活性污泥生物脫氮除磷課件

水污染控制工程唐玉朝安徽建筑工業(yè)學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系E-mail:tangyc@DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,AnhuiUniversityofArchitectureCopyrightReserved!水污染控制工程唐玉朝1第六節(jié)

生物脫氮與除磷第六節(jié)2內(nèi)容

1.概述2.生物脫氮原理與工藝3.生物除磷原理與工藝4.同步脫氮除磷工藝5.脫氮除磷工藝設(shè)計(jì)計(jì)算WaterPollutionControlEngineering內(nèi)容1.概述WaterPollutionContro31.概述

水體富營養(yǎng)化是當(dāng)前水環(huán)境污染面臨的重大問題，富營養(yǎng)化造成水質(zhì)惡化，生態(tài)平衡破壞，魚類和水生生物死亡，還對飲用水安全造成嚴(yán)重的威脅，危害人類健康.氮(N)和磷(P)是引起水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵的物質(zhì)，低濃度的N和P即可以引起富營養(yǎng)化，(如湖泊地面水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)P的濃度為0.01mg/L).因而，污水處理時(shí)如何利用生物技術(shù)能將N,P物質(zhì)去除是當(dāng)今污水處理的重要內(nèi)容，尤其是磷的去除.WaterPollutionControlEngineering1.概述水體富營養(yǎng)化是當(dāng)前水環(huán)境污染面臨的重大41.概述含N化合物在水中存在形態(tài)，有機(jī)N、氨N、亞硝酸鹽N、硝酸鹽N?？偟?TN)是四種含N化合物和；凱氏氮(KN)是有機(jī)N與氨N。城市污水經(jīng)過傳統(tǒng)的二級(jí)生化處理，有機(jī)物可以轉(zhuǎn)化為CO2,H2O等,但是有機(jī)物中的氮不能有效去除，少部分可以通過同化作用轉(zhuǎn)化為生物細(xì)胞有機(jī)體組分(通過剩余污泥)而去除，大部分只能轉(zhuǎn)化為溶解性的無機(jī)氮,(一般為NH3,有少量NO2-,NO3-),無法從水中直接去除，生物脫N是通過將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為不溶解于水的N2而從水中去除的.WaterPollutionControlEngineering1.概述含N化合物在水中存在形態(tài)，有機(jī)N、氨N、亞硝酸鹽N、51.概述二級(jí)污水處理工藝活性污泥對N去除率按照BOD:N=100:5:1計(jì)算，城市污水進(jìn)水BOD一般可達(dá)到200mg/L左右，這樣以微生物需要的營養(yǎng)計(jì)算，則剩余污泥可以去除10mg/L的氮和2mg/L左右的磷(存在污泥中,不同的工藝有差異)。以同化作用將N,P轉(zhuǎn)移出污水系統(tǒng)。(微生物利用的NP還會(huì)因內(nèi)源代謝釋放)高濃度工業(yè)廢水的氮可以用物理吹脫，低濃度的飲用水氮一般以化學(xué)方法(加氯氧化)去除，污水氮一般以生物方法去除。如果同時(shí)富含高濃度磷，則常形成磷酸鎂銨作為化學(xué)肥料回收。WaterPollutionControlEngineering1.概述二級(jí)污水處理工藝活性污泥對N去除率按照BOD:N=161.概述化學(xué)方法脫N(折點(diǎn)加氯)：NH4++HOCl=NH2Cl+H++H2ONH2Cl+HOCl=NHCl2+H2ONHCl2+HOCl=NCl3+H2O2NH2Cl+HOCl＝N2+3HCl+H2O余氨的吹脫(針對氨)：游離的氨容易揮發(fā)，可以空氣吹脫到大氣中去.WaterPollutionControlEngineering1.概述化學(xué)方法脫N(折點(diǎn)加氯)：WaterPolluti72.生物脫氮原理與工藝2.生物脫氮原理與工藝8一.生物脫氮原理1.1生物脫氮基本過程1.2影響生物脫氮的環(huán)境因素二.生物脫氮工藝2.1三級(jí)生物脫氮工藝2.2兩級(jí)生物脫氮工藝2.3單級(jí)生物脫氮工藝

2.4A/O工藝三.生物脫氮新理論3.1同步硝化反硝化;3.2短程硝化反硝化;3.3厭氧氨氧化2.生物脫氮原理工藝WaterPollutionControlEngineering一.生物脫氮原理2.生物脫氮原理工藝WaterPoll9生物脫氮原理一.生物脫氮原理

除同化作用可以部分除氮,生物脫氮主要由反硝化過程實(shí)現(xiàn).1.1基本過程:

氨化:在氨化菌作用下,有機(jī)物中的氮被轉(zhuǎn)化為氨氮,有機(jī)物同時(shí)得到降解：

有機(jī)N→NH3

硝化:分為兩個(gè)步驟--亞硝化和硝化.在好氧條件下,亞硝化菌將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2－,進(jìn)一步在硝化菌作用下轉(zhuǎn)化為NO3－:

NH4++1.5O2→NO2－+2H++H2O(亞硝化)

NO2－+0.5O2→NO3－(硝化)

總反應(yīng):NH4++2O2→NO3－+2H++H2OWaterPollutionControlEngineering生物脫氮原理一.生物脫氮原理WaterPollution10生物脫氮原理

反硝化:在缺氧條件下,反硝化菌作用將NO3－轉(zhuǎn)化為N2(異化反硝化,占96％)或生物體(同化反硝化,占4％).

6NO3－+5C→3N2+6OH－+H2O+5CO2

NO3－→NO2－→NO→N2O→N2

NO3－+C+H+→C5H7O2N+H2ONO3－→NO2－→有機(jī)含N物質(zhì)異化同化WaterPollutionControlEngineering生物脫氮原理反硝化:在缺氧條件下,反硝化菌作用將NO3－11生物脫氮原理1.2.影響生物脫氮的因素

氨化:

氨化菌是異養(yǎng)菌,對環(huán)境條件要求不苛刻,好氧或厭氧均可,對酸堿,溫度的適應(yīng)范圍寬.

WaterPollutionControlEngineering生物脫氮原理1.2.影響生物脫氮的因素WaterPoll12生物脫氮原理(亞)硝化:亞硝化菌和硝化菌均為化能自養(yǎng)菌.(A).溶解氧,需要好氧的條件,DO>2,每mol氨經(jīng)過亞硝化需1.5molO2,硝化需0.5molO2(B).酸堿,中性或弱堿性(亞硝化產(chǎn)生酸!),最宜在pH8.0-8.4左右.(C).溫度,20-30℃最佳(15℃迅速降低,5℃反應(yīng)停止).(D).C/N比，BOD低才能維持硝化菌生長(異養(yǎng)微生物競爭,BOD越高硝化菌比例越小)WaterPollutionControlEngineering生物脫氮原理(亞)硝化:WaterPollutionCo13生物脫氮原理反硝化:

