污水脫氮原理和技術(shù)

1、關(guān)于污水脫氮原理與技術(shù)第一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月水體中氮素的來源水體中氮素的來源與危害自然來源人類活動大氣降水降塵非市區(qū)徑流生物固氮城市污水浸濾液大氣沉降地表徑流水體第二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月氮在水體中的存在形態(tài)水體中氮素的來源與危害 有機(jī)氮 無機(jī)氮蛋白質(zhì) (C, O, N, H, N=1518%)多肽氨基酸尿素CO(NH2)2其他(硝基、胺及銨類化合物)COOHHRCNH2氨氮(NH3-N, NH4+-N)亞硝態(tài)氮(NO2- -N)硝態(tài)氮(NO3-N)第三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月水體中氮素的來源與危害氨氮(NH3-N, NH4+-N)

2、亞硝態(tài)氮(NO2- -N)硝態(tài)氮(NO3-N) 總氮 (TN)有機(jī)氮無機(jī)氮凱氏氮 (TKN) = 有機(jī)氮 + 氨氮水污染控制中經(jīng)常提到的幾個術(shù)語TN = TKN + NOx-N第四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月水體中氮素的來源與危害氮素污染的危害 造成水體的富營養(yǎng)化(eutrophication)現(xiàn)象；水生植物和藻類異常增殖水華赤潮第五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月富營養(yǎng)化發(fā)生所需的最必要的外力條件 ：發(fā)生富營養(yǎng)化暴發(fā)“水華”富營養(yǎng)化(1)總磷、總氮等營養(yǎng)鹽相對充足；(2)緩慢的水流；(3)適宜的氣候條件(包括水溫、光照條件)。 水體中氮素的來源與危害第六張，PPT共五

3、十八頁，創(chuàng)作于2022年6月自然來源人類活動大氣降水降塵非市區(qū)徑流生物固氮城市污水浸濾液大氣沉降地表徑流水體氮素污染控制面源污染控制技術(shù)修建污水廠第七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月廢水脫氮技術(shù)氮素污染控制物化法生物法吹脫(氣提)法折點加氯法離子交換法磷酸氨鎂沉淀法其它方法第八張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月通過適當(dāng)?shù)目刂?，可完全去除水中的氨氮。為減少氯的投加量，常與生物硝化聯(lián)用，先硝化再除微量的殘留氨氮。1 折點加氯法含氨氮的水加氯時，有下列反應(yīng)：7.1物化法除氮第九張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Ca(ClO)2

4、2H2O 2HClO Ca(OH)2 NH3 HClO NH2Cl H2O NH2Cl HClO NHCl2 H2O NHCl2 H2O NOH 2 Cl 2 HNHCl2 NOH N2 HClO H Cl 總反應(yīng)式為：NH3 0.75 Ca(ClO)2 0.5N2 1.5 H2O +0.75 CaCl2 投加足夠的液氯，使NH3-N氧化成氮氣。用在低濃度NH3-N（12mg/L）的給水預(yù)處理中，同時還可以起到預(yù)消毒的作用。對于氨氮濃度較高的廢水，由于氯耗較高，另廢水中其它還原性無機(jī)物、有機(jī)物也消耗額外的氯。此外往成分比較復(fù)雜的廢水中投加大量的氯，可能形成三致的氯代有機(jī)物。第十一張，PPT共五

5、十八頁，創(chuàng)作于2022年6月含NH3-N廢水澄清、過濾等預(yù)處理沸石交換達(dá)標(biāo)排放含NH4+沸石NaOH-NaCl解吸再生沸石返回交換解吸液氨吹脫脫氮解吸液NH3硫酸吸收硫酸氨返回解吸2 選擇性離子交換法（沸石或活化沸石除氮）第十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月優(yōu)點：脫氮效率高，如低濃度時（30mg/L）除氨率可達(dá)99%以上。另外對水中共存的油類、濁度、重金屬離子（如Pb2+、ASO43-、Hg2+） 等也有顯著的去除作用。缺點：因沸石交換容量小易飽和（純度較高的沸石交換容量也不大于3.6gNH3-N/100g沸石），不能用于高濃度大流量的含氮廢水處理。需要再生洗脫氨，當(dāng)洗脫液中氨氮濃

6、度較高時，又需要處理。沸石比重較大，大量使用時體積大、重量也大，必然增加設(shè)備投資和占地。沸石交換工藝特點:第十三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月常用藥劑： (1)Mg(OH)2+H3PO4; (2)MgHPO4 3H2O; (3)MgO+磷酸鹽(MAP) 為了降低藥劑費用，所得MAP 可通過堿性熱解，除回收氨外，形成的磷酸鈉鎂可以再次作為沉淀劑，用來去除廢水中的氨氮。MgNH4PO46H2O +NaOH MgNaPO4+ NH3 +7 H2O鳥糞石（struvite）magnesium ammonium phosphate3 化學(xué)沉淀法第十四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月

