環(huán)境工程中級(jí)職稱考試復(fù)習(xí)資料污水處理的脫氮除磷工藝

1、環(huán)境工程中級(jí)職稱考試復(fù)習(xí)資料污水處理的脫氮除磷工藝5.1 生物脫氮原理5.1.1 氮在水中的存在形態(tài)與分類5.1.2 微生物的脫氮原理過(guò)程1）先氨化/硝化，再反硝化：這是一個(gè)先好氧、后缺氧的組合過(guò)程。2）氨化與硝化反應(yīng)過(guò)程氨化反應(yīng)：硝化反應(yīng)：3）硝化反應(yīng)的條件（1）好氧狀態(tài)：DO2mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧4.57g，即硝化需氧量。（2）消耗廢水中的堿度：1gNH3-N完全硝化需堿度7.14g（以CaCO3計(jì)），廢水中應(yīng)有足夠堿度，以維持pH值不變。（3）污泥齡C15d。（4）BOD520mg/L。4）反硝化反應(yīng)反硝化包括異化反消化和同化反消化，以異化反消化為主,反硝化菌在DO濃度很

2、低的環(huán)境中，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，有機(jī)物作為碳源及電子供體而得到降解。當(dāng)利用的碳源為甲醇時(shí)：NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO30.056C5H7CO2+0.47N2+1.68H2O + HCO3-NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO30.04C5H7CO2+0.48N2+1.23H2O+HCO3-反硝化反應(yīng)可使有機(jī)物得到分解氧化，實(shí)際是利用了硝酸鹽中的氧，每還原1gNO3-N所利用的氧量約2.6g。5）反硝化反應(yīng)條件DO0.5mg/L，一般為0.20.3mg/L（處于缺氧狀態(tài)），如果DO較高，反硝化菌利用氧進(jìn)行呼吸，氧成為電子受體，阻礙NO3-O成為電子受體而使

3、N難還原成N2。但是反硝化菌體內(nèi)的某些酶系統(tǒng)組分只有在有氧條件下，才能合成。反硝硝化菌以在缺氧-好氧交替的環(huán)境中生活為宜。BOD5/TN56，否則需另投加碳源，現(xiàn)多采用CH3OH，其分解產(chǎn)物為CO2+H2O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物，且反硝化速率高。目前反硝化投加有機(jī)碳源一般利用原污水中的有機(jī)物。還原1g硝態(tài)氮能產(chǎn)生3.57g堿度，而在硝化反應(yīng)中，1gNH3N氧化為NO3-N要消耗7.14g堿度，在缺氧-好氧中，反硝化產(chǎn)生的堿度可補(bǔ)償硝化消耗堿度的一半左右。5.1.3 影響硝化反硝化反應(yīng)過(guò)程的主要因素1）溫度硝化反應(yīng)的適宜溫度范圍是3035，溫度不但影響硝化茵的比增長(zhǎng)速率，而且影響硝化菌的活性

4、，在535的范圍內(nèi)，硝化反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快，僅超過(guò)30時(shí)增加幅度減少，當(dāng)溫度低于5時(shí)，硝化細(xì)菌的生命活動(dòng)幾乎停止。對(duì)于同時(shí)去除有機(jī)物和進(jìn)行硝化反應(yīng)的系統(tǒng)，溫度低于15即發(fā)現(xiàn)硝化速率迅速降低，低溫對(duì)硝酸菌的抑制作用更為強(qiáng)烈，因此在低溫1214時(shí)常出現(xiàn)亞硝酸鹽的積累。在3035較高溫度下，亞硝酸菌的最小倍增時(shí)間要小于硝酸菌，因此，通過(guò)控制溫度和污泥齡，也可控制反應(yīng)器中亞硝酸菌的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。反硝化反應(yīng)的最佳溫度范圍為3545，溫度對(duì)硝化菌的影響比反硝化菌大。 2）溶解氧 硝化反應(yīng)必須在好氧條件下進(jìn)行，一般應(yīng)維持混合液的溶解氧濃度為23mg/L，溶解氧濃度0.50.7 mg/L，是硝化菌可以忍受

