第六节-脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计

4.6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计4.6.1脱氮原理与工艺技术氮污染的危害1.富营养化——N、P引起，藻类问题（滇池，太湖）；2.提高制水成本——污水消毒时，增加投氯量；3.污水回用填塞管道——NH3－N可促进设备中微生物的繁殖；4.农业灌溉——TN不大于1mg/l，否则对农作物有影响。1.有机氮2.氨态氮（NH3—N、NH4+—N）3.NO2—N、NO3—N4.N2氮的存在形式二级处理技术的局限性※合成代谢对氮磷的去处率低，水中氮磷过剩nCxHyOz+nNH3+n(x+y/4-z/2-5)O2(C5H7NO2)n+n(x-5)CO2+n/2(y-4)H2O4.6.1.1氮的吹脱处理NH3+H2ONH4++OH-PH=7时，以NH4+存在PH=11时，90%NH3存在PH升高，去除NH3上升T上升，去除NH3上升脱氮塔技术的特点：除氮的效果稳定；操作简便，容易控制；NH3二次污染（可回收）；使用CaO易结垢（改用NaOH）水温下降时，效果差原理脱氮塔1.PH值——PH升高到10.5以上，去除率增加缓慢2.水温——水温升高，效率升高3.布水状态——滴状下落最好，膜状下落，效果大减4.布水负荷率——填料6m高以上时，其值不超过180m³/m².d5.气液比——填料6m高以上时，2200-2300以下为好。脱氮塔工作影响因素与设计参数4.6.1.2生物脱氮原理活性污泥法的传统功能——去除水中溶解性有机物N、P只满足生理要求即可，因此对二者去除率低，仅为20-40%；5-20%概述污水生物处理中氮的转化过程1、氨化反应氨化反应原理RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3氨化菌氨化菌为异氧菌一般在氨化过程与微生物去除有机物同时进行，有机物去除结束时，已经完成了氨化反应2、硝化反应硝化反应原理总反应NH4++1.5O2NO2-+H2O+2H+-△F（△F=278.42kJ）NO2-+0.5O2NO3－-△F（△F=72.27kJ)亚硝酸菌硝酸菌NH4++2O2NO3－+H2O+2H+-△F（△F=351kJ）硝化菌硝化菌的特点①硝化菌——亚硝酸菌和硝酸菌的统称;②硝化菌属于——化能自养菌，可生芽孢的短杆状细菌.硝化反应的控制指标硝化菌对环境条件的变化极为敏感，所以有以下指标：①溶解氧：氧是电子受体，DO不能低于1.0mg/l硝化需氧量（NOD）——4.57g(氧)/g（N）②碱度：7.1g碱度（以CaCO3计）/1g氨态氮（以N计）,一般碱度不低于50mg/l③PH：硝化菌对PH变化敏感,最佳值8.0-8.4,效率最高④温度：适应20-30℃，15℃时硝化速度下降，低于5℃完全停止⑤有机物：BOD应低于15-20mg/l⑥污泥龄（SRT）：微生物在反应器内的停留时间（θc）N(θc)Nmin，硝化菌最小的世代时间(θc)Nmin⑦有害物质：对硝化反应抑制，某些重金属，高浓度NH4+—N，高浓度NOx—N，有毒有机物、络合物阳离子。3、反硝化反应2HNO22HNO2HNO32NH2OH2NH3NON2-H2O+4H+4H-2H2O-2H2O反硝化反应：指NO3—N和NO2—N在反硝化菌的作用下，还原成气态N2的过程。NO3-NO2-NH2OH有机体(同化反硝化)NO2-N2ON2(异化反硝化)①同化反硝化反应原理②异化反硝化反应原理①反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌；②以NO3—N为电子受体，以有机碳为电子供体，合成的细胞物质较少。①污水中的碳源：BOD5/T—N3-5时，勿需外加碳源②PH：主要的影响因素，适当的值为（6.5-7.5），PH8，或PH6，反硝化速率下降。③溶解氧：0.5mg/l以下，厌氧、好氧交替的环境，如存在氧，会抑制反硝化菌体内硝酸盐还原酶的合成，或氧成为电子受体阻碍硝酸氮的还原，但另一方面，某些酶系统还需有氧才能成；④温度：最适宜的温度是20-40℃，低于15℃时代谢速率下降；⑤冬季低温季节：降低负荷率，提高污水的HRT。反硝化菌反硝化反应的控制指标生化反应类型去除有机物（好氧分解）硝化反硝化亚硝化硝化微生物好氧菌和兼性菌（异养型细菌）自养型细菌自养型细菌兼性菌异养型细菌能源有机物化学能化学能有机物氧源O2O2O2NO3-NO2-溶解氧1—2mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上0—0.5mg/l碱度没有变化氧化1mgNH4+-N需要7.14mg碱度没有变化还原1mgNO3--N,N02--N生成3.57g碱度氧的消耗分解1mg有机物(BOD5)需氧2mg氧化1mgNH4+-N需氧3.43mg氧化1mgNO2--N需氧1.14mg分解1mg有机物(COD)需要NO3-N0.35mg,N02-N0.58mg，以提供化合态的氧最适pH6—87—8.56—7.56—8最适温度15—25℃θ=1.0—1.0430℃θ=1.130℃θ=1.134—37℃θ=1.06—1.15增殖速度1.2—3.50.21—1.080.28—1.44好氧分解的1/2—1/2.5分解速度70—870mgBOD/(gMLSS·h)7mgNH4+-N/(gMLSSh)0.022—8mgNO3-—N/(gMLSS·h)产率16%CH3OH/gC5H702N0.04—0.13mgSS/mgNH4+-N能量转换率为5%—35%0.02—0.07mgVSS/mgN02--N能量转换率10%—30%16%CH3OH/gC5H7O2N8上表为生物脱氮反应过程各项生化反应特征4、同化作用污水生物处理过程中，一部分氮被同化为微生物细胞的组分，按细胞干重计算，微生物细胞中氮的含量约为12.5％，虽然内源呼吸和溶菌作用会使一部分细胞中的氮又以有机氮和氨氮的形式回到污水中，但仍存在于微生物细胞及内源呼吸残留物中的氮可以在二次沉淀池中以剩余活性污泥的形式得以去除。13.7.1.3生物脱氮工艺技术1.三级生物脱氮系统：由三个反应过程（氨化、硝化、反硝化）建立的脱氮处理系统。活性污泥传统脱氮工艺（1）流程说明“一级”曝气池：去除COD、BOD，BOD15-20mg/l有机氮转化为NH3NH4+；“二级”硝化曝气池，NH3、NH4+生成NO3—N，碱度下降；“三级”反硝化池：厌氧、好氧交替运行。投甲醇时，CM=2.47N0（初始NO3—N浓度）+1.53N(初始NO2—N浓度)+0.87D（初始DO浓度）（2）优缺点去除效果好各类菌类环境条件好设备多，造价高，能耗大2.改进的二级生物脱氮系统BOD去除和硝化两个反应合并·2.单级生物脱氮系统优缺点：工艺流程简单，处理构筑物和设备减少，反硝化的有机碳源不足，难以控制以及出水水质难以保证。缺氧—好氧活性污泥法A/O工艺内循环（硝化液循环）原污水反硝化反应器（缺氧）BOD去除