水的脱氮除磷生物法市公开课获奖课件

1、 废水脱氮除磷第1页第1页氨化反应： 新鲜污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在，另外也含有少数氨态氮如NH3及NH4+等。 微生物分解有机氮化合物产生氨过程称为氨化作用，诸多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，其中分解能力强并释放出氨微生物称为氨化微生物，在氨化微生物作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮，以氨基酸为例：第2页第2页 硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-过程。 总反应式为： 硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件改变较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。硝化

2、反应：第3页第3页硝化过程影响原因： （a）好氧环境条件，并保持一定碱度：硝化菌为了取得足够能量用于生长，必须氧化大量NH3和NO2-，氧是硝化反应电子受体，反应器内溶解氧含量高下，必将影响硝化反应进程，在硝化反应曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg/L，多数学者提议溶解氧应保持在1.22.0mg/L。 在硝化反应过程中，释放H+，使pH下降，硝化菌对pH改变十分敏感，为保持适宜pH，应当在污水中保持足够碱度，以调整pH改变，lg氨态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）7.14g。对硝化菌适宜pH为8.08.4。 第4页第4页硝化过程影响原因： （b）混合液中有机物含量不应过高：硝化菌

3、是自养菌，有机基质浓度并不是它增殖限制原因，若BOD值过高，将使增殖速度较快异养型细菌快速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。 （c）硝化反应适宜温度是2030，15下列时，硝化反应速度下降，5时完全停止。第5页第5页硝化过程影响原因： （d）硝化菌在反应器内停留时间，即生物固体平均停留时间（污泥龄）SRTn，必须不小于其最小世代时间，不然将使硝化菌从系统中流失殆尽，普通认为硝化菌最小世代时间在适宜温度条件下为3d。SRTn值与温度密切相关，温度低，SRTn取值应相应明显提升。 （e）除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生克制作用物质尚有高浓度NH4-N、高浓度NOx-N、高浓度有机基质、部

4、分有机物以及络合阳离子等。第6页第6页 反硝化反应是指在无氧条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气过程。 反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O2为电子进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在时，则以NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。 总反应式为：反硝化反应：第7页第7页 在反硝化菌代谢活动同时，伴伴随反硝化菌生长繁殖，即菌体合成过程，反应下列：式中：C5H7O2N为反硝化微生物化学构成。 反硝化还原和微生物合成总反应式为： 从以上过程可知，约96NO3-N经异化过程还原，4经同化过程合成微生物。第8页第8页反

5、硝化过程影响原因： （a）碳源：能为反硝化菌所利用碳源较多，从污水生物脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水中所含碳源，对于都市污水，当原污水BOD5/TKN35时,即可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），由于甲醇被分解后产物为CO2和H2O，不留任何难降解中间产物；三是利用微生物组织进行内源反硝化。 （b）pH：对反硝化反应，最适宜pH是6.57.5。pH高于8或低于6，反硝化速率将大为下降。第9页第9页反硝化过程影响原因： （c）溶解氧浓度：反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子条件下，它们能够利用这些离子中氧进行呼吸，使硝酸盐还原。另一方面，反

6、硝化菌体内某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才干够合成。这样，反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替条件下进行，溶解氧应控制在0.5 mg/L下列。 （d）温度：反硝化反应最适宜温度是2040，低于15反硝化反应速率最低。为了保持一定反硝化速率，在冬季低温季节，可采用如下措施：提高生物固体平均停留时间；减少负荷率；提高污水水力停留时间。第10页第10页 在反硝化反应中，最大问题就是污水中可用于反硝化有机碳多少及其可生化程度。碳源原水中含有有机碳外加碳源，多用甲醇内源呼吸碳源细菌体内原生物质及其贮存有机物第11页第11页(2) 生物脱氮工艺（a）三段生物脱氮工艺： 将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立

7、开来，每一部分都有其自己沉淀池和各自独立污泥回流系统。第12页第12页（b）Bardenpho生物脱氮工艺： 设置两个缺氧段，第一段利用原水中有机物为碳源和第一好氧池中回流含有硝态氮混合液进行反硝化反应。 为进一步提升脱氮效率，废水进入第二段反硝化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。 曝气池用于吹脱废水中氮气，提升污泥沉降性能，预防在二沉池发生污泥上出现象。第13页第13页第14页第14页（c）缺氧好氧生物脱氮工艺： 该工艺将反硝化段设置在系统前面，又称前置式反硝化生物脱氮系统。 反硝化反应以水中有机物为碳源，曝气池中含有大量硝酸盐回流混合液，在缺氧池中进行反硝化脱氮。缺氧-好氧生物脱氮工艺第