5、的極限。硝化可在高溶解氧狀態(tài)下進(jìn)行，高達(dá)60mg/L的溶解氧濃度也不會(huì)抑制硝化的進(jìn)行，為了維持較高的硝化速率，污泥齡降低時(shí)要相應(yīng)地提高溶解氧濃度。溶解氧對(duì)反硝化反應(yīng)有很大影響，主要由于氧會(huì)同硝酸鹽競(jìng)爭(zhēng)電子供體。同時(shí)分子態(tài)氧也會(huì)抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性，3）pH值 硝化反應(yīng)的最佳pH值范圍為7.58.5，硝化菌對(duì)pH值變化十分敏感，當(dāng)pH值低于7時(shí)，硝化速率明顯降低低于6和高于9.6時(shí)，硝化反應(yīng)將停止進(jìn)行。反硝化過(guò)程的最佳pH值范圍為6.57.5，不適宜的PH值會(huì)影響反硝化菌的生長(zhǎng)速率和反硝化酶的活性。當(dāng)pH值低于6.0或高于8.0時(shí)，反硝化反應(yīng)將受到強(qiáng)烈抑制。4）C/N比 C/N比值是影

6、響硝化速率和過(guò)程的重要因素。硝化菌是自養(yǎng)菌，硝化菌產(chǎn)率或比增長(zhǎng)速率比活性污泥異養(yǎng)菌低得多，若廢水中BOD5值太高，將有助于異養(yǎng)菌迅速增殖，從而使微生物中的硝化菌的比例下降，一般認(rèn)為，只有BOD5低于20mg/L時(shí)，硝化反應(yīng)才能完成。反硝化過(guò)程需要充足的碳源，理論上lgNO2還原為N2需要碳源有機(jī)物2.86g。一般認(rèn)為，當(dāng)廢水的BOD5/TKN值大于46時(shí)，可認(rèn)為碳源充足，不需另外投加碳源，反之則要投加甲醇或其他易降解的有機(jī)物作碳源。5）污泥齡 為使硝化菌能在連續(xù)流的反應(yīng)系統(tǒng)中存活并維持一定數(shù)量，微生物在反應(yīng)器的停留時(shí)間即污泥齡應(yīng)大于硝化菌的最小世代期。一般應(yīng)取系統(tǒng)的污泥齡為硝化最小世代期的兩倍

7、以上。較長(zhǎng)的污泥齡可增強(qiáng)硝化反應(yīng)的能力，并可減輕有毒物質(zhì)的抑制作用。6）抑制物質(zhì) 對(duì)硝化反應(yīng)有抑制作用的物質(zhì)有：過(guò)高濃度氨氮、重金屬、有毒物質(zhì)以及有機(jī)物。一般來(lái)說(shuō)，同樣毒物對(duì)亞硝酸菌的影響比對(duì)硝酸菌大。反硝化菌對(duì)有毒物質(zhì)的敏感性比硝化菌低很多，與一般好氧異養(yǎng)菌相同。在應(yīng)用一般好氧異養(yǎng)菌文獻(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)該考慮馴化的影響。 生物脫氮工藝包括含碳有機(jī)物的氧化、氨氮的硝化、硝態(tài)氮的反硝化等生物過(guò)程，即碳化-硝化-反硝化過(guò)程。從完成這些過(guò)程的反應(yīng)器來(lái)分，脫氮工藝可分為活性污泥脫氮系統(tǒng)和生物膜脫氮系統(tǒng)，其分別采用活性污泥法反應(yīng)器與生物膜反應(yīng)器作為好氧/缺氧反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)硝化/反硝化以達(dá)到脫氮的目的。從完成這些

8、過(guò)程的時(shí)段和空間不同，活性計(jì)泥脫氮系統(tǒng)的碳化、硝化、反硝化可在多池中進(jìn)行，也可在單池中進(jìn)行。生物脫氮反應(yīng)過(guò)程各項(xiàng)生化反應(yīng)特征5.2 生物脫氮工藝A/O工藝5.2.1 基本原理A/O是Anoxic/Oxic的縮寫(xiě)，它的優(yōu)越性是除了使有機(jī)污染物得到降解之外，還具有一定的脫氮除磷功能，是將厭氧水解技術(shù)用為活性污泥的前處理，所以A/O法是改進(jìn)的活性污泥法。A/O工藝將前段缺氧段和后段好氧段串聯(lián)在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=24mg/L。在缺氧段異養(yǎng)菌將污水中的淀粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機(jī)物水解為有機(jī)酸，使大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，不溶性的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可溶性有機(jī)

