污水生物脫氮除磷新工藝

關(guān)于污水生物脫氮除磷新工藝一、脫氮除磷的傳統(tǒng)工藝1、脫氮的傳統(tǒng)工藝

2、除磷的傳統(tǒng)工藝

第2頁,共45頁，2024年2月25日，星期天1、脫氮的傳統(tǒng)工藝

自然界中氮一般有四種形態(tài)：有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸鹽氮硝酸鹽氮第3頁,共45頁，2024年2月25日，星期天生活污水中的氮主要形態(tài)是有機(jī)氮和氨氮。有機(jī)氮占生活污水含氮量的40-60%，氨氮占50-60%，亞硝酸鹽和硝酸鹽氮僅占0-5%。第4頁,共45頁，2024年2月25日，星期天污水生物脫氮的可能途徑

第5頁,共45頁，2024年2月25日，星期天傳統(tǒng)上，通過兩步生物反應(yīng)，即硝化(NH+4→NO-3)與反硝化(NO-3→N2)，實(shí)現(xiàn)污水的生物脫氮。第6頁,共45頁，2024年2月25日，星期天硝化反應(yīng)可表示為:亞硝化反應(yīng)

NH4++O2+HCO3-→

NO2-+H2O+H2CO3+亞硝酸菌硝化反應(yīng)

NO2-+NH4++H2CO3+HCO3-+O2→

NO3-+H2O+硝酸菌總反應(yīng)NH4++O2+HCO3-→

NO3-

+H2O+H2CO3+微生物細(xì)胞第7頁,共45頁，2024年2月25日，星期天反硝化反應(yīng)如下：

NO3-

+CH3OH+H2CO3→

N2↑+H2O+HCO3-+微生物細(xì)胞

第8頁,共45頁，2024年2月25日，星期天生物脫氮工藝第9頁,共45頁，2024年2月25日，星期天傳統(tǒng)生物脫氮存在問題?首先，需要充分地氧化氨氮到硝酸氮，要消耗大量能源(因?yàn)槠貧?；其次，還需要有足夠碳源(COD)來還原硝酸氮到氮?dú)?。?0頁,共45頁，2024年2月25日，星期天磷最常見的形式有：無機(jī)磷:磷酸鹽（H2PO4-、HPO42-、PO43-）；聚磷酸鹽；有機(jī)磷。生活污水中的含磷量一般在10-15mg/L左右，其中70%是可溶性的。1.2除磷傳統(tǒng)工藝第11頁,共45頁，2024年2月25日，星期天活性污泥在好氧、厭氧交替條件下時，活性污泥中可產(chǎn)生所謂的“聚磷菌”。聚磷菌在好氧條件下從廢水中過量攝取磷，形成多聚磷酸鹽作為貯藏物質(zhì)。排放的剩余污泥中的含磷量在6%左右（污泥干重）。第12頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

A/O除磷工藝系統(tǒng)

厭氧池好氧池二沉池進(jìn)水剩余污泥出水

污泥回流（0.5Q）第13頁,共45頁，2024年2月25日，星期天為防止水體富營養(yǎng)化，一般污水處理既需要脫氮,也需要除磷，是否可以把兩者結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)氮磷同時去除？第14頁,共45頁，2024年2月25日，星期天A2/O工藝

第15頁,共45頁，2024年2月25日，星期天除磷脫氮工藝在涉及泥齡上的矛盾：1）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。從θ=VX/ΔX

可以看出，VX是系統(tǒng)效率的基本參數(shù)，ΔX可以看作變量，調(diào)整ΔX可以調(diào)整泥齡。第16頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2）脫氮需要泥齡長脫氮的關(guān)鍵步驟是硝化，硝化過程不充分，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3-5天，因此在泥齡短的系統(tǒng)中，硝化菌量極少。因此，如何確定合理的泥齡是提高除磷脫氮效率的技術(shù)關(guān)鍵。不可只偏重于其中一個方面。在特殊的情況下，可以改變泥齡的長短來調(diào)節(jié)除磷脫氮的重心。第17頁,共45頁，2024年2月25日，星期天二、脫氮除磷的新工藝2.1脫氮新工藝2.2除磷新工藝第18頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.1脫氮新工藝2.1.1中溫亞硝化(SinglereactorforHighAmmoniumRemovalOverNitrite，簡稱為SHARON)亞硝化/反硝化脫氮即(NH+4→NO-2)，(NO-2→N2)第19頁,共45頁，2024年2月25日，星期天硝化作用NH+4+1.5O2→→→→NO-2+H2O+2H+NH+4+2O2

