生物脫氮除磷原理及工藝

1、生物脫氮除磷原理及工藝生物脫氮基本原理概述 廢水中的氮一般以有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等四種形態(tài)存在。其中有機氮占生活污水含氮量的40%60%，氨氮占50%60%，亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮僅占0%5%。因此在傳統(tǒng)的生物處理中將 氨化菌 硝化菌 有機氮 氨氮 亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮 反硝化菌 氮氣硝化過程反硝化過程硝化反硝化生物脫氮過程是一個矛盾統(tǒng)一體。硝化反應需要好氧條件和較長污泥齡的硝化菌，而反硝化反應則需要缺氧條件和較短污泥齡的反硝化菌 在大量有機物存在時 硝化菌對氧氣和營養(yǎng)物質的競爭不如好氧異養(yǎng)菌 不利于硝化反應 而反硝化菌需要有機物作為電子供體來完成脫氮的過程 解決這些矛盾將會提高生物脫

2、氮工藝的高效性和穩(wěn)定性硝化反應動力學maxNNNSKSmaxNNNNobsNSrrYKS反硝化反應動力學DmaxDDSKSmaxDNDNDNDNobsDNSrrYKS1DNobsDNDNDNYqb00max0DNDNDNSSSrrKSKS生物除磷的原理生物除磷動力學32423224242()3C H OHPOH OC H OPOH32424245722320.161.20.20.161.20.20.441.44C H ONHOPOC H NOCOHPOOHH O厭氧條件下，PAO對有機物降解和磷的釋放：好氧條件下，PAO對有機物的降解和對磷的過量攝?。?4,HACPRHACPAOHAC POH

3、ACS HACSrKXSK3344333444max,POPOmax,POPO,POPUPAOSSrXYSK脫氮除磷工藝概述傳統(tǒng)的脫氮工藝An/O工藝該工藝是Barnard 于1973 年Ludzack-Ettinger 工藝的改進，能夠較好的適應現(xiàn)有的活性污泥系統(tǒng)，較易實現(xiàn)常規(guī)出水標準（TN10mg/L）Bardenpho工藝SND工藝SND優(yōu)點流程簡單，操作運行管理方便硝化反硝化在同一個反應器中進行，無需混合液回流可將進水點設置在反硝化區(qū)，省去對外加碳源的投加。厭氧氨氧化（ANAMMOX）原理厭氧氨氧化 anaerobicammoniumoxidation ANAMMOX 工藝于 1900

4、 年由荷蘭 Delft 技術大學研究開發(fā) 該工藝是厭氧條件下 微生物以氨氮為電子供體 亞硝酸氮或硝酸氮為電子受體 發(fā)生生化反應 生成氮氣 該工藝無需外加碳源 供氧以及額外投加酸堿中和試劑 而且能耗低 運行費用較少 同時還避免了因投加中和試劑可能造成的二次污染典型的厭氧氨氧化處理工藝有 SHARON-ANAMMOX 工藝和 CANON 工藝A/O除磷工藝該工藝是Spector于1975年發(fā)現(xiàn)的，該工藝不僅具有除磷效果，還可以有效的抑制絲狀菌膨脹。并于1977年獲得專利。A/O除磷工藝特性曲線A/O工藝運行特點適合在高負荷短泥齡的情況下運行。TP/BOD5較低時較適宜對進水的小分子底物較少時，將影

5、響其對磷的釋放，進而影響到好氧段對磷的吸收。剩余污泥的磷含量較高。在污泥濃縮和消化過程中，部分磷會回到上清液中。所以對上清液一般要返回工藝進行處理。當進水水質波動較大時，會對磷的釋放產生一定影響，進而影響到除磷的效果。同步生物脫氮除磷工藝除磷脫氮工藝在涉及泥齡上存在矛盾：首先，除磷需要泥齡短。生物除磷主要靠排出剩余污泥而帶走磷，因此，如要除磷效率高，就必須加大污泥排泥量。 其次，脫氮需要泥齡長。 脫氮的關鍵步驟是硝化，消化過程不充分，則無法提高脫氮效率。但是，硝化菌（包括亞消化菌）是一類增值速度較慢的微生物，所需要的世代時間比較長，通常需要 35d，因此在泥齡短的系統(tǒng)中，硝化菌量極少。A2/O