9、物，當(dāng)這些經(jīng)缺氧水解的產(chǎn)物進(jìn)入好氧池進(jìn)行好氧處理時(shí)，提高污水的可生化性，提高氧的效率；在缺氧段異養(yǎng)菌將蛋白質(zhì)、脂肪等污染物進(jìn)行氨化（有機(jī)鏈上的N或氨基酸中的氨基）游離出氨（NH3、NH4+），在充足供氧條件下，自養(yǎng)菌的硝化作用將NH3-N（NH4+）氧化為HO3-，通過(guò)回流控制返回至A池，在缺氧條件下，異氧菌的反硝化作用將NO3-還原為分子態(tài)氮（N2）完成C、N、O在生態(tài)中的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)污水無(wú)害化處理。 注意：A/O、A2/O中的英文符號(hào)A代表缺氧和厭氧兩個(gè)意義，區(qū)別為：缺氧缺氧就是沒(méi)有或是很少有單質(zhì)氧（O2，DO00.5），只有化合態(tài)的氧（NOxO、SOxO）。厭氧既沒(méi)有單質(zhì)氧（氧氣O2, D

10、O0），也沒(méi)有化合態(tài)的氧（NOxO +SOxO0）。又名“絕氧”。5.2.2 主要工藝特點(diǎn)缺氧池在前，污水中的有機(jī)碳被反硝化菌所利用，可減輕其后好氧池的有機(jī)負(fù)荷，反硝化反應(yīng)產(chǎn)生的減度可以補(bǔ)償好氧池中進(jìn)行硝化反應(yīng)對(duì)堿度的需求。好氧在缺氧池之后，可以使反硝化殘留的有機(jī)污染物得到進(jìn)一步去除，提高出水水質(zhì)。BOD5的去除率較高可達(dá)9095%以上，但脫氮除磷效果稍差，脫氮效率7080%，除磷只有2030%。盡管如此，由于A/O工藝比較簡(jiǎn)單，也有其突出的特點(diǎn)，目前仍是比較普遍采用的工藝。該工藝還可以將缺氧池與好氧池合建，中間隔以檔板，降低工程造價(jià)，所以這種形式有利于對(duì)現(xiàn)有推流式曝氣池的改造。5.2.3 A

11、/O工藝的影響因素A/O工藝運(yùn)行過(guò)程控制不要產(chǎn)生污泥膨脹和流失，其對(duì)有機(jī)物的降解率是較高的（9095%），缺點(diǎn)是脫氮除磷效果較差。如果原污水含磷濃度4以保證足夠的碳/氮比，否則反硝化速率迅速下降；但當(dāng)進(jìn)入硝化池BOD5值又應(yīng)控制在80mg/L以下，當(dāng)BOD5濃度過(guò)高，異養(yǎng)菌迅速繁殖，抑制自養(yǎng)菌生長(zhǎng)使硝化反應(yīng)停滯。（8）硝化池溶解氧：DO2mg/L，一般充足供氧DO應(yīng)保持24mg/L，滿足硝化需氧量要求，按計(jì)算氧化1gNH4+需4.57g氧。（9）水力停留時(shí)間：硝化反應(yīng)水力停留時(shí)間6h；而反硝化水力停留時(shí)間2h，兩者之比為3:1，否則脫氮效率迅速下降。（10）pH：硝化反應(yīng)過(guò)程生成HNO3使混合

12、液pH下降，而硝化菌對(duì)pH很敏感，硝化最佳pH =8.08.4，為了保持適宜的pH就應(yīng)采取相應(yīng)措施，計(jì)算可知，使1g氨氮（NH3-N）完全硝化，約需堿度7.1g（以CaCO3計(jì)）；反硝化過(guò)程產(chǎn)生的堿度（3.75g堿度/gNOx-N）可補(bǔ)償硝化反應(yīng)消耗堿度的一半左右。 反硝化反應(yīng)的最適宜pH值為6.57.5，大于8、小于7均不利。 （11）溫度：硝化反應(yīng)2030，低于5硝化反應(yīng)幾乎停止；反硝化反應(yīng)2040，低于15反硝化速率迅速下降。 因此，在冬季應(yīng)提高反硝化的污泥齡ts，降低負(fù)荷率，提高水力停留時(shí)間等措施保持反硝化速率。5.2 同步脫氮除磷工藝A/O法脫氮除磷的工藝5.2.1 A/O工藝簡(jiǎn)介A