7、磷酸氨鎂(MAP)沉淀法重要工藝參數(shù)：(1)pH=8.59.5;(2)理想的投加比例(摩爾比): MgHPO4 3H2O : NH4+-N = 1.52.0 Mg(OH)2+H3PO4 Mg(OH)2 ： NH4+-N = 4：1 H3PO4 ： Mg(OH)2 = 1.5：1 生成的MgNH4PO46H2O可作為堆肥、花園土壤或干污泥的添加劑，或用作結(jié)構(gòu)制品的阻火劑。但該方法投藥量隨原水氨氮濃度增加而增加，從而導(dǎo)致成本增加，同時往水中增加廢水的含鹽量。第十五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月原理及概述NH4+ + H2O NH3 +H3O+4 空氣吹脫法第十六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)

8、作于2022年6月氨吹脫工藝流程NaOH溶液槽pH后續(xù)處理pH調(diào)整槽原 水沉淀池氨回收槽吹脫段回調(diào)pH槽空氣硫酸氨H2SO4罐H2SO4罐污 泥空氣吸收段石灰乳制備槽石灰渣絮凝劑第十七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月影響吹脫效率的主要因素（1）氣液比同吹脫效率的關(guān)系 隨著氣液比的升高，氨吹脫效率逐漸升高。當(dāng)氣液比達(dá)到一定值時，氨吹脫效率升高變緩。除考慮經(jīng)濟(jì)因素外，繼續(xù)增大氣液比到一定程度，可能會在 填料塔內(nèi)造成氣流脈動、液體被氣流大量帶出塔頂、吹脫塔 的操作極不穩(wěn)定、甚至完全破壞的情況，即填料塔的液泛現(xiàn)象。（2）pH值同吹脫效率的關(guān)系當(dāng)氣液比固定，隨著pH值的升高，氨吹脫效率逐漸升高

9、。當(dāng)pH值升高到某一值時，氨吹脫效率升高不明顯。第十八張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）水溫、氣溫對吹脫效率的影響水溫降低，會使氨吹脫效率明顯降低。當(dāng)水溫降低時，水中氨的溶解度增加，游離氨的百分比也降低，從而 減少了氨吹脫的推動力，從而降低氨吹脫的效率。 （4）水力負(fù)荷與吹脫效率的關(guān)系水在吹脫塔中反復(fù)生成水滴有助于氨的吹脫。當(dāng)水力負(fù)荷過大時，高效吹脫所需的點滴狀況被破壞，而形成水幕。而當(dāng)水力負(fù)荷過?。ㄌ盍纤淖钚娏苊芏萓min）時，則填料濕潤不 夠，降低填料塔的使用效率，填料易結(jié)垢。（5）原水氨氮濃度和出水氨氮濃度與其去除率之間的關(guān)系在其它條件一定時，吹脫效率與原水氨氮濃度無關(guān)

10、。 第十九張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月吹脫設(shè)備第二十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月缺點：結(jié)垢泡沫問題低溫時吹脫效率降低不進(jìn)行氨吸收時二次污染工藝流程復(fù)雜和操作強(qiáng)度大 氨吹脫工藝特點優(yōu)點：吹脫效率高，且在進(jìn)水氨氮濃度高時能獲得高的脫氮效率。主要用在高濃度氨氮情況下別的工藝不適合的條件下，因為在其它參數(shù)一定時，吹脫效率與原水氨氮濃度無關(guān)。第二十一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月氨水蒸餾工藝流程圖以焦化廢水為例：蒸氨供料槽調(diào)節(jié)池NaOH30%pH113蒸汽103氨氣NH3-N4000mg/LNH3-N250mg/L生化換熱冷卻蒸氨塔pH=8.5-9氣提法冷卻303

11、5106第二十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 物化法脫氮的比較常用物化法脫氮技術(shù)比較處理方法處理范圍及效果缺點費用估算(元/kgNH3-N)進(jìn)水(mg/L)出水(mg/L)空氣吹脫500500200左右蒸汽費用高，1520 /m3污水折點氯化3040離子交換105013沸石再生費用高。1015MAP法2530第二十三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月有機(jī)氮(氨化作用)氨化菌NH4+-N(亞硝化作用)NO2-N亞硝酸菌+O2硝酸菌+O2(硝化作用)NO3-N反硝化菌+ 有機(jī)碳(反硝化作用)N27.2生物脫氮1 生物脫氮機(jī)理第二十四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2