→→→→NO-3+H2O+2H+節(jié)約O225%第20頁,共45頁，2024年2月25日，星期天脫氮作用6NO-2+3CH3OH+3CO2→→→→3N2+6HCO3-+3H2O6NO-3+5CH3OH+CO2→→→→3N2+6HCO3-+7H2O節(jié)約CH3OH40%第21頁,共45頁，2024年2月25日，星期天亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的

最小污泥齡與溫度關(guān)系0.8d0.4d第22頁,共45頁，2024年2月25日，星期天SHARON工藝的基本工作原理便是利用溫度高有利于亞硝化細(xì)菌增殖這一特點(diǎn)，使硝化細(xì)菌失去競爭。第23頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.2除磷新工藝

2.2.1反硝化除磷細(xì)菌

2.2.2反硝化除磷工藝

第24頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.2.1反硝化除磷細(xì)菌脫氮要經(jīng)歷好氧(硝化)/厭氧(反硝化),除磷要經(jīng)歷厭氧(釋放磷)/好氧(積聚磷).如果能使反硝化細(xì)菌同時具有生物攝/放磷作用則可以將反硝化脫氮與生物除磷有機(jī)地合二為一。第25頁,共45頁，2024年2月25日，星期天在缺氧(無氧但存在硝酸氮)條件下，反硝化除磷細(xì)菌DPB(DenitrifyingPhosphorusremovingBacteria)能夠象在好氧條件下一樣，利用硝酸氮充當(dāng)電子受體，產(chǎn)生同樣的生物攝磷作用。在生物攝磷的同時，硝酸氮被還原為氮?dú)?。?6頁,共45頁，2024年2月25日，星期天3、同步脫氮除磷連續(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(shí)現(xiàn)脫氮與除磷所存在的矛盾展開的。最初，脫氮和除磷是在不同的生物處理工藝中實(shí)現(xiàn)的。1972年，Barnard在研究缺氧、好氧交替進(jìn)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(shí)現(xiàn)脫氮除磷的Phoredox工藝，它的簡化流程就是Ａ2/Ｏ。第27頁,共45頁，2024年2月25日，星期天厭氧缺氧好氧二沉池內(nèi)回流污泥回流Ａ2/Ｏ工藝第28頁,共45頁，2024年2月25日，星期天從此之后，脫氮除磷被統(tǒng)一在一個系統(tǒng)中，既簡化了污水處理的操作，又增加了處理工藝的功能然而實(shí)際應(yīng)用表明脫氮與除磷之間存在一些矛盾，很難在同一系統(tǒng)中同時獲得氮磷的高效去除。其中最主要的矛盾是厭氧環(huán)境下反硝化與釋磷對碳源的競爭。根據(jù)生物除磷原理，在厭氧條件下，聚磷菌通過菌種間的協(xié)作，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為揮發(fā)酸，借助水解聚磷釋放的能量將之吸收到體內(nèi)，并以聚β羥基丁酸（PHB）貯存，提供后續(xù)好氧條件下過量攝磷和自身增殖所需的磷源和能量。如果厭氧區(qū)存在較多的硝酸鹽，反硝化菌會以有機(jī)物為電子供體進(jìn)行反硝化，消耗進(jìn)水中有機(jī)碳源，影響厭氧產(chǎn)物PHB的合成，進(jìn)而影響到后續(xù)除磷效果。第29頁,共45頁，2024年2月25日，星期天一般而言，要同時達(dá)到氮磷的去除目的，城市污水中碳氮比(COD/TKN）至少為9。當(dāng)城市污水中碳源低于此要求時，由于大多數(shù)處理工藝流程都把缺氧反硝化置于厭氧釋磷之后，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(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，干擾厭氧釋磷的正常進(jìn)行，最終影響到整個營養(yǎng)鹽去除系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了改善城市污水脫氮除磷系統(tǒng)在進(jìn)水碳源不足時的處理效果，研究者們進(jìn)行了大量工藝改進(jìn)。第30頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第一種思路是改進(jìn)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。UCT、VIP、JHB等工藝都屬于這種思路的產(chǎn)物。南非CateTown大學(xué)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(jīng)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第31頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共45頁，2024年2月25日，星期天與Ａ2/Ｏ工藝相比，在適當(dāng)?shù)腃OD/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(dāng)進(jìn)水COD/TKN較高時，缺氧區(qū)無法實(shí)現(xiàn)完全的脫氮，仍有部分硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，因此又產(chǎn)生改進(jìn)UCT工藝(MUCT）第33頁,共45頁，2024年2月25日，星期天改進(jìn)依據(jù)：A2/O工藝污泥中的NO3--N回流至厭氧段，干擾聚磷菌磷的厭氧釋放，降低磷的去除率。