13、2/O是AnaerobicAnoxicOxic的英文縮寫(xiě)，它是厭氧缺氧好氧生物脫氮除磷工藝的簡(jiǎn)稱，A2/O工藝是在一個(gè)處理系統(tǒng)中同時(shí)具有厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)，能夠同時(shí)做到脫氮、除磷和有機(jī)物的降解，其基本工藝流程如下圖所示：由圖可知，污水首先進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，兼性厭氧發(fā)酵細(xì)菌將污水中可生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為VFA（揮發(fā)性脂肪酸類較高級(jí)有機(jī)酸）這類低分子發(fā)酵中間產(chǎn)物。而聚磷菌可將其體內(nèi)存儲(chǔ)的聚磷酸鹽分解，所釋放的能量可供好氧的聚磷菌在厭氧環(huán)境下維持生存，另一部分能量還可供聚磷菌主動(dòng)吸收環(huán)境中的VFA類分子有機(jī)物，并以PHB（聚羥丁酸）的形式在其體內(nèi)儲(chǔ)存起來(lái)。隨后污水進(jìn)入缺氧區(qū)，反硝化菌就利用好氧區(qū)回流

14、混合液帶來(lái)的硝酸鹽，以及污水中可生物降解有機(jī)物作碳源進(jìn)行反硝化，達(dá)到同時(shí)降低BOD5與脫氮的目的。接著污水進(jìn)入曝氣的好氧區(qū)，聚磷菌在吸收、利用污水中殘剩的可生物降解有機(jī)物的同時(shí)，主要是通過(guò)分解體內(nèi)儲(chǔ)存的PHB釋放能量來(lái)維持其生長(zhǎng)繁殖。同時(shí)過(guò)量的攝取周圍環(huán)境中溶解磷，并以聚磷的形式在體內(nèi)儲(chǔ)積起來(lái)，使出水中溶解磷濃度達(dá)到最低。而有機(jī)物經(jīng)厭氧區(qū)、缺氧區(qū)分別被聚磷菌和反硝化細(xì)菌利用后，到達(dá)好氧區(qū)時(shí)濃度已相當(dāng)?shù)?，這有利于自養(yǎng)型硝化菌的生長(zhǎng)繁殖，并通過(guò)消化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。非除磷的好養(yǎng)性異養(yǎng)菌雖然也能存在，但他在厭氧區(qū)中受到嚴(yán)重的壓抑，在好氧區(qū)又得不到充足的營(yíng)養(yǎng)，因此在與其他生理類群的微生物競(jìng)爭(zhēng)中處

15、于相對(duì)劣勢(shì)。排放的剩余污泥中，由于含有大量能超量?jī)?chǔ)積聚磷的聚磷菌，污泥含磷量可以達(dá)到6%（干重）以上。從以上分析可以看出A/O工藝具有同步脫氮除磷的功能。5.2.2 A/O工藝的特點(diǎn)（1）A/O工藝中三種不同的環(huán)境條件和不同種類微生物菌群的有機(jī)配合，能同時(shí)具有去除有機(jī)物、脫氮、除磷的功能；（2）在同時(shí)脫氮、除磷、去除有機(jī)物的工藝中，該工藝流程簡(jiǎn)單，總水力停留時(shí)間也較??；（3）在厭氧-缺氧-好氧交替運(yùn)行下，絲狀菌不會(huì)大量繁殖，SVI一般小于100，不會(huì)發(fā)生污泥膨脹；（4）污泥中磷的含量較高，一般為2.5%以上；（5）厭氧-缺氧池只需緩慢攪拌，使之混合，而以不增加溶解氧為度；（6）沉淀池要防止發(fā)生