12、 氨化反應(yīng) 微生物分解有機(jī)氮化合物產(chǎn)生氨的過程稱為氨化作用。 很多細(xì)菌、真菌和放線菌都能分解蛋白質(zhì)及其含氮衍生物，其中分解能力強(qiáng)，并釋放出氨的微生物稱為氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有機(jī)氮化合物分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮。 以氨基酸為例：第二十五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月總反應(yīng)式為：3 硝化反應(yīng)：1.每氧化1gNH4+-N為NO3-N需要消耗堿度7.14g(以CaCO3計)。2.不計細(xì)菌增值，每氧化1gNH4-N為NO3-N，共需要氧4.57g。第二十六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月硝化反應(yīng)動力學(xué) 生物硝化反應(yīng)的動力學(xué)模型可用Monod公式表示:SKSs+=maxmm

13、硝化細(xì)菌的比增長速率，d-1； max硝化細(xì)菌的最大比增長速率，d-1； Ks飽和常數(shù)，其值為=0.5max時的底物濃度，mg/L； S底物(NH4+-N或NO2-N)濃度，mg/L； 第二十七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月20條件下硝化菌的Monod參數(shù)底物umax (d-1 )Ks(mg/L)文獻(xiàn)NH4+-N0.533.6Stratton,McCartyNH4+-N0.341.0Downing etc.NH4+-N0.650.6Knoles etc.NO2-N0.411.1Stratton,McCartyNO2-N0.142.1Downing etc.NO2-N0.841.9K

14、noles etc.硝化反應(yīng)動力學(xué) 第二十八張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月亞硝酸菌和硝酸菌 項目亞硝酸菌硝酸菌異養(yǎng)菌細(xì)胞形狀橢球或棒狀橢球或棒狀細(xì)胞尺寸1.01.5m0.51.0m革蘭氏染色陰性陰性世代周期(h)83612592.318.69自養(yǎng)性專性專性異養(yǎng)需氧性嚴(yán)格好氧嚴(yán)格好氧最大比生長速率m(h-1)0.040.080.020.060.080.3產(chǎn)率系數(shù)Y(mg細(xì)胞/mg基質(zhì))0.040.130.020.070.40.8飽和常數(shù)KS(mg/L)0.63.60.31.725100硝化反應(yīng)動力學(xué) 第二十九張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月硝化段中含碳有機(jī)基質(zhì)濃度與總氮(T

15、KN)的比例將直接影響活性污泥中硝化菌所占的比例.BOD5/TKN與活性污泥中硝化細(xì)菌含量的關(guān)系BOD5/TKN活性污泥中硝化細(xì)菌所占比例(%)0.53512121238.646.4BOD5/TKN活性污泥中硝化細(xì)菌所占比例(%)55.464.373.783.392.9摘自馬文漪、楊柳燕,環(huán)境微生物工程.南京大學(xué)出版社,1998年基質(zhì)對硝化的影響 第三十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月多級硝化與單級硝化多級硝化：先降解BOD，再硝化，硝化菌與異養(yǎng)菌分離單級硝化：同時降解BOD和硝化，硝化菌與異養(yǎng)菌共存。一般亞硝酸菌：硝酸菌=3：1，但硝酸菌的總氧化速率亞硝酸菌的總氧化速率，故步驟（a

16、）為（a）+（b）的控制步驟。即亞硝化為整個硝化過程的控制步驟。基質(zhì)對硝化的影響 第三十一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月影響硝化反應(yīng)的環(huán)境因素 環(huán)境因素微生物對生化環(huán)境的要 求工程參數(shù)溫度445亞硝酸菌: 3035 硝酸菌: 3542 1535 溶解氧1.52.0mg/L以上 2.0mg/LpH亞硝酸菌: 7.07.8硝酸菌: 7.78.17.28.0第三十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月環(huán)境因素微生物對生化環(huán)境的要求工程參數(shù)有機(jī)碳營養(yǎng)物 BOD520 mg/LBOD負(fù)荷3d工程實際SRT15d有毒物質(zhì) 重金屬高濃度的NH4+-N高濃度的NO2-N一般NH4+-N 20

17、0mg/L,最高 400 mg/L；NO2-N 100mg/L;影響硝化反應(yīng)的環(huán)境因素 第三十三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1gNH4+-N1gNO3-N堿度7.14g(以CaCO3計)需要氧4.57g硝化作用(Nitrification)SRT15d第三十四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月生物反硝化的總反應(yīng)式如下： 轉(zhuǎn)化1g NO2-N為N2時，需要有機(jī)物(以BOD表示)1.71g。轉(zhuǎn)化1g NO3-N為N2時，需要有機(jī)物(以BOD表示)2.86g。還原1gNO2-N或NO3-N均可產(chǎn)生3.57g堿度(以CaCO3計) 。4 反硝化反應(yīng)反硝化菌屬異氧兼性厭氧菌，在有氧

