污水脫氮工藝全

污水脫氮工藝介紹（全）污水脫氮工藝全1.水體中氮素的來源與危害2.氮素污染控制3.生物脫氮原理4.生物脫氮技術(shù)

內(nèi)容提要5.生物脫氮新工藝污水脫氮工藝全1.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

水體污水脫氮工藝全污染源水體中氮素的來源與危害點(diǎn)源

(Pointsources)非點(diǎn)源，面源

(Non-pointsources)通過排放口

集中排放污染物主要通過

徑流過程點(diǎn)源污染

(Pointsourcepollution)非點(diǎn)源污染，面源污染

(Non-pointsourcepollution)城市污水

工業(yè)廢水等地表徑流，養(yǎng)魚投餌

降塵，降雨等污水脫氮工藝全2.氨氮廢水的工業(yè)來源水體中氮素的來源與危害有機(jī)氮廢水的工業(yè)來源及其濃度來源有機(jī)氮濃度（mg/L）糞肥400~1000糖廠180來源有機(jī)氮濃度（mg/L）紡織廢水8制藥廢水500鍋爐渣洗水10~260污水脫氮工藝全2.氨氮廢水的工業(yè)來源水體中氮素的來源與危害來源氨氮濃度（mg/L)焦?fàn)t廢水:

稀氨水氨蒸餾出水4000~500050~200煤的氣化廢水:

焦碳無煙煤褐煤100010002500氨氮廢水的工業(yè)來源及其濃度污水脫氮工藝全2.氨氮廢水的工業(yè)來源水體中氮素的來源與危害氨氮廢水的工業(yè)來源及其濃度來源氨氮濃度(mg/L)化肥廢水:

氨和尿素生產(chǎn)氨-硝酸廢水混合化肥200~940130600鐵-錳高爐廢水110發(fā)電廠清洗水2800煉油廢水600~1400酒廠廢水110~380制革廢水80~160污水脫氮工藝全2.氨氮廢水的工業(yè)來源水體中氮素的來源與危害氨氮廢水的工業(yè)來源及其濃度來源氨氮濃度(mg/L)膠合板廢水400~450味精廢水1000制藥廢水90羊毛加工廢水160脂肪提煉廠125肉類加工廠50~80畜禽廢水200~4000污水脫氮工藝全3.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=15~18%)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)污水脫氮工藝全水體中氮素的來源與危害氨氮(NH3-N,NH4+-N)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污水脫氮工藝全水體中氮素的來源與危害4.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

赤潮污水脫氮工藝全1998年渤海灣赤潮污水脫氮工藝全2004年6月

浙江近海污水脫氮工藝全2009年中國近海赤潮情況海洋赤潮發(fā)生的原因20世紀(jì)末中國海洋水質(zhì)污水脫氮工藝全水體中氮素的來源與危害4.氮素污染的危害

增加了給水處理的成本；

例如：加氯消毒8～10gCl2/gNH3-N

引起水體缺氧；14gN64gO2每氧化1gNH4-N為NO3-N，共需要氧4.57g污水脫氮工藝全水體中氮素的來源與危害

氨氮對水生生物有毒游離氨>1mg/L游離氨

FreeAmmonium25℃時，氨的離解常數(shù)為1.8×10-5污水脫氮工藝全水體中氮素的來源與危害pH和溫度的升高將增強(qiáng)氨氮的毒性？污水脫氮工藝全水體中氮素的來源與危害

硝酸鹽影響人類健康硝酸鹽

(NO3-N)亞硝酸鹽

(NO2-N)血紅蛋白(Fe2+)+O2

氧和血紅蛋白(Fe2+)(紅色，具有輸氧能力)血紅蛋白(Fe2+)+NO2-

高鐵血紅蛋白(Fe3+)(褐色，喪失輸氧能力)高鐵血紅蛋白癥胃癌等亞硝酸鹽能與胺或酰胺反應(yīng)生成亞硝胺或亞硝酰氨，

后兩者都有致癌作用。污水脫氮工藝全氨氮濃度毒理作用資料來源>1mg/L水生生物血液結(jié)合氧的能力降低烏錫康等>3mg/L1~4日內(nèi)克致金魚、鳊魚死亡烏錫康等NO3-_N>10mg/L會引起嬰兒高鐵血紅蛋白癥孔繁翔等NH3-N=50mg/L為未馴化甲烷菌活性的50%IC值Koster等NH4+-N>400mg/L嚴(yán)重抑制亞硝酸菌的生長繁殖氨氮的濃度及其相應(yīng)的毒理作用污水脫氮工藝全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)修建污水廠污水脫氮工藝全1.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(diǎn)加氯法離子交換法磷酸氨鎂沉淀法其它方法污水脫氮工藝全吹脫(氣提)法基本原理：