反硝化菌是異養(yǎng)菌,兼性厭氧菌.(A).碳源(外加,利用污水有機(jī)物,或內(nèi)源呼吸)(B).酸堿,pH最宜在6.5-7.5(C).溶解氧,需少的DO或間歇有氧缺氧,DO<0.5mg/L,DO過高則直接以好氧呼吸(D).溫度,20-40℃,低于15℃反應(yīng)迅速降低由于硝化菌和反硝化菌世代時(shí)間長,所以反應(yīng)器內(nèi)生物停留時(shí)間要長,即污泥齡要長WaterPollutionControlEngineering生物脫氮原理反硝化:WaterPollutionCont14生物脫氮原理生物脫氮的過程比較過程氨化亞硝化硝化反硝化(異化)能源有機(jī)物NH4+NO2－碳源H受體O2O2O2NO3－,NO2－DO范圍寬好氧好氧缺氧,<0.5堿度變化產(chǎn)生NH31MNH4+產(chǎn)生2MH+不變1MNO3－產(chǎn)生1MOH－需氧情況1gBOD需1.5gO2氧化1MNH4+需1.5MO2氧化1MNO2－需0.5MO2需NO2－或NO3－WaterPollutionControlEngineering生物脫氮原理生物脫氮的過程比較過程氨化亞硝化硝化反硝化(異化15生物脫氮工藝二.生物脫氮工藝2.1：Barth三級(jí)(段)生物脫N工藝第一段--氨化.去除BOD和COD,進(jìn)行曝氣,有機(jī)N轉(zhuǎn)化為氨氮；第二段--亞硝化和硝化,氨N轉(zhuǎn)化為NO3－,需要加堿；第三段--反硝化,NO3－轉(zhuǎn)化為N2氣,必須外加碳源(加甲醇或引污水),否則效率低,需攪拌.WaterPollutionControlEngineering生物脫氮工藝二.生物脫氮工藝WaterPollution16Barth三級(jí)(段)生物脫N工藝流程:曝氣硝化反硝化堿N2碳源曝氣池:降解BOD,有機(jī)物分解(氨化)硝化池:硝化反應(yīng),NH3轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮,降解BOD(亞硝化,硝化)反硝化池:脫N(反硝化),需攪拌沉淀池:固液分離.生物脫氮工藝沉沉沉出水進(jìn)水WaterPollutionControlEngineeringBarth三級(jí)(段)生物脫N工藝流程:曝氣硝化反硝化堿N2碳17Barth三級(jí)(段)生物脫N工藝特點(diǎn):

1.各段在各自的反應(yīng)器下完成,可控制各個(gè)反應(yīng)器最適宜的條件；2.脫氮率較高；

3.反應(yīng)器多構(gòu)筑物多,需外加碳源和堿,造價(jià)高,管理也不便.生物脫氮工藝WaterPollutionControlEngineeringBarth三級(jí)(段)生物脫N工藝特點(diǎn):生物脫氮工藝W182.2兩級(jí)(段)生物脫N工藝:曝氣反硝化堿N2碳源生物脫氮工藝沉沉出水進(jìn)水曝氣池:降解BOD,有機(jī)物分解(氨化),(亞)硝化反應(yīng),NH3轉(zhuǎn)化為硝態(tài)N；反硝化池:缺氧,完成反硝化脫N；沉淀池:固液分離.WaterPollutionControlEngineering2.2兩級(jí)(段)生物脫N工藝:曝氣反硝化堿N2碳源生物脫19生物脫氮工藝2.3單級(jí)生物脫氮工藝曝氣反硝化沉淀N2污水或甲醇出水進(jìn)水污泥回流曝氣池:好氧條件,完成降解BOD,氨化,硝化等功能;反硝化池:缺氧,完成反硝化脫氮;沉淀池:固液分離;特點(diǎn):工藝簡單,但難以控制,水質(zhì)也難保證.堿WaterPollutionControlEngineering生物脫氮工藝2.3單級(jí)生物脫氮工藝曝氣反硝化沉淀N2污水202.4前置反硝化工藝,A/O工藝或AN/O(缺氧/好氧工藝anoxic/oxic):反硝化曝氣沉淀反硝化池:缺氧,完成反硝化脫氮曝氣池:好氧條件,完成降解BOD,氨化,硝化反應(yīng)等功能N2出水進(jìn)水硝化液內(nèi)循環(huán)污泥回流生物脫氮工藝WaterPollutionControlEngineering2.4前置反硝化工藝,A/O工藝或AN/O(缺氧/好氧21生物脫氮工藝AN/O工藝特點(diǎn):反硝化反應(yīng)器前置,氨化和硝化在后,不需要外加碳源,反硝化的碳源從污水中得到;亞硝化階段需要的堿度可以得到部分補(bǔ)償,所以通常不需要加堿,反硝化液殘留的有機(jī)物可以進(jìn)一步處理;構(gòu)筑物少,流程簡單;但是出水含硝酸鹽NO3－,脫N效率受限制,高的脫N率需要循環(huán)比大,動(dòng)力消耗大,沉淀池存在反硝化過程,容易污泥上浮.WaterPollutionControlEngineering生物脫氮工藝AN/O工藝特點(diǎn):WaterPollution22生物脫氮理論進(jìn)展三.生物脫氮新理論傳統(tǒng)脫氮理論:硝化和反硝化反應(yīng)分別由硝化菌和反硝化菌作用完成,兩菌對環(huán)境條件的要求不同,這兩個(gè)過程不能同時(shí)發(fā)生,而只能序列式進(jìn)行，即硝化反應(yīng)在好氧條件下,反硝化反應(yīng)在缺氧或厭氧條件下.因此生物脫氮工藝是將缺氧區(qū)與好氧區(qū)分開的分級(jí)硝化反硝化工藝,或在兩個(gè)分離的反應(yīng)器中進(jìn)行,或在時(shí)間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行,以便硝化與反硝化能夠獨(dú)立地進(jìn)行.WaterPollutionControlEngineering生物脫氮理論進(jìn)展三.生物脫氮新理論WaterPollut23生物脫氮理論進(jìn)展3.1同步硝化反硝化：微環(huán)境理論認(rèn)為,由于氧擴(kuò)散的限制,在微生物絮體或者生物膜內(nèi)產(chǎn)生溶解氧梯度,即微生物絮體或生物膜的外表面溶解氧濃度高,深入絮體內(nèi)部,氧傳遞受阻及外部氧的大量消耗,產(chǎn)生缺氧區(qū),從而形成有利于實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的微環(huán)境.宏觀環(huán)境論認(rèn)為，由于氧氣擴(kuò)散速率的限制，曝氣池內(nèi)形成局部缺氧/厭氧環(huán)境.微生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn),存在好氧反硝化細(xì)菌和異養(yǎng)硝化細(xì)菌,打破了傳統(tǒng)理論的硝化反應(yīng)只能由自養(yǎng)細(xì)菌完成和反硝化只能在厭氧條件下進(jìn)行的觀點(diǎn).WaterPollutionControlEngineering生物脫氮理論進(jìn)展3.1同步硝化反硝化：WaterPol24生物脫氮理論進(jìn)展同步硝化反硝化具有以下特點(diǎn)：(1)NO2－無須氧化為NO3－便可直接進(jìn)行反硝化反應(yīng)，因此,整個(gè)反應(yīng)過程加快,水力停留時(shí)間縮短,反應(yīng)器容積減小；(2)亞硝化反應(yīng)僅需75％的氧,需氧量降低,節(jié)約能耗；(3)