16、厭氧、缺氧狀態(tài)，以避免聚磷菌釋放磷而降低出水水質(zhì)和反硝化產(chǎn)生氮?dú)舛蓴_沉淀；（7）脫氮效果受混合液回流比大小的影響，除磷效果受回流污泥中挾帶DO和硝酸鹽氮的影響，因而脫氮除磷效率受到一定限制。5.2.3 A/O工藝的優(yōu)點(diǎn)A/O工藝的優(yōu)點(diǎn)是厭氧、缺氧、好氧交替運(yùn)行，可以達(dá)到同時(shí)去除有機(jī)物、脫氮、除磷的目的，而且這種運(yùn)行狀況絲狀菌不宜生長(zhǎng)繁殖，基本不存在污泥膨脹問(wèn)題。A/O工藝流程簡(jiǎn)單，總水力停留時(shí)間少于其他同類工藝，并且不需外加碳源，缺氧、缺氧段只進(jìn)行緩速攪拌，運(yùn)行費(fèi)用低。5.2.4 A/O工藝的缺點(diǎn)A/O工藝的缺點(diǎn)是除磷效果因受到污泥齡、回流污泥中挾帶的溶解氧和NO3-N的限制，不可能十分理想

17、；同時(shí)，由于脫氮效果取決于混合液回流比，而A/O工藝的混合液回流比不宜太高（200%），脫氮效果不能滿足較高要求。5.2.5 A/O工藝的影響因素1）溶解性有機(jī)底物濃度的影響 由于厭氧段中聚磷菌只能利用可快速生物降解的有機(jī)物，若此類物質(zhì)濃度較低，聚磷菌則無(wú)法正常進(jìn)行磷的釋放和吸收。研究表明，厭氧段進(jìn)水S-TP和SBOD5的比值應(yīng)小于0.06。在缺氧段，若有機(jī)底物濃度較低，則反硝化脫氮速率將因碳源不足而受抑制，一般來(lái)講，廢（污）水中COD/TKN值大于8時(shí)，氮的總?cè)コ士蛇_(dá)80%，工程設(shè)計(jì)中也可按照BOD5/NOxN4進(jìn)行控制。2）污泥齡c的影響A/O工藝的污泥齡受兩方面影響，其一是硝化菌世代時(shí)

18、間的影響，一般為25d左右；其二是除磷主要通過(guò)剩余污泥排出系統(tǒng)，要求A/O工藝中污泥齡不宜過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)為5-8d。權(quán)衡兩方面，一般A/O工藝污泥齡為15-20d。3）溶解氧DO的影響A/O工藝的溶解氧應(yīng)滿足三方面要求，即好氧段氨氮完全氧化為硝態(tài)氮所需、滿足進(jìn)水中有機(jī)底物的氧化所需及好氧段聚磷菌所需。為防止DO過(guò)高而隨污泥回流和混合液回流帶至厭氧段和缺氧段，造成厭氧不完全而影響聚磷菌的釋磷和缺氧段反硝化。一般好氧段DO在2.0/L，厭氧段DO濃度小于0.2/L，缺氧段DO濃度小于0.5/L。4）硝化區(qū)和反硝化區(qū)容積比的影響硝化區(qū)和反硝化區(qū)容積比受盡水水質(zhì)、水溫等變化而變化。一般硝化區(qū)和反硝化區(qū)容積比為（87）（23），但在水質(zhì)較差或脫氮要求較高時(shí)，該容積比最小為11。5）有機(jī)底物污泥負(fù)荷Ns的影響好氧池Ns應(yīng)不超過(guò)0.18BOD5/(MLSSd)，否則異養(yǎng)菌數(shù)數(shù)量超過(guò)硝化菌而抑制硝化過(guò)程；而厭氧池的Ns應(yīng)大于0.10BOD5/(MLSSd)，否則聚磷菌底物不足，除磷效果下降。6）氮的污泥負(fù)荷影響氮的污泥負(fù)荷過(guò)高會(huì)對(duì)硝化菌產(chǎn)生抑制，一般小于0.05TKN/(MLSSd)，相應(yīng)反應(yīng)池內(nèi)污泥濃度MLSS取3000-4000/L。7）污泥回流比R和混合液回流比Rn的影響污泥回流比R一般為25%-100%，如果R太高，污泥將DO和硝態(tài)氮帶入?yún)捬醭靥啵绊懫鋮捬鯛顟B(tài)且反硝化產(chǎn)生，會(huì)抑制厭氧釋