將水中的游離氨轉(zhuǎn)移到氣體(空氣或蒸汽)中去。氨吹脫工藝的三個條件：提高pH，一般用NaOH;

在吹脫塔中反復(fù)形成水滴，減小表面張力，增大接觸面積。氣體循環(huán)，增大濃度差；影響氨氣從水中向氣體中轉(zhuǎn)移的因素：水氣界面處的表面張力；

水和氣體中氨的濃度差。污水脫氮工藝全沉淀池空氣吹脫法工藝流程圖：空氣吹脫法(ammoniastripping)pH調(diào)節(jié)池進(jìn)水氨和尾氣出水空氣排泥CaO或NaOH吹

脫

塔污水脫氮工藝全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NaOH

30%pH113℃蒸汽103℃氨氣NH3-N

4000mg/LNH3-N

250mg/L生化換熱冷卻蒸氨塔pH=8.5-9氣提法冷卻30~35℃106℃污水脫氮工藝全重要的工藝參數(shù)：(1)pH=10.5-11.5;(2)水力負(fù)荷：2.4-7.2m3/(m2.h);(3)氣液比：填料高度>6m時，G/L=2200-2300;(4)蒸汽用量：0.125~3t蒸汽/1m3水泡罩塔：0.08t蒸汽/1m3水，浮閥塔：0.13t蒸汽/1m3水?？諝獯得?氣提)法低濃度氨氮廢水：室溫下空氣吹脫；高濃度氨氮廢水：蒸汽吹脫。1.0MPa蒸汽

價格在180-200元/噸污水脫氮工藝全折點(diǎn)加氯法法(breakpointchlorination)基本原理：污水脫氮工藝全折點(diǎn)加氯法法(breakpointchlorination)重要工藝參數(shù)：(1)準(zhǔn)確控制氯投加量：

理論投氯量(以氯氣計)：NH3-N=7.6:1

實(shí)際投加量(以氯氣計)通常為:(8:1)-(10:1)(2)控制pH，控制反應(yīng)副產(chǎn)物NO3-和NCl3;

控制pH在中性條件下進(jìn)行。(3)反應(yīng)時間：1min;污水脫氮工藝全離子交換法(Ionexchange)基本原理：廢水中的NH4+與陽離子交換樹脂中的陽離子進(jìn)行交換。對NOx-和有機(jī)氮沒有效果。常用的離子交換劑：沸石(Zeolite)沸石是含水的鈣、鈉以及鋇、鉀的硅鋁酸鹽礦物，一般用化學(xué)式(M,N2)·O·AlO3·nSiO2·mH2O表示。廢水中的NH4+與沸石中的M+,N2+進(jìn)行交換。國產(chǎn)沸石有：斜發(fā)沸石(Clinoptilolite)

絲光沸石(Mordenite)污水脫氮工藝全離子交換法(Ionexchange)斜發(fā)沸石對不同陽離子的選擇交換順序如下：沸石的再生：化學(xué)再生法氣提再生法NaOH,Ca(OH)2,NaCl焚燒法生物再生法空氣或蒸汽500~600℃高溫,NH4+NH3生物硝化，研究中污水脫氮工藝全離子交換法(Ionexchange)工藝流程：再生液貯槽進(jìn)水(二級處理+過濾)出水沸石離子交換柱吹脫塔補(bǔ)充再生液空氣空氣和NH3Na+或Ca2+NH4+NH4+Na+或Ca2+污水脫氮工藝全離子交換法(Ionexchange)重要工藝參數(shù)：(1)pH=4~8;(2)空床速度(SV),SV=Q/V

Q，流量，m3/h;V，吸附柱體積，m3;SV=5~10h-1，與沸石粒徑有關(guān)。(3)沸石粒徑：0.8~1.7mm;(4)床深：0.9~1.8m;(5)進(jìn)入吸附柱的SS<35mg/L;污水脫氮工藝全磷酸氨鎂(MAP)沉淀法基本原理：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(fèi)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。MgNH4PO4?6H2O+NaOH→MgNaPO4+NH3+7H2O鳥糞石（struvite）magnesiumammoniumphosphate污水脫氮工藝全磷酸氨鎂(MAP)沉淀法重要工藝參數(shù)：(1)pH=8.5~9.5;(2)理想的投加比例(摩爾比):[MgHPO4·3H2O]:NH4+-N=1.5~2.0Mg(OH)2+H3PO4

Mg(OH)2：NH4+-N=4：1H3PO4：Mg(OH)2=1.5：1

MAP為堿式鹽，在酸性條件下易溶解，沉淀反應(yīng)最好在較高的pH下進(jìn)行。但是，若pH>9.5，MAP會釋放出刺鼻的氣味。污水脫氮工藝全

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(diǎn)費(fèi)用估算(元/kgNH3-N)進(jìn)水(mg/L)出水(mg/L)空氣吹脫<500<100低溫時，效率差；用石灰易結(jié)垢。5~10/m3污水蒸汽吹脫>500200左右蒸汽費(fèi)用高，15~20/m3污水折點(diǎn)氯化<30<0.1費(fèi)用高，副產(chǎn)物。>40離子交換10~501~3沸石再生費(fèi)用高。10~15MAP法>25<10費(fèi)用高。>30污水脫氮工藝全