硝化菌和反硝化菌在同一反應(yīng)器中同時(shí)工作,脫氮工藝簡化而效能提高；WaterPollutionControlEngineering生物脫氮理論進(jìn)展同步硝化反硝化具有以下特點(diǎn)：WaterPo25生物脫氮理論進(jìn)展(4)將有機(jī)物氧化,硝化和反硝化在反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn),既提高脫氮效果,又節(jié)約曝氣和混合液回流所需的能源；(5)反硝化產(chǎn)生的OH－可以中和硝化產(chǎn)生的部分H+,減少了pH值波動(dòng),使兩個(gè)生物反應(yīng)過程同時(shí)受益,提高了反應(yīng)效率；(6)為反硝化提供了碳源,促進(jìn)同步硝化反硝化的進(jìn)行．WaterPollutionControlEngineering生物脫氮理論進(jìn)展(4)將有機(jī)物氧化,硝化和反硝化在反應(yīng)器26生物脫氮理論進(jìn)展3.2短程硝化反硝化：傳統(tǒng)理論認(rèn)為,生物脫氮需經(jīng)過如下過程：NH4+→NO2–

→NO3–→NO2–

→N2

氨化亞硝化硝化反硝化而短程反硝化就是在硝化過程中造成一定的特殊環(huán)境使NH4+正常硝化到NO2–,而NO2–氧化到NO3–的過程受阻,形成所謂的“NO2–積累”后直接進(jìn)行反硝化,也可稱為不完全硝化反硝化:NH4+→NO2–

→N2WaterPollutionControlEngineering生物脫氮理論進(jìn)展3.2短程硝化反硝化：WaterPoll27生物脫氮理論進(jìn)展實(shí)現(xiàn)短程反硝化的關(guān)鍵在于將NH4+氧化控制在NO2–階段，阻止NO2–的進(jìn)一步氧化，因此，如何持久穩(wěn)定地維持較高濃度的NO2–的積累及影響NO2–積累的因素.因?yàn)橛绊慛積累的控制因素比較復(fù)雜，并且硝化菌能夠迅速地將NO2–轉(zhuǎn)化為NO3–

，所以要將NH4+的氧化成功地控制在亞硝酸鹽階段并非易事.WaterPollutionControlEngineering生物脫氮理論進(jìn)展實(shí)現(xiàn)短程反硝化的關(guān)鍵在于將NH4+氧化控制在28生物脫氮理論進(jìn)展工藝特點(diǎn)：(1)硝化階段可減少25％左右的需氧量，反硝化階段可減少40％左右的有機(jī)碳源，降低了能耗和運(yùn)行費(fèi)用；(2)反應(yīng)時(shí)間縮短，反應(yīng)器容積可減小30％～40％左右；(3)具有較高的反硝化速率(NO2–的反硝化速率通常比NO3－的高63％左右；(4)污泥產(chǎn)量降低(硝化過程可少產(chǎn)污泥33％-35％左右，反硝化過程中可少產(chǎn)污泥55％左右).WaterPollutionControlEngineering生物脫氮理論進(jìn)展工藝特點(diǎn)：WaterPollutionC29生物脫氮理論進(jìn)展SHARON工藝:利用硝化菌在較高的溫度下生長速率低于亞硝化菌這一事實(shí),開發(fā)在較高溫度下實(shí)現(xiàn)生物脫氮處理.工藝的核心是通過污泥齡和反應(yīng)溫度實(shí)現(xiàn)將硝化菌淘汰,但留下亞硝化菌.WaterPollutionControlEngineering生物脫氮理論進(jìn)展SHARON工藝:WaterPolluti30生物脫氮理論進(jìn)展3.3厭氧氨氧化(ANAMMOX)：是指在厭氧條件下,微生物直接以NH4+為電子供體,以NO3–或NO2–為電子受體,將NO3–,NO2–,NH4+直接轉(zhuǎn)變成N2的生物轉(zhuǎn)化過程.反應(yīng)可以如下方式存在：5NH4++3NO3–→4N2+9H2O+2H+(1)

NH4++NO2–→N2+2H2O(2)WaterPollutionControlEngineering生物脫氮理論進(jìn)展3.3厭氧氨氧化(ANAMMOX)：Wa31工藝特點(diǎn)：(1)無需外加有機(jī)物作電子供體,既可節(jié)省費(fèi)用,又可防止二次污染；(2)硝化反應(yīng)每氧化lmolNH4+

耗氧2mol,厭氧氨氧化每氧化lmolNH4+只需要0.75mol氧,耗氧下降62.5％,能耗低；(3)硝化反應(yīng)氧化lmolNH4+

可產(chǎn)生2molH+,反硝化產(chǎn)生lmolOH-,而氨厭氧氧化的生物產(chǎn)酸量降低1/2,產(chǎn)堿量降至為零;(4)在厭氧條件下直接利用NH4+作電子供體,無需供氧,無需外加有機(jī)碳源維持反硝化,無需額外投加酸堿中和試劑,故降低了能耗,節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用,用時(shí)還避免了因投加中和試劑有可能造成的二次污染問題.生物脫氮理論進(jìn)展WaterPollutionControlEngineering工藝特點(diǎn)：(1)無需外加有機(jī)物作電子供體,既可節(jié)省費(fèi)用,又可323.生物除磷原理與工藝3.生物除磷原理與工藝33生物除P機(jī)理生物除磷新技術(shù)生物除磷工藝3.1A/O工藝3.2Phostrip工藝:生物除磷原理與工藝生物除P機(jī)理生物除磷原理與工藝34化學(xué)除磷是利用磷酸鹽與Fe3+,Al3+或Ca2+反應(yīng)形成不溶性沉淀而將溶解性的磷去除的.5Ca2++3PO43–

+OH–=Ca5(PO4)3OHAl3++PO43–=AlPO4Fe3++PO43–=FePO4多余的Fe3+,Al3+或Ca2+繼續(xù)與水或CO32–形成Fe(OH)3,Al(OH)3

或CaCO3等沉淀.化學(xué)法除磷效果較好,去除率高,磷不二次釋放,但形成的含磷污泥較多.WaterPollutionControlEngineering化學(xué)除磷是利用磷酸鹽與Fe3+,Al3+或Ca2+反應(yīng)形成35生物除磷原理一.生物除P機(jī)理：1.1基本過程：厭氧釋放磷，好氧吸收磷厭氧時(shí):厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸菌將污水有機(jī)物轉(zhuǎn)化為乙酸苷；聚P菌將體內(nèi)聚P分解,多余能量吸收揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)化為聚β羥基丁酸(PHB)或PHV等,聚P分解為無機(jī)P釋放到水中.好氧時(shí):聚P菌將PHB分解,多余能量吸收水中溶解性磷酸鹽為ATP并部分轉(zhuǎn)化為聚P并儲(chǔ)存在體內(nèi),即好氧吸P,好氧吸P所吸收的P是過多的,并非生物需要量的P.厭氧產(chǎn)生的PHB多有利于好氧吸收磷。