改進(jìn)辦法：污泥首先回流至缺氧段，回流污泥帶回的NO3--N在缺氧段被反硝化脫氮，然后將缺氧段出流混合液一部分再回流至厭氧段，避免NO3--N對厭氧段聚磷菌釋磷的干擾，提高了磷的去除率，對脫氮沒有影響，該工藝對氮和磷的去除率都大于70%。

適應(yīng)場合：如果原污水的BOD5/TKN或BOD5/TP較低時，為了防止NO3--N回流至厭氧段產(chǎn)生反硝化脫氮，發(fā)生反硝化細(xì)菌與聚磷菌爭奪溶解性BOD5而降低除磷效果，可以考慮采用UCT工藝。存在問題：二套混合液內(nèi)回流交叉，混合液中的DO經(jīng)缺氧段進(jìn)入?yún)捬醵味蓴_磷的釋放第34頁,共45頁，2024年2月25日，星期天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(jìn)一步減少硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的可能。

厭氧缺氧1缺氧2好氧二沉池內(nèi)回流污泥回流圖3MUCT工藝內(nèi)回流第35頁,共45頁，2024年2月25日，星期天OWASA工藝第36頁,共45頁，2024年2月25日，星期天改進(jìn)依據(jù)：很多城市污水BOD5濃度較低，造成城市污水中的BOD5/TP和BOD5/KN太低，使A2/O工藝脫氮除磷效果顯著下降。

改進(jìn)辦法：將初沉池污泥排至污泥發(fā)酵池，發(fā)酵后的上清液含大量揮發(fā)性脂肪酸，將此上清液投加至缺氧段和厭氧段，使入流污水中的可溶解性BOD5增加，提高了BOD5/TP和BOD5/TKN的比值，促進(jìn)磷的釋放與NO3--N反硝化，從而使脫氮除磷效果得到提高。

適應(yīng)場合：原污水的BOD5/TKN或BOD5/TP比較低。第37頁,共45頁，2024年2月25日，星期天OCO工藝OCO工藝流程1－厭氧區(qū)2－缺氧區(qū)3－好氧區(qū)1－厭氧區(qū)；2－缺氧區(qū)；3－好氧區(qū)；4－整流板；5－攪拌器；6－出水渠；7－進(jìn)水管OCO反應(yīng)池構(gòu)造圖

第38頁,共45頁，2024年2月25日，星期天OCO工藝

OCO工藝是丹麥PuritekA/S公司推出的，它集BOD、N、P去除于一池。該工藝具有強(qiáng)大的脫氮除磷功能，同時具有自動化水平高、投資省等優(yōu)點(diǎn)。原水預(yù)處理后進(jìn)入OCO池的厭氧區(qū)，并與回流污泥混合。混合液流入缺氧區(qū)，并在缺氧區(qū)和好氧區(qū)之間循環(huán)一定時間后，流入沉淀池，澄清液外排。OCO工藝實(shí)際上是將A2/O工藝的厭氧、缺氧、好氧池合并成具有三個反應(yīng)區(qū)的圓形生化反應(yīng)池，大大減少了工藝構(gòu)筑物。特點(diǎn)：①集厭氧-缺氧-好氧于一池，完成BOD去除、脫N、除P；②占地少，土建投資低，較傳統(tǒng)活性污泥法可減少25%~30%；③運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用降低；④OCO工藝污泥濃度高、污泥負(fù)荷低，污泥絮凝沉降好且沉降污泥穩(wěn)定，剩余污泥少；⑤操作運(yùn)行靈活，可實(shí)現(xiàn)全自動控制。各OCO池單獨(dú)運(yùn)行，可根據(jù)污水處理廠規(guī)模增大而增加OCO反應(yīng)池數(shù)。

第39頁,共45頁，2024年2月25日，星期天而隨著研究的深入，“聚磷菌釋磷需絕對厭氧環(huán)境（即DO≈0且NO3—Ｎ≈0）”的認(rèn)識被打破，人們發(fā)現(xiàn)通過補(bǔ)充碳源可以緩解厭氧區(qū)反硝化與釋磷之間的競爭，從而保證脫氮除磷系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。于是改善進(jìn)水水質(zhì)、改變進(jìn)水方式成為第二種改進(jìn)思路。由中國礦業(yè)大學(xué)張雁秋教授提出，這種思路是用生態(tài)學(xué)思想指導(dǎo)技術(shù)改革，并根據(jù)他提出的統(tǒng)一動力學(xué)理論、動力學(xué)負(fù)荷理論、污泥濃度優(yōu)化理論、種群密度控制理論、種群營養(yǎng)控制理論等先進(jìn)理論作為新工藝的主要理論基礎(chǔ)。第40頁,共45頁，2024年2月25日，