8、15页第15页 磷也是有机物中一个主要元素，是仅次于氮微生物生长主要元素。 磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。 危害：增进藻类等浮游生物繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质快速恶化，危害水产资源。含磷化合物有机磷有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等无机磷磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-) 、 磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐(PO3-)聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74) 、三磷酸盐(P3O105-)、 三磷酸氢盐(HP3O92-) 二、污水中磷清除第16页第16页普通都市污水水质与排放要求 常规活性污泥法微生物同化和吸附；项 目进水水质/（mgL-

9、1）国家排放原则/（mgL-1）一级A一级BCODcr2503005060BOD51001501020SS1502001020TKN(NH3-N)35（25）5（8）8（15）TP5611.5 如何清除以达到排放原则？ 生物强化除磷； 投加化学药剂除磷。第17页第17页常规活性污泥法微生物同化和吸附 普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重1.5%2.0%，通过同化作用可清除磷12%20%。 生物强化除磷工艺能够使得系统排除剩余污泥中磷含量占到干重5%6%。生物强化除磷工艺 假如还不能满足排放原则，就必须借助化学法除磷。第18页第18页生物强化除磷工艺 利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对

10、污水中溶解性磷酸盐过量吸取作用，然后沉淀分离而除磷。 污水中有机物在厌氧发酵产酸菌作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中聚磷菌在厌氧不利状态下，将体内积聚聚磷分解，分解产生能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌积极吸取乙酸苷转化为PHB(聚-羟基丁酸)形态储藏于体内。 聚磷分解形成无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。厌氧环境中：第19页第19页 进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其积极吸取污水中磷酸盐，以聚磷形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。 剩余污泥中包括过量吸取磷聚磷菌，也就是从污水中清除含磷物质。 普通活性污泥法通过同化作用除磷

11、率能够达到12%20%。而具生物除磷功效处理系统排放剩余污泥中含磷量能够占到干重5%6%，清除率基本可满足排放要求。好氧环境中：第20页第20页生物除磷机理第21页第21页 （1）厌氧环境条件： （a）氧化还原电位：Barnard、Shapiro等人研究发觉，在批式试验中，反硝化完毕后，ORP忽然下降，随后开始放磷，放磷时ORP普通小于100mV； （b）溶解氧浓度：厌氧区如存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质； （c）NOx-浓度：产酸菌利用NOx- 作为电子受体，克制厌氧发酵过程，反硝化时消耗易生物降解有机质。生物除磷影响原

12、因：第22页第22页 （2）有机物浓度及可利用性：碳源性质对吸放磷及其速率影响极大，老式水质指标很难反应有机物构成和性质，ASM模型对其进一步划分为： （a）1987年发展ASM1: CODtot=SS+SI+XS+XI （b）1995年发展ASM2: 溶解性与颗粒性：SA+SF+SI+XSXI S表示溶解性组分，X表示颗粒性组分；下标S溶解性，I惰性，A发酵产物，F可发酵易生物降解。生物除磷影响原因：第23页第23页 （3）污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量，污泥龄越长，污泥含磷量越低，清除单位质量磷须同时耗用更多BOD。 Rensink和Ermel研究了污泥龄对除磷影响，结果表明：

13、SRT=30d时，除磷效果40%；SRT=17d时，除磷效果50%；SRT=5d天时，除磷效果87%。 同时脱氮除磷系统应处理好泥龄矛盾。生物除磷影响原因：第24页第24页 （4）pH：与常规生物处理相同，生物除磷系统适当pH为中性和微碱性，不适当时应调整。生物除磷影响原因： （5）温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快；温度低时应适当延长厌氧区停留时间或投加外源VFA。 （6）其它：影响系统除磷效果尚有污泥沉降性能和剩余污泥处置办法等。第25页第25页 (1) A/O法是由厌氧池和好氧池构成同时清除污水中有机污染物及磷处理系统。厌氧-好氧除磷工艺流程三、 生物除磷及生物脱氮除磷工艺1.A/O生物除磷工艺第26页第26页(2) Phostrip清除磷工艺流程：第27页第27页三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺2. A2/O工艺A2/O工艺基本流程第28页第28页进水沉淀池厌氧池缺氧池好氧池剩余污泥出水内回流污泥回流进气