通過排放高含P的剩余污泥將P從系統(tǒng)中除去.WaterPollutionControlEngineering生物除磷原理一.生物除P機(jī)理：WaterPollu36生物除磷原理示意圖有機(jī)物乙酸苷產(chǎn)酸菌聚磷菌PHB聚磷菌PHB厭氧環(huán)境好氧環(huán)境生物除磷原理WaterPollutionControlEngineering生物除磷原理示意圖有機(jī)物乙酸苷產(chǎn)酸菌聚磷菌PHB聚磷菌PHB37生物除磷原理1.2.生物影響除P因素DO：厭氧反應(yīng)器應(yīng)該盡可能沒有電子受體O2、或NO3-,厭氧需要DO≈0,NO3-≈0,好氧區(qū)需要氧,但曝氣時(shí)間不宜過長,否則P可能重新釋放出來.污水性質(zhì)：BOD/TKN要大,容易生物降解有機(jī)物如低級(jí)脂肪酸對厭氧釋放P過程有利,一些酸堿物質(zhì)等有利于厭氧釋放P.WaterPollutionControlEngineering生物除磷原理1.2.生物影響除P因素WaterPollu38生物除磷新技術(shù)反硝化除磷技術(shù)是指反硝化除磷菌(DenitrifyingPhosphorusremovalBacteria，DPB)經(jīng)厭氧釋磷后，在缺氧條件下以硝酸鹽作為吸磷的電子受體，同步實(shí)現(xiàn)脫氮和除磷.特點(diǎn):緩解了反硝化和釋磷對耗氧有機(jī)物(以COD計(jì))的需求矛盾,PHB一碳兩用;克服了硝酸鹽對磷釋放的不利影響,硝酸鹽電子手體,節(jié)省氧量;反硝化菌和聚磷菌(PAO)所需的最佳SRT相抵觸等矛盾.WaterPollutionControlEngineering生物除磷新技術(shù)反硝化除磷技術(shù)是指反硝化除磷菌(Denitri39三、生物除磷工藝3.1AP/O工藝A/O工藝(anaerobic/oxic)是厭氧/好氧工藝,工藝簡單,水不內(nèi)循環(huán),比較與生物脫N的A/O工藝異同.厭氧池-釋放P,有機(jī)物厭氧分解;曝氣池-吸收P,去除BOD;沉淀池-泥水分離.厭氧池曝氣池沉淀池進(jìn)水出水剩余污泥回流污泥生物除磷工藝WaterPollutionControlEngineering三、生物除磷工藝厭氧池曝氣池沉淀池403.2Phostrip工藝:是化學(xué)除磷與生物除磷相結(jié)合的工藝,工藝流程:生物除磷工藝WaterPollutionControlEngineering厭氧池曝氣池沉淀池進(jìn)水出水剩余污泥回流污泥混合池?cái)嚢璩爻恋砘瘜W(xué)污泥石灰3.2Phostrip工藝:生物除磷工藝WaterP41Phostrip工藝特點(diǎn):除磷效果好,除磷穩(wěn)定,一般出水磷濃度達(dá)到1mg/L以下,但是沒有脫氮的功能;污泥含磷率高,可以作為肥料使用;工藝流程復(fù)雜,管理難度高,需氧投加石灰,基建和運(yùn)行費(fèi)用較大,生物除磷工藝WaterPollutionControlEngineeringPhostrip工藝特點(diǎn):生物除磷工藝WaterPollu424.同步生物脫氮除磷工藝4.同步生物脫氮除磷工藝43同步生物脫N與除P工藝(1)A/A/O工藝(2)Bardenpho工藝(3)UCT工藝(4)Johannesburg工藝(5)SBR工藝(6)氧化溝工藝同步脫N除P工藝WaterPollutionControlEngineering同步生物脫N與除P工藝同步脫N除P工藝WaterPollu44同步脫N除P工藝同步生物脫N與除P生物脫N與除P要求的環(huán)境條件接近，脫N是缺氧與好氧交替，除P是厭氧與好氧交替，所以在工藝上可以實(shí)現(xiàn)既脫N又除P的功能。WaterPollutionControlEngineering同步脫N除P工藝同步生物脫N與除PWaterPolluti45同步脫N除P工藝同步生物脫N除P工藝:(1)

A/A/O工藝,A2/O工藝,厭氧/缺氧/好氧工藝.特點(diǎn)：最簡潔的同步生物脫N除P工藝,構(gòu)筑物少,兩個(gè)A池需要慢速攪拌,不需外加碳源和堿度,運(yùn)行費(fèi)用低,脫N除P效果不高.WaterPollutionControlEngineering同步脫N除P工藝同步生物脫N除P工藝:WaterPollu46同步脫N除P工藝

第一A池(anaerobic)-厭氧池,釋放P和部分有機(jī)物厭氧分解；第二A池(anoxic)-缺氧池,生物脫N,NO3－來自回流；O池(oxic)-好氧池,有機(jī)物降解,氨化,亞硝化,硝化,吸收P；沉淀池-污泥與水分離。厭氧池缺氧池沉淀池進(jìn)水出水剩余污泥回流污泥好氧池A/A/O工藝流程圖WaterPollutionControlEngineering同步脫N除P工藝第一A池(anaerobic)-厭氧池,47同步脫N除P工藝

倒置A2/O工藝：第一A池(anaerobic)-缺氧池,生物脫N,NO3－來自回流；第二A池(anoxic)-厭氧池,釋放P和部分有機(jī)物厭氧分解；O池(oxic)-好氧池功能；沉淀池-功能。缺氧池厭氧池沉淀池進(jìn)水出水剩余污泥回流污泥好氧池倒置A2/O工藝流程圖WaterPollutionControlEngineering沉同步脫N除P工藝倒置A2/O工藝：第一A池(anaero48(2)

Bardenpho工藝四級(jí)串連工藝,即缺氧/好氧/缺氧/好氧工藝,理解為兩級(jí)串連的A/O工藝,第一級(jí)A/O工藝設(shè)置污水回流.特點(diǎn):脫N效果好,除P一般,工藝較復(fù)雜,構(gòu)筑物較多.WaterPollutionControlEngineering同步脫N除P工藝(2)Bardenpho工藝WaterPolluti49Bardenpho工藝流程圖WaterPollutionControlEngineering缺氧池沉淀池進(jìn)水出水剩余污泥回流污泥好氧池缺氧池好氧池回流污水第一缺氧池-脫N釋放P;第一好氧池-BOD降解,吸收P,硝化(程度低)；第二缺氧池-脫N釋放P;第二好氧池-吸收P,硝化,BOD降解。同步脫N除P工藝Bardenpho工藝流程圖WaterPollution50改進(jìn)的Bardenpho工藝流程圖:厭氧池:釋放磷;第一缺氧池-脫N釋放P;第一好氧池-BOD降解,吸收P,硝化(程度低)；第二缺氧池-脫N釋放P;第二好氧池-吸收P,硝化,BOD降解,除N2功能。強(qiáng)化了除磷的功能,但構(gòu)筑物多,工藝復(fù)雜.同步脫N除P工藝WaterPollutionControlEngineering厭沉進(jìn)水出水剩余污泥回流污泥好缺好回流污水缺改進(jìn)的Bardenpho工藝流程圖:同步脫N除P工藝Wate51同步脫N除P工藝(3)UCT工藝，厭氧/缺氧/好氧工藝。避免(AAO工藝)厭氧池由于污泥回流帶入的少量NO3-給釋放P的影響；厭氧池的污泥減少由缺氧池回流補(bǔ)充(但是回流污泥濃度不高，造成厭氧池MLSS低).厭氧池缺氧池沉淀池進(jìn)水出水剩余污泥回流污泥好氧池回流1回流2WaterPollutionControlEngineering同步脫N除P工藝(3)UCT工藝，厭氧/缺氧/好氧工藝。厭52同步脫N除P工藝(4)Johannesburg工藝(約翰內(nèi)斯堡)減少回流,缺氧池有足夠的水力時(shí)間,厭氧池NO3-濃度低,效率高.缺氧池1厭氧池沉淀池進(jìn)水出水剩余污泥回流污泥好氧池缺氧池2WaterPollutionControlEngineering缺氧池1,僅處理回流污泥，體積小同步脫N除P工藝(4)Johannesburg工藝(約翰53(5)