6、工藝連續(xù)流脫氮除磷工藝的發(fā)展主要是圍繞著在同一污水處理系統(tǒng)中實現(xiàn)脫氮與除磷同時存在的矛盾中展開的。最初，脫氮和除磷是在不同的生物處理工藝中實現(xiàn)的。1972 年， Barnard 在研究缺氧、好氧交替進行的Bardenpho 脫氮工藝時發(fā)現(xiàn)廢水中的磷也得以高效率的去除。于是，他在流程之初增加了一個厭氧區(qū)，提出同時實現(xiàn)脫氮除磷的 Phoredox 工藝，它的簡化流程就是A2/O。A2/O工藝流程圖A2/O工藝運行特性曲線A2/O工藝優(yōu)缺點在厭氧、缺氧和好氧交替運行的條件下可抑制絲狀菌繁殖，克服污泥膨脹，SVI值一般小于100，有利于處理污水與污泥的分離，運行中在厭氧和缺氧段內只需輕緩攪拌，運行費用

7、低。厭氧、缺氧和好氧三個區(qū)段嚴格分開，有利于不同微生物菌群的繁殖生長，減少了各功能區(qū)微生物的相互影響。厭氧環(huán)境下反硝化與釋磷對碳源的競爭反硝化效果受到碳源量的限制，大量的未被反硝化的硝酸鹽隨回流污泥進入厭氧區(qū)，干擾厭氧釋磷的正常進行。UCT工藝為了改善城市污水脫氮除磷系統(tǒng)在進水碳源不足時的處理效果，研究者們進行了大量的工藝改進。改進污泥回流路線或增加反硝化環(huán)節(jié)，以控制厭氧區(qū)回流污泥中的硝酸鹽含量南非 CateTown 大學的 UCT 工藝將 A2/O 中的污泥回流由厭氧區(qū)改到缺氧區(qū)，使污泥經反硝化后再回流至厭氧區(qū)，減少了回流污泥中硝酸鹽含量UTC工藝流程圖改良型UCT工藝-MUCT與 A2/O

8、 工藝相比，在適當的 COD/TKN 比例下，缺氧區(qū)的反硝化可使厭氧區(qū)回流污泥中硝酸鹽含量接近于0。 當進水 COD/TKN 較高時，缺氧區(qū)無法實現(xiàn)完全的脫氮，仍有部分硝酸鹽進入厭氧區(qū)，因此又產生改進UCT 工藝（MUCT）MUCT 工藝有兩個缺氧池，前一個接受二沉池回流污泥，后一個接受好氧區(qū)硝化混合液，使污泥的脫氮與混合液的脫氮分開，進一步減少硝酸鹽進入厭氧區(qū)的可能。MUCT工藝流程圖JHB工藝JHB 工藝是在 A2/O 工藝的厭氧區(qū)污泥回流線路中增加了一個缺氧池，以減少回流污泥中硝酸鹽的含量Dephanox 工藝隨著除磷研究在微生物學領域的深化，發(fā)現(xiàn)一些聚磷菌在氧化PHB 的過程中能以硝酸

9、鹽代替氧作電子受體，實現(xiàn)同時反硝化和過度攝磷，即所謂 “一碳（指 PHB）兩用”。這對于解決除磷系統(tǒng)反硝化碳源不足的問題和降低系統(tǒng)的充氧能耗都具有一定的意義。于是產生了另一種改進思路反硝化除磷系統(tǒng)。利用這一現(xiàn)象開發(fā)的Dephanox 工藝，有效的解決了除磷系統(tǒng)反硝化碳源不足的問題，并且降低了系統(tǒng)的能源消耗Dephanox 工藝流程圖改進的Bardenpho工藝改進的Bardenpho工藝由四池串聯(lián)，即缺氧一好氧一缺氧池一好氧池。類似二級A/O工藝串聯(lián)。第二級A/O的缺氧池基本上利用內源碳源進行脫氮，最后的曝氣池可以吹脫氨氮，提高污泥的沉降性能。為了提高除磷的穩(wěn)定性，在Bardenpho工藝流程之前增設一個厭氧池，以提高污泥的磷釋放效率。只要脫氮效果好，那么通過污泥進入厭氧池的硝酸鹽是很少的，不會影響污泥的放磷效果，從而使整個系統(tǒng)達到較好的脫氮除磷效果。改進的Bardenpho工藝流程圖生物脫氮的運行控制DO的控制溫度T的控制pH的控制碳氮比的控制污泥齡的控制混合液回流比的控制有毒有害物質的控制DO的控制溫度T