18、存在時，它會以O(shè)2為電子進(jìn)行呼吸；在無氧而有NO3-或NO2-存在時，則以NO3-或NO2-為電子受體，以有機(jī)碳為電子供體和營養(yǎng)源進(jìn)行反硝化反應(yīng)。第三十五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月在反硝化反應(yīng)中，最大的問題就是污水中可用于反硝化的有機(jī)碳的多少及其可生化程度碳源原水中含有的有機(jī)碳外加碳源，多用甲醇內(nèi)源呼吸碳源細(xì)菌體內(nèi)的原生物質(zhì)及其貯存的有機(jī)物第三十六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月反硝化作用(Denitrification)反硝化過程中需要的有機(jī)物總量可按下式估算：C=2.86NO3-N+1.71NO2-N+DO式中： C 反硝化需要的有機(jī)物總量， 按BOD5計(mg/

19、L)； NO3-N污水中硝態(tài)氮的濃度（mg/L)； NO2-N污水中亞硝態(tài)氮的濃度（mg/L)； DO污水中溶解氧的濃度（mg/L)。如果廢水中缺少有機(jī)碳源，則應(yīng)補(bǔ)加有機(jī)物，一般投加甲醇，這是因為甲醇分解的產(chǎn)物是CO2與H2O，不殘留任何難降解的中間產(chǎn)物。第三十七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月影響反硝化反應(yīng)的環(huán)境因素 環(huán)境因素微生物對生化環(huán)境的要求工程參數(shù)溫度20351535 溶解氧0.2mg/L0.5mg/LpH7.08.57.38.535BOD/TKN46COD/TKN79BOD/TKN4有毒物質(zhì)Ni4反硝化作用(Denitrification)DO0.5mg/L 第三十九張，

20、PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 生物脫氮工藝a. 三段生物脫氮工藝將有機(jī)物氧化，硝化及反硝化段獨立開來，每一部分都有其自己的沉淀池和各自獨立的污泥回流系統(tǒng)。第四十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月前兩段可合并，變?yōu)閮啥魏笾梅聪趸旱谒氖粡?，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月b. 前置反硝化工藝第四十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月b. 前置反硝化工藝第四十三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Bardenpho生物脫氮工藝設(shè)立兩個缺氧段，第一段利用原水中的有機(jī)物為碳源和第一好氧池中回流的含有硝態(tài)氮的混合液進(jìn)行反硝化反應(yīng)。為進(jìn)一步提高脫氮效率，廢水進(jìn)

21、入第二段反硝化反應(yīng)器，利用內(nèi)碳源進(jìn)行反硝化。第二段曝氣池用于吹脫廢水中的氮氣，同時可進(jìn)一步穩(wěn)定出水水質(zhì)，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池發(fā)生污泥上浮現(xiàn)象。第四十四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Bardenpho生物脫氮工藝第四十五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月主要缺點：污泥負(fù)荷比較低，污泥齡較長，占地面積較大。氧化溝(Oxidation Ditch)生物脫氮工藝第四十六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月主要缺點：占地面積大，設(shè)備利用率較低。序批式活性污泥法(Sequencing Batch Activated Sludge Process)第四十七張，PPT共五

22、十八頁，創(chuàng)作于2022年6月生物脫氮新工藝短程硝化反硝化工藝厭氧氨氧化同步硝化/反硝化工藝好氧反硝化多段進(jìn)水A/O脫氮第四十八張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月NH4+-NCODQ1NH4+-NCODQ2NH4+-NCODQ3NH4+-NCODQ4NH4+-NNH4+-NNH4+-NNH4+-NNO3-NNO3-NNO3-NNO3-NNO3-N污泥回流剩余污泥出水缺氧 好氧 缺氧 好氧 缺氧 好氧 缺氧 好氧污泥回流剩余污泥空氣出水進(jìn)水Q1Q2Q3Q4初沉池二沉池分段進(jìn)水A/O脫氮工藝（Step-feed Anoxic/Oxic（SFAO）Process） 第四十九張，PPT共五十八頁

23、，創(chuàng)作于2022年6月短程硝化反硝化工藝(Shortcut Nitrification-Denitrification)有機(jī)氮(氨化)氨化菌NH4+-N(亞硝化)NO2-N亞硝酸菌+O2硝酸菌+O2(反硝化)NO3-NNO2-NN2NH4+-NNO2-NN2短程反硝化短程硝化(碳源)(碳源)第五十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Anammox脫氮技術(shù)厭氧氨氧化（ANAMMOX:ANaerobic AMMonium OXidation）指在厭氧或缺氧條件下，氨氮以亞硝酸鹽氮作為電子受體直接被氧化到氮氣的過程： NH4+NO2- N2+2H2O NH4+1.32NO2-+0.066HCO3-+0.13H+ 0.066CH2O0.5N0.15+1.02N2+0.26NO3-+2.03H2O1995197720032002第五十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月厭氧氨氧化(ANAMMO