SBR工藝:1.反硝化脫N;2.釋放P,有機(jī)物厭氧分解;3.有機(jī)物好氧分解,吸收P,BOD降低,氨化;4.吸收P,亞硝化,硝化;5.泥水分離具有較高的脫N除P效率,運(yùn)行靈活,工藝簡潔WaterPollutionControlEngineering缺氧厭氧好氧好氧沉淀12345進(jìn)水出水排泥同步脫N除P工藝(5)SBR工藝:WaterPollutionCon54(6)

氧化溝工藝:特點(diǎn):推流與完全混合工藝特點(diǎn);DO存在濃度梯度,具有顯著的脫氮功能,有除磷效果;出水水質(zhì)好;形式:Carrousel氧化溝.Orbal氧化溝.

一體化氧化溝。同步脫N除P工藝WaterPollutionControlEngineering(6)氧化溝工藝:同步脫N除P工藝WaterPollu55同步脫N除P工藝同步生物脫N除P工藝存在問題：①生物脫N要求低的污泥負(fù)荷,長的泥齡,而生物除P要求高的負(fù)荷,較低的泥齡.②為了脫N效果,要充分曝氣以完成硝化過程,會(huì)對吸收P產(chǎn)生不利影響,生物脫N必須的NO3－對生物除P的過程有抑制作用,解決此問題則工藝復(fù)雜.③同步生物脫N除P在沉淀池前為好氧池,有部分NO3－不能去除,只能依靠加大回流來提高脫N效率,動(dòng)力消耗大.④系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力低.WaterPollutionControlEngineering同步脫N除P工藝同步生物脫N除P工藝存在問題：WaterP56N,P處理主要問題1.傳統(tǒng)工藝要同時(shí)獲得高的N,P去除率有困難,NP同時(shí)高的污水需采取其他措施;需要雙污泥系統(tǒng),工藝過分復(fù)雜.2.出水TP和TN超標(biāo)與污泥沉降不完全有很大關(guān)系(BOD5也是),改善沉降性能或外加過濾措施;3.與進(jìn)水的TN和TP相比,傳統(tǒng)工藝的碳源相對不足,工藝需要改進(jìn)和完善.WaterPollutionControlEngineeringN,P處理主要問題1.傳統(tǒng)工藝要同時(shí)獲得高的N,P去除率有575.脫氮除磷工藝設(shè)計(jì)5.脫氮除磷工藝設(shè)計(jì)58脫N除P工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算1.生物脫氮設(shè)計(jì)計(jì)算1.1水質(zhì)要求1.2脫氮設(shè)計(jì)計(jì)算1.3設(shè)計(jì)舉例2.生物除磷設(shè)計(jì)計(jì)算脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算脫N除P工藝計(jì)算WaterPollu59脫N除P工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算：1.生物脫氮設(shè)計(jì)計(jì)算確定污水水質(zhì)參數(shù)；根據(jù)污水性質(zhì)選擇合適的脫N除P工藝；計(jì)算各反應(yīng)器容積和水力停留時(shí)間；計(jì)算需要氧的量；計(jì)算堿度。WaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算脫N除P工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算：WaterPollutionCo601.1水質(zhì)要求:1.脫氮時(shí)，污水中的五日生化需氧量與總凱氏氮之比宜大于4；2.除磷時(shí)，污水中的五日生化需氧量與總磷之比宜大于17；3.同時(shí)脫氮、除磷時(shí)，宜同時(shí)滿足前兩款的要求；4.好氧區(qū)（池）剩余總堿度宜大于70mg/L（以CaCO3

計(jì)），當(dāng)進(jìn)水堿度不能滿足上述要求時(shí)，應(yīng)采取增加堿度的措施。脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering1.1水質(zhì)要求:脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutio611.2脫氮設(shè)計(jì)計(jì)算:當(dāng)僅需脫氮時(shí)，宜采用缺氧∕好氧法（AN/O法）。1.生物反應(yīng)池的容積，按活性污泥法一般公式計(jì)算時(shí)，反應(yīng)池中缺氧區(qū)（池）的水力停留時(shí)間宜為0.5～3h。2.生物反應(yīng)池的容積，采用硝化、反硝化動(dòng)力學(xué)計(jì)算時(shí)，按下列規(guī)定計(jì)算。脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering1.2脫氮設(shè)計(jì)計(jì)算:脫N除P工藝計(jì)算WaterPollut62脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionContro63脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionContro641)缺氧區(qū)(池)容積，可按下列公式計(jì)算：

Vn

=Nk-進(jìn)水凱氏氮濃度(總氮更妥Nt)Nte-出水總氮濃度Kde-脫氮速率,溫度校正:

Kde(T)=Kde(20)·1.08(T-20)0.12-活性污泥的N元素占污泥VSS的比例脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering1)缺氧區(qū)(池)容積，可按下列公式計(jì)算：脫N除P工藝計(jì)算W652)好氧區(qū)(池)容積，可按下列規(guī)定計(jì)算：

V=其他并無差異,污泥齡:

θco=·FF:安全系數(shù),μn硝化菌比增殖速率脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering2)好氧區(qū)(池)容積，可按下列規(guī)定計(jì)算：脫N除P工藝計(jì)算W66硝化菌比增殖速率:μnm硝化菌最大比增殖速率;Na硝化菌的底物濃度,即NH3濃度;Kn硝化反應(yīng)的半速度常數(shù);DO溶解氧濃度Ko溶解氧影響的開關(guān)系數(shù);Kdn硝化菌的內(nèi)源代謝系數(shù)。脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering硝化菌比增殖速率:脫N除P工藝計(jì)算WaterPolluti67硝化池內(nèi)DO濃度較高，如果忽略內(nèi)源代謝，忽略溶解氧影響的開關(guān)系數(shù)，再考慮溫度影響：脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering硝化池內(nèi)DO濃度較高，如果忽略內(nèi)源代謝，忽略溶解氧影響的開關(guān)683）需氧量計(jì)算：與一般的活性污泥相比，增加了因?yàn)橄趸枰难?，該部分就是凱氏氮的去除總量×氮的氧當(dāng)量系數(shù)4.57:氮的總?cè)コ浚核孕柩趿?生物脫氮工藝的理論需氧量)：脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering3）需氧量計(jì)算：脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutio69如果工藝具有前置反硝化(或反應(yīng)器不分開)，則由于反硝化可以以NO3－代謝掉部分有機(jī)物，所以這部分“節(jié)省”的氧應(yīng)該扣除(除非外加碳源)：

