污水脱氮除磷原理与影响因素详解

污水脱氮除磷原理与影响因素一、氮的生物去除（一）废水中氮的存在形式：有机氮、氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮四种形式存在。（二）生物脱氮的机理图有机氮（蛋白质、尿素）氮气（N2）氨氮（NH3-N）亚硝酸盐氮（NO2-）硝酸盐氮（NO3-）好氧缺氧环境均可发生需要好氧环境/不需碳源需要缺氧环境需要碳源2、氨化过程新鲜污水含氮化合物主要为“有机氮”少数为“氨氮”蛋白质尿素胺类化合物硝基化合物氨基酸1）含氮化合物的组成氨化2、氨化过程微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作用，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，其中分解能力强并释放出氨的微生物称为氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮。2）氨化反应322NHRCOHCOOHOHCOOHRCHNH3222NHCORCOCOOHOCOOHRCHNH水解细菌分解2、硝化过程1）硝化反应硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。O2H4H2NO3O2NH22亚硝酸菌24322NO2O2NO2硝酸菌硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。2、硝化过程2）硝化过程的影响因素①好氧环境(DO不低于1.0mg/L，1.5-2.0mg/L适宜）②pH（7.2~8.0)③适宜温度(20-30℃活力最高，15℃以下时，反应速度下降，5℃时完全停止）。④泥龄（7-11天）⑤有毒有害物质影响⑥有机物浓度（BOD宜小于20mg/L）2、硝化过程的影响因素①好氧环境硝化菌为了获得足够的能量用于生长，必须氧化大量的NH3和NO2-，氧是硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进程，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg/L，多数学者建议溶解氧应保持在1.2~2.0mg/L。②pH在硝化反应过程中，释放H+，使pH下降，硝化菌对pH的变化十分敏感，当pH在7.0~8.1时活性最强，超出这个范围，活性降低，当pH降到5.0~5.5时硝化反应即将停止。为保持适宜的pH，应当在污水中保持足够的碱度，以调节pH的变化。对硝化菌的适宜的pH为7.2~8.0。2、硝化过程的影响因素③适宜温度硝化反应的适宜温度是20~30℃，15℃以下时，硝化反应速度下降，5℃时完全停止，温度高于30℃时，蛋白质变性，硝化菌活性降低。④泥龄（SRT）硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间（污泥龄）SRT，必须大于其最小的世代时间，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽，一般认为硝化菌最小世代时间在适宜的温度条件下为3d。SRT值与温度密切相关，温度低，SRT取值应相应明显提高。2、硝化过程的影响因素⑤有毒有害物质影响除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有高浓度的NH4-N、高浓度的NOx-N、高浓度的有机基质、部分有机物以及络合阳离子等。⑥有机物浓度（BOD宜小于20mg/L）硝化菌是自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属，硝化反应难于进行。故在硝化反应过程中，混合液中有机物含量不应过高，BOD值宜在20mg/L以下。3、反硝化过程1）反硝化反应反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。OH4CO2NO6OHCH26NO22233硝酸还原菌-222326OHOH3CO3N3OHCH36NO亚硝酸还原菌反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O2为电子进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在时，则以NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。3、反硝化过程2）反硝化过程的影响因素①碳源(BOD5/TKN3）若碳源不够则外加碳源（甲醇、乙酸钠、淀粉等）②缺氧环境（DO控制在0.5mg/L以下）③pH（6.5—7.5)④温度（15-30℃）⑤有毒有害物质3、反硝化过程的影响因素①碳源能为反硝化菌所利用的碳源较多，从污水生物脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水中所含碳源，对于城市污水，当原污水BOD5/TKN3~5时,即可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因为甲醇被分解后的产物为CO2和H2O，不留任何难降解的中间产物；三是利用微生物组织进行内源反硝化。②缺氧环境反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条件下，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。另一方面，反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/L以下。3、反硝化过程的影响因素③pH对反硝化反应，最适宜的pH是6.5~7.5。pH高于8或低于6，反硝化速率将大为下降。④温度反硝化反应的最适宜温度是20~40℃，低于15℃反硝化反应速率最低。为了保持一定的反硝化速率，在冬季低温季节，可采用如下措施：提高生物固体平均停留时间；降低负荷率；提高污水的水力停留时间。⑤有毒有害物质影响除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有高浓度的NH4-N、高浓度的NOx-N、高浓度的有机基质、部分有机物以及络合阳离子等。二、氨氮的化学去除（出水氨氮高的补救措施）次氯酸钠除氮法大多数污水处理厂在二级处理后，氮通常以氨或硝酸盐的形式存在。而投加次氯酸极易与废水中的氨进行反应，在反应中依次形成三种氯胺。ClHHOClOHCl22OHH)Cl(NHHOClNH224一氯氨O2HHNHCl2HOClNH224（二氯氨）O3HHNCl3HOClNH234（三氯氨）O3H3Cl5HN3HOCl2NH224（总反应）通过过量投加次氯酸钠能把尾水中剩余的氨氮进行去除。三、磷的生物去除（一）废水中磷的存在形式：有机磷和无机磷两种形式存在。含磷化合物有机磷有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等无机磷磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-)、磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐(PO3-)聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74－)、三磷酸盐(P3O105-)、三磷酸氢盐(HP3O92-)（二）生物除磷的机理图利用聚磷菌在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。聚磷菌PPPP可利用碳源储存碳源储存碳源PPPPPP释放能量聚磷菌（三）厌氧释磷过程1）厌氧环境中污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚β-羟基丁酸)的形态储藏于体内。聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。（四）、好氧吸磷过程1）好氧环境中进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从污水中去除的含磷物质。（五）生物除磷的影响因素①DO（好氧池控制在3-4mg/L，厌氧池控制在小于0.2mg/L）②NO3-—N浓度（越少越好）。③pH(中性至弱碱性）。④泥龄（3.5-7天）。⑤BOD5/TP值（大于20）⑥温度。（五）生物除磷的影响因素①DO控制生物除磷工艺中厌氧段(即释磷区)的厌氧条件极为重要，它直接影响聚磷菌在此段的释磷能力、合成PHB的能力以及好氧段的超量摄磷能力。据资料报道，厌氧段的溶解氧应控制在0.2mg/1以下，好氧段的溶解氧应控制在3-4mg/l。②NO3-—N浓度生物除磷系统中NO3-—N的存在，会抑制聚磷菌微生物的放磷作用。处理水中NO3-—N浓度高，除磷效果差，除磷效果一般与NO3-—N浓度呈负相关。③pH与常规生物处理相同，生物除磷系统合适的pH为中性和微碱性，不合适时应调节。（五）生物除磷的影响因素④泥龄污泥龄越长，污泥中的磷含量越低，加之排泥量的减少，会导致除磷效果降低。相反，污泥龄越短，污泥中的磷含量越高，加之产泥率和剩余污泥排放量的增加，除磷效果越好。⑤BOD/TP值为使出水总磷小于1mg/L，应满足污水中的BOD/TP值大于20，或溶解性BOD/溶解性P大于12—15，这样可取得较好的除磷效果。⑥温度在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快。四、磷的化学去除（出水总磷高的补救措施）化学除磷法化学除磷主要是通过化学沉析过程完成的，化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂与污水中溶解性的盐类（如磷酸盐）反应生成颗粒状、非溶解性的物质。实际上投加化学药剂后，污水中进行的不仅是沉析反应，同时还发生着化学絮凝作用，即形成的细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的絮凝体，通过固—液分离，得到净化的污水和固一液浓缩物(化学污泥)，达到化学除磷的目的。