生物法脫氮的基本原理有機(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)N2污水脫氮工藝全

生物法脫氮的基本原理1。氨化作用(Ammonification)氨化作用無論在好氧還是厭氧，中性、酸性還是堿性環(huán)境中都能進(jìn)行，只是作用的微生物種類不同、作用的強(qiáng)弱不一2。硝化作用(Nitrification)如果不考慮硝化過程中硝化細(xì)菌的增殖，硝化過程的氧化反應(yīng)式為：污水脫氮工藝全硝化作用(Nitrification)1.每氧化1gNH4+-N為NO3?-N需要消耗堿度7.14g(以CaCO3計)

(100/14=7.14)注：每氧化14gNH4+-N為NO3?-N，產(chǎn)生2molH+，需要1mol的CaCO3(分子量為100)來中和。2.不計細(xì)菌增值，每氧化1gNH4-N為NO3-N，共需要氧4.57g。污水脫氮工藝全1gNH4+-N1gNO3?-N堿度7.14g

(以CaCO3計)需要氧4.57g硝化作用(Nitrification)污水脫氮工藝全硝化反應(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:硝化作用(Nitrification)污水脫氮工藝全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+-N0.341.0Downingetc.NH4+-N0.650.6Knolesetc.NO2?-N0.411.1Stratton,McCartyNO2?-N0.142.1Downingetc.NO2?-N0.841.9Knolesetc.硝化作用(Nitrification)污水脫氮工藝全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1.0~1.5μm0.5~1.0μm革蘭氏染色陰性陰性世代周期(h)8~3612~592.31~8.69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

μm(h-1)0.04~0.080.02~0.060.08~0.3產(chǎn)率系數(shù)Y

(mg細(xì)胞/mg基質(zhì))0.04~0.130.02~0.070.4~0.8飽和常數(shù)KS(mg/L)0.6~3.60.3~1.725~100硝化作用(Nitrification)污水脫氮工藝全硝化段中含碳有機(jī)基質(zhì)濃度與總氮(TKN)的比例將直接影響活性污泥中硝化菌所占的比例.硝化作用(Nitrification)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年污水脫氮工藝全影響硝化反應(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4~45℃亞硝酸菌:30~35℃硝酸菌:35~42℃15~35℃溶解氧1.5~2.0mg/L以上>2.0mg/LpH亞硝酸菌:7.0~7.8硝酸菌:7.7~8.17.2~8.0硝化作用(Nitrification)污水脫氮工藝全影響硝化反應(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)有機(jī)碳營養(yǎng)物[1]BOD5≦20mg/LBOD負(fù)荷<0.15kgBOD/(kgMLSS.d)泥齡

SRT理論上>3d工程實(shí)際

SRT≧15d有毒物質(zhì)[2]重金屬高濃度的NH4+-N高濃度的NO2--N一般NH4+-N≦200mg/L,最高≦400mg/L；NO2--N≦100mg/L;硝化作用(Nitrification)污水脫氮工藝全1gNH4+-N1gNO3?-N堿度7.14g

(以CaCO3計)需要氧4.57g硝化作用(Nitrification)SRT>15d污水脫氮工藝全

生物法脫氮的基本原理2。硝化作用(Nitrification)1。氨化作用(Ammonification)3。反硝化作用(Denitrification)NO3--NNO2--NNON2ON2污水脫氮工藝全反硝化作用(Denitrification)生物反硝化的總反應(yīng)式如下：由式(1-7)計算，轉(zhuǎn)化1gNO2?-N為N2時，需要有機(jī)物(以BOD表示)1.71g[3×16/(2×14)=1.71]。由式(1-8)計算，轉(zhuǎn)化1gNO3?-N為N2時，需要有機(jī)物(以BOD表示)2.86g[5×16/(2×14)=2.86]。還原1gNO2?-N或NO3?-N均可產(chǎn)生3.57g堿度(以CaCO3計)(50/14)，硝化過程中消耗的堿度有近50%得到回收。污水脫氮工藝全反硝化作用(Denitrification)反硝化過程中需要的有機(jī)物總量可按下式估算：C=2.86[NO3--N]+1.71[NO2--N]+DO式中：C