Nk0，Nke分別為進(jìn)水出水凱氏氮濃度；Nt0，Nte分別為進(jìn)水出水總氮濃度。脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering如果工藝具有前置反硝化(或反應(yīng)器不分開)，則由于反硝化可以以704.57:1mol的氨N(14g)徹底氧化需要轉(zhuǎn)移8mol電子,即2molO2(64g)64/14=4.572.86:1mol硝酸根還原轉(zhuǎn)移5mol電子,即1.25molO2(40g)40/14=2.86WaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算4.57:WaterPollutionControlE714）混合液回流比，可按下列公式計(jì)算：假設(shè)理想反應(yīng)器(AN/O工藝)，有機(jī)N和氨N在好氧反應(yīng)器內(nèi)可以完全氧化為NO3-；回流到缺氧反應(yīng)器的NO3-可以完全被反硝化為N2：則，好氧反應(yīng)器O的末端出水硝酸鹽N的總量，是濃度Nte與流量的積：(Ri＋R+1)Q·Nte與原進(jìn)水總N量相等：Q·Nt0(Ri＋R+1)Q·Nte=Q·Nt0脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering4）混合液回流比，可按下列公式計(jì)算：脫N除P工藝計(jì)算Wate72(Ri＋R+1)Q·Nte＝Q·Nt0(Ri＋R+1)Nte＝Nt0

=N％去除率

加大回流比可以提高N去除率,一般Ri<400%.如假設(shè)R為0.5,則Ri=4,去除率81.8%Ri=5,去除率84.6%脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering(Ri＋R+1)Q·Nte＝Q·Nt0脫N除P工藝計(jì)算Wat73出水堿度=進(jìn)水堿度+0.1×(S0-Se)+3.57×反硝化去除的N–7.14×氨氧化的N出水堿度宜大于70mg/L。脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering出水堿度=進(jìn)水堿度+0.1×(S0-Se)+3.57×反硝741.3設(shè)計(jì)舉例:1).A2O工藝(規(guī)范建議同步脫氮除磷選擇工藝)2).氧化溝工藝脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering1.3設(shè)計(jì)舉例:脫N除P工藝計(jì)算WaterPolluti75脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering1).A2O工藝脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionContro76例題：流量,平均日20000m3，進(jìn)水：COD-450,BOD5-185,SS-250,TKN-40,TP-5出水：COD-70,BOD-20,SS-20,TN-15,TP-1先計(jì)算污水設(shè)計(jì)流量:一級(jí)構(gòu)筑物Kz為1.59;生化處理構(gòu)筑物Kz為1.30.二級(jí)生化處理構(gòu)筑物反應(yīng)器容積計(jì)算方法：方法1：按照反硝化速率和硝化菌比增殖速率；方法2：按照污泥負(fù)荷.WaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算例題：流量,平均日20000m3，WaterPolluti77方法1：按照反硝化速率和硝化菌比增殖速率：(1):厭氧池計(jì)算：水力時(shí)間V=QtQ為設(shè)計(jì)流量,Q=平均流量·變化系數(shù)，t為水力停留時(shí)間，h。t取2.0h，變化系數(shù)取1.3，平均流量833m3/hV=833·1.3·2.0=2166m3厭氧池容積2166m3,水力停留時(shí)間2.0hWaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算方法1：按照反硝化速率和硝化菌比增殖速率：WaterPol78回流污泥濃度與SVI：SVI=SV/MLSS，曝氣池的MLSS曝氣池MLSS/沉淀池下部污泥區(qū)的污泥濃度MLSS=SVMLSS曝/MLSS沉=SVSVI==1/MLSS沉=1/Xr(Xr回流污泥濃度)如SVI=100mL/g,則回流污泥濃度=1/100mL·g-1=1g/100mL=10000mg/L，如SVI=80mL/g,則回流污泥濃度=1/80mL·g-1=1.25g/100mL=12500mg/L。WaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算回流污泥濃度與SVI：WaterPollutionCon79反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度：X=[r/(1+r)]XrX反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度，r污泥回流比,取0.4，Xr回流污泥濃度X=Xr,SVI取75，則Xr=13333mg/LSV取30％，X=4000mg/L,MLVSS=0.7·4000=2800mg/LWaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度：WaterPollutionContr80

(2).缺氧池計(jì)算：反硝化速率V=Q設(shè)計(jì)流量，Nk、Nte分別為進(jìn)水TKN,出水TKN,Kde反硝化脫N速率反硝化脫N速率溫度校正：Kde(T)=Kde(20)·1.08(T-20)

?Xv＝Q(S0-Se)Yobs＝20000(185-20)0.4=1320kg/d表觀產(chǎn)率系數(shù)取0.4WaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算(2).缺氧池計(jì)算：反硝化速率WaterPollutio81內(nèi)源代謝系數(shù)Kde取0.05水力停留時(shí)間3511/1083=3.2hWaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算內(nèi)源代謝系數(shù)Kde取0.05WaterPollution82(3)好氧池計(jì)算：水力時(shí)間,根據(jù)硝化菌計(jì)算出水NH3-N濃度取1mg/L,半速度常數(shù)為1mg/L,忽略溶解氧開關(guān)系數(shù)，內(nèi)源代謝系數(shù)取0.02:WaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算(3)好氧池計(jì)算：水力時(shí)間,根據(jù)硝化菌計(jì)算WaterPol83WaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算安全系數(shù)取2.0水力停留時(shí)間5700/1083=5.3hWaterPollutionControlEngine84脫N除P工藝計(jì)算方法1結(jié)果:厭氧池:2166m3,水力停留時(shí)間2.0h缺氧池:3511m3,水力停留時(shí)間3.2h好氧池:5700m3,水力停留時(shí)間5.3h合計(jì):11377m3,水力停留時(shí)間10.5hWaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算方法1結(jié)果:WaterPollution852．按照污泥負(fù)荷厭氧池計(jì)算同上述方法；缺氧好氧池(A/O)計(jì)算：作為整體，按污泥負(fù)荷計(jì)算，VAO=N0污泥容積負(fù)荷(kgBOD5/kgMLVSS·d)，X污泥濃度，MLVSS。注意污泥濃度單位的一致。WaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算2．按照污泥負(fù)荷WaterPollutionContro86VAO=按照A池:O池=1:3的比例計(jì)算各自的容積：VA=2553m3VO=7660m3

WaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算VAO=87脫N除P工藝計(jì)算方法2結(jié)果:厭氧池:2166m3,水力停留時(shí)間2.0h缺氧池:2553m3,水力停留時(shí)間2.36h好氧池:7660m3,水力停留時(shí)間7.07h合計(jì):12380m3,水力停留時(shí)間11.4hWaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算方法2結(jié)果:WaterPollution882).氧化溝工藝(Carrousel):Q=40000m3/d,進(jìn)水:BOD5=200mg/L,TSS=240mg/L,VSS=200mg/L;TKN=35mg/L;堿度=250mg/L(以CaCO3計(jì))出水:BOD5=30mg/L,TSS=30mg/L,NH3-N=2mg/L;NO3--N=10mg/L.設(shè)2組氧化溝,MLSS取4000mg/L,f=0.7.池內(nèi)DO濃度為2.0mg/L,產(chǎn)率系數(shù)0.5,內(nèi)源代謝系數(shù)0.05.設(shè)計(jì)溫度以10度計(jì)算脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering2).氧化溝工藝(Carrousel):脫N除P工藝計(jì)算Wa89(1).計(jì)算污泥齡:

脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineeringKn=100.051T-1.158=0.225mg/L出水氨濃度Na:2.0mg/L溶解氧開關(guān)系數(shù):0.45-2mg/L,這里取2.(1).計(jì)算污泥齡:脫N除P工藝計(jì)算WaterPollu90污泥齡,安全系數(shù)取2.5:

θco=·F=25.4d為更安全，污泥齡取30d.脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering校正溫度：脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionContro91(2)計(jì)算反應(yīng)器容積:

脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering考慮反硝化需要的容積:

經(jīng)過計(jì)算V=9009m3合計(jì)容積:23580m3

水力停留時(shí)間:14.1h(2)計(jì)算反應(yīng)器容積:脫N除P工藝計(jì)算WaterPoll92(3)計(jì)算剩余污泥:脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering(3)計(jì)算剩余污泥:脫N除P工藝計(jì)算WaterPollut93(4)計(jì)算需氧量:脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering(4)計(jì)算需氧量:脫N除P工藝計(jì)算WaterPolluti94(5)計(jì)算堿度對于脫N工藝,為了滿足反應(yīng)的需要,pH以7.2為最佳,出水堿度宜在100mg/L以上.出水堿度=進(jìn)水堿度+0.1×(S0-Se)+3.57×反硝化去除的N–7.14×氨氧化的N出水堿度=250+0.1×(170)+3.57×19–7.14×29=128mg/L經(jīng)過計(jì)算進(jìn)水總N中約有4mg/L氮轉(zhuǎn)化為生物體在屬剩余污泥中,這部分可不予計(jì)算.剩余污泥1360kg/d約12%含N,163.2kg/d,相當(dāng)于進(jìn)水4.08mg/L滿足規(guī)定,可不要加入堿脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering(5)計(jì)算堿度脫N除P工藝計(jì)算WaterPollution952.

生物除磷設(shè)計(jì)計(jì)算當(dāng)僅需除磷時(shí)，宜采用厭氧∕好氧法（AP/O法）。1生物反應(yīng)池的容積，按活性污泥一般公式計(jì)算時(shí)，反應(yīng)池中厭氧區(qū)（池）和好氧區(qū)（池）之比，宜為1:2～1:3；2生物反應(yīng)池中厭氧區(qū)（池）的容積，可按下列公式計(jì)算：

Vp=tpQtp是厭氧區(qū)停留時(shí)間.脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering2.生物除磷設(shè)計(jì)計(jì)算脫N除P工藝計(jì)算WaterPollu96脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionControlEngineering脫N除P工藝計(jì)算WaterPollutionContro971.敘述生物脫氮和生物除磷的原理,并比較生物脫氮的A/O工藝和生物除磷的A/O工藝有何異同？2.設(shè)計(jì)出一種具有同步生物脫N與除P功能的污水處理工藝,并注明各反應(yīng)器的名稱與主要功能.3.下列哪種工藝不具有同步脫N除P的效果？()(A)UCT工藝;(B)A/A/O工藝;(C)Phostrip工藝;(D)SBR工藝.作業(yè):1.敘述生物脫氮和生物除磷的原理,并比較生物脫氮的A/O98謝謝！謝謝！99水污染控制工程唐玉朝安徽建筑工業(yè)學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系E-mail:tangyc@DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,AnhuiUniversityofArchitectureCopyrightReserved!水污染控制工程唐玉朝100第六節(jié)

生物脫氮與除磷第六節(jié)101內(nèi)容

1.概述2.生物脫氮原理與工藝3.生物除磷原理與工藝4.同步脫氮除磷工藝5.脫氮除磷工藝設(shè)計(jì)計(jì)算WaterPollutionControlEngineering內(nèi)容1.概述WaterPollutionContro1021.概述

水體富營養(yǎng)化是當(dāng)前水環(huán)境污染面臨的重大問題，富營養(yǎng)化造成水質(zhì)惡化，生態(tài)平衡破壞，魚類和水生生物死亡，還對飲用水安全造成嚴(yán)重的威脅，危害人類健康.氮(N)和磷(P)是引起水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵的物質(zhì)，低濃度的N和P即可以引起富營養(yǎng)化，(如湖泊地面水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)P的濃度為0.01mg/L).因而，污水處理時(shí)如何利用生物技術(shù)能將N,P物質(zhì)去除是當(dāng)今污水處理的重要內(nèi)容，尤其是磷的去除.WaterPollutionControlEngineering1.概述水體富營養(yǎng)化是當(dāng)前水環(huán)境污染面臨的重大1031.概述含N化合物在水中存在形態(tài)，有機(jī)N、氨N、亞硝酸鹽N、硝酸鹽N?？偟?TN)是四種含N化合物和；凱氏氮(KN)是有機(jī)N與氨N。城市污水經(jīng)過傳統(tǒng)的二級(jí)生化處理，有機(jī)物可以轉(zhuǎn)化為CO2,H2O等,但是有機(jī)物中的氮不能有效去除，少部分可以通過同化作用轉(zhuǎn)化為生物細(xì)胞有機(jī)體組分(通過剩余污泥)而去除，大部分只能轉(zhuǎn)化為溶解性的無機(jī)氮,(一般為NH3,有少量NO2-,NO3-),無法從水中直接去除，生物脫N是通過將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為不溶解于水的N2而從水中去除的.WaterPollutionControlEngineering1.概述含N化合物在水中存在形態(tài)，有機(jī)N、氨N、亞硝酸鹽N、1041.概述二級(jí)污水處理工藝活性污泥對N去除率按照BOD:N=100:5:1計(jì)算，城市污水進(jìn)水BOD一般可達(dá)到200mg/L左右，這樣以微生物需要的營養(yǎng)計(jì)算，則剩余污泥可以去除10mg/L的氮和2mg/L左右的磷(存在污泥中,不同的工藝有差異)。以同化作用將N,P轉(zhuǎn)移出污水系統(tǒng)。(微生物利用的NP還會(huì)因內(nèi)源代謝釋放)高濃度工業(yè)廢水的氮可以用物理吹脫，低濃度的飲用水氮一般以化學(xué)方法(加氯氧化)去除，污水氮一般以生物方法去除。如果同時(shí)富含高濃度磷，則常形成磷酸鎂銨作為化學(xué)肥料回收。WaterPollutionControlEngineering1.概述二級(jí)污水處理工藝活性污泥對N去除率按照BOD:N=11051.概述化學(xué)方法脫N(折點(diǎn)加氯)：NH4++HOCl=NH2Cl+H++H2ONH2Cl+HOCl=NHCl2+H2ONHCl2+HOCl=NCl3+H2O2NH2Cl+HOCl＝N2+3HCl+H2O余氨的吹脫(針對氨)：游離的氨容易揮發(fā)，可以空氣吹脫到大氣中去.WaterPollutionControlEngineering1.概述化學(xué)方法脫N(折點(diǎn)加氯)：WaterPolluti1062.生物脫氮原理與工藝2.生物脫氮原理與工藝107一.生物脫氮原理1.1生物脫氮基本過程1.2影響生物脫氮的環(huán)境因素二.生物脫氮工藝2.1三級(jí)生物脫氮工藝2.2兩級(jí)生物脫氮工藝2.3單級(jí)生物脫氮工藝

2.4A/O工藝三.生物脫氮新理論3.1同步硝化反硝化;3.2短程硝化反硝化;3.3厭氧氨氧化2.生物脫氮原理工藝WaterPollutionControlEngineering一.生物脫氮原理2.生物脫氮原理工藝WaterPoll108生物脫氮原理一.生物脫氮原理

除同化作用可以部分除氮,生物脫氮主要由反硝化過程實(shí)現(xiàn).1.1基本過程:

氨化:在氨化菌作用下,有機(jī)物中的氮被轉(zhuǎn)化為氨氮,有機(jī)物同時(shí)得到降解：

有機(jī)N→NH3

硝化:分為兩個(gè)步驟--亞硝化和硝化.在好氧條件下,亞硝化菌將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2－,進(jìn)一步在硝化菌作用下轉(zhuǎn)化為NO3－:

NH4++1.5O2→NO2－+2H++H2O(亞硝化)

NO2－+0.5O2→NO3－(硝化)

總反應(yīng):NH4++2O2→NO3－+2H++H2OWaterPollutionControlEngineering生物脫氮原理一.生物脫氮原理WaterPollution109生物脫氮原理

反硝化:在缺氧條件下,反硝化菌作用將NO3－轉(zhuǎn)化為N2(異化反硝化,占96％)或生物體(同化反硝化,占4％).

6NO3－+5C→3N2+6OH－+H2O+5CO2

NO3－→NO2－→NO→N2O→N2

NO3－+C+H+→C5H7O2N+H2ONO3－→NO2－→有機(jī)含N物質(zhì)異化同化WaterPollutionControlEngineering生物脫氮原理反硝化:在缺氧條件下,反硝化菌作用將NO3－110生物脫氮原理1.2.影響生物脫氮的因素

氨化:

氨化菌是異養(yǎng)菌,對環(huán)境條件要求不苛刻,好氧或厭氧均可,對酸堿,溫度的適應(yīng)范圍寬.

WaterPollutionControlEngineering生物脫氮原理1.2.影響生物脫氮的因素WaterPoll111生物脫氮原理(亞)硝化:亞硝化菌和硝化菌均為化能自養(yǎng)菌.(A).溶解氧,需要好氧的條件,DO>2,每mol氨經(jīng)過亞硝化需1.5molO2,硝化需0.5molO2(B).酸堿,中性或弱堿性(亞硝化產(chǎn)生酸!),最宜在pH8.0-8.4左右.(C).溫度,20-30℃最佳(15℃迅速降低,5℃反應(yīng)停止).(D).C/N比，BOD低才能維持硝化菌生長(異養(yǎng)微生物競爭,BOD越高硝化菌比例越小)WaterPollutionControlEngineering生物脫氮原理(亞)硝化:WaterPollutionCo112生物脫氮原理反硝化:

反硝化菌是異養(yǎng)菌,兼性厭氧菌.(A).碳源(外加,利用污水有機(jī)物,或內(nèi)源呼吸)(B).酸堿,pH最宜在6.5-7.5(C).溶解氧,需少的DO或間歇有氧缺氧,DO<0.5mg/L,DO過高則直接以好氧呼吸(D).溫度,20-40℃,低于15℃反應(yīng)迅速降低由于硝化菌和反硝化菌世代時(shí)間長,所以反應(yīng)器內(nèi)生物停留時(shí)間要長,即污泥齡要長WaterPollutionControlEngineering生物脫氮原理反硝化:WaterPollutionCont113生物脫氮原理生物脫氮的過程比較過程氨化亞硝化硝化反硝化(異化)能源有機(jī)物NH4+NO2－碳源H受體O2O2O2NO3－,NO2－DO范圍寬好氧好氧缺氧,<0.5堿度變化產(chǎn)生NH31MNH4+產(chǎn)生2MH+不變1MNO3－產(chǎn)生1MOH－需氧情況1gBOD需1.5gO2氧化1MNH4+需1.5MO2氧化1MNO2－需0.5MO2需NO2－或NO3－WaterPollutionControlEngineering生物脫氮原理生物脫氮的過程比較過程氨化亞硝化硝化反硝化(異化114生物脫氮工藝二.生物脫氮工藝2.1：Barth三級(jí)(段)生物脫N工藝第一段--氨化.去除BOD和COD,進(jìn)行曝氣,有機(jī)N轉(zhuǎn)化為氨氮；第二段--亞硝化和硝化,氨N轉(zhuǎn)化為NO3－,需要加堿；第三段--反硝化,NO3－轉(zhuǎn)化為N2氣,必須外加碳源(加甲醇或引污水),否則效率低,需攪拌.WaterPollutionControlEngineering生物脫氮工藝二.生物脫氮工藝WaterPollution115Barth三級(jí)(段)生物脫N工藝流程:曝氣硝化反硝化堿N2碳源曝氣池:降解BOD,有機(jī)物分解(氨化)硝化池:硝化反應(yīng),NH3轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮,降解BOD(亞硝化,硝化)反硝化池:脫N(反硝化),需攪拌沉淀池:固液分離.生物脫氮工藝沉沉沉出水進(jìn)水WaterPollutionControlEngineeringBarth三級(jí)(段)生物脫N工藝流程:曝氣硝化反硝化堿N2碳116Barth三級(jí)(段)生物脫N工藝特點(diǎn):

1.各段在各自的反應(yīng)器下完成,可控制各個(gè)反應(yīng)器最適宜的條件；2.脫氮率較高；

3.反應(yīng)器多構(gòu)筑物多,需外加碳源和堿,造價(jià)高,管理也不便.生物脫氮工藝WaterPollutionControlEngineeringBarth三級(jí)(段)生物脫N工藝特點(diǎn):生物脫氮工藝W1172.2兩級(jí)(段)生物脫N工藝:曝氣反硝化堿N2碳源生物脫氮工藝沉沉出水進(jìn)水曝氣池:降解BOD,有機(jī)物分解(氨化),(亞)硝化反應(yīng),NH3轉(zhuǎn)化為硝態(tài)N；反硝化池:缺氧,完成反硝化脫N；沉淀池:固液分離.WaterPollutionControlEngineering2.2兩級(jí)(段)生物脫N工藝:曝氣反硝化堿N2碳源生物脫118生物脫氮工藝2.3單級(jí)生物脫氮工藝曝氣反硝化沉淀N2污水或甲醇出水進(jìn)水污泥回流曝氣池:好氧條件,完成降解BOD,氨化,硝化等功能;反硝化池:缺氧,完成反硝化脫氮;沉淀池:固液分離;特點(diǎn):工藝簡單,但難以控制,水質(zhì)也難保證.堿WaterPollutionControlEngineering生物脫氮工藝2.3單級(jí)生物脫氮工藝曝氣反硝化沉淀N2污水1192.4前置反硝化工藝,A/O工藝或AN/O(缺氧/好氧工藝anoxic/oxic):