——反硝化需要的有機(jī)物總量，

按BOD5計(mg/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。污水脫氮工藝全反硝化作用(Denitrification)反硝化細(xì)菌大量存在于污水處理系統(tǒng)中。反硝化細(xì)菌是兼性細(xì)菌在無分子氧的條件下，它們能利用NO2?和NO3?中的N+5和N+3作為能量代謝中的電子受體，O-2作為受氫體生成H2O和OH?堿度，有機(jī)物作為碳源及電子供體提供能量并得到氧化穩(wěn)定。在有分子態(tài)DO存在時，它們氧化分解有機(jī)物，利用分子氧作為最終電子受體；污水脫氮工藝全反硝化作用(Denitrification)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20~35℃15~35℃溶解氧<0.2mg/L<0.5mg/LpH7.0~8.57.3~8.5

<7.3產(chǎn)生N2OC/NBOD/TN>3~5BOD/TKN>4~6

COD/TKN>7~9BOD/TKN>4有毒物質(zhì)Ni<0.5mg/L

NO2--N≦30mg/L污水脫氮工藝全1gNO3?-N1gN2產(chǎn)生堿度3.57g

(以CaCO3計)需要碳源BOD/TKN>4反硝化作用(Denitrification)DO<0.5mg/L

污水脫氮工藝全常用生物脫氮技術(shù)生物脫氮工藝多級污泥系統(tǒng)單級污泥系統(tǒng)生物脫氮工藝懸浮污泥系統(tǒng)

(SuspendedSystem)膜法系統(tǒng)

(AttachedSystem)三級二級A/O,氧化溝，SBR污水脫氮工藝全多級污泥系統(tǒng)生物脫氮工藝優(yōu)點(diǎn)：有機(jī)物降解菌、硝化菌和反硝化菌分別在各自反應(yīng)器內(nèi)生長繁殖，環(huán)境條件適宜，反應(yīng)速度快而且比較徹底，可以獲得相當(dāng)好的BOD5去除效果和脫氮效果。缺點(diǎn)：該流程構(gòu)筑物和設(shè)備多，造價高，運(yùn)行管理復(fù)雜，且需要外加碳源，運(yùn)行費(fèi)較高，一般應(yīng)用不多。污水脫氮工藝全兩級生物脫氮系統(tǒng)主要缺點(diǎn)：

該流程仍然較復(fù)雜，出水有機(jī)物濃度也不能保證十分理想。污水脫氮工藝全單級污泥系統(tǒng)生物脫氮工藝主要缺點(diǎn)：

要取得滿意的脫氮效果，必須保證足夠大的混合液回流比，通常在1～4倍的進(jìn)水流量，這勢必增加運(yùn)行費(fèi)用缺氧(Anoxic)/好氧(Aerobic)脫氮工藝

簡稱A/O脫氮工藝：污水脫氮工藝全單級污泥系統(tǒng)生物脫氮工藝主要缺點(diǎn)：

污泥負(fù)荷比較低，污泥齡較長，占地面積較大。氧化溝(OxidationDitch)生物脫氮工藝污水脫氮工藝全單級污泥系統(tǒng)生物脫氮工藝主要缺點(diǎn)：

占地面積大，設(shè)備利用率較低。序批式活性污泥法(SequencingBatchActivatedSludgeProcess)污水脫氮工藝全A/O脫氮工藝主要設(shè)計參數(shù)：

1.有機(jī)負(fù)荷：Ns=0.1~0.7kgBOD/(kgMLSS.d);2.總氮負(fù)荷：NTN<0.03kgN/(kgMLSS.d);3.MLSS=2000~5000mg/L;4.HRT比值：A:O=1:3;5.污泥回流比：R=50%~100%;6.混合液回流比，又稱內(nèi)回流比：r=200%~500%;7.缺氧池采用機(jī)械攪拌，混合功率宜采用5~8W/m3;8.SRT>30d。污水脫氮工藝全污水脫氮工藝選擇考慮的因素：1.廢水的性質(zhì)；2.出水要求；3.經(jīng)濟(jì)性。目前常用的廢水脫氮工藝：1.生物脫氮法；2.氨氮吹脫；3.折點(diǎn)氯化法；4.離子交換法。污水脫氮工藝全污水脫氮工藝選擇各種生物脫氮組合工藝及其應(yīng)用范圍表達(dá)式生物脫氮工藝處理范圍（處理要求）O/ACOD﹤100B/C=0.3~0.4（洗澡水、電子元件清洗水等）O1-O2-ACOD500左右B/C=0.3~0.4（生活污水等）原廢水O

A處理出水CH3OHN2原廢水O2

A處理出水CH3OHN2O1BarHz工藝污水脫氮工藝全表達(dá)式生物脫氮工藝處理范圍（處理要求）AOACOD500~1000B/C=0.2~0.3（難降解有機(jī)物廢水）A/OCOD1000~4000（制藥廢水、農(nóng)藥廢水、染料廢水、制革廢水等難降解有機(jī)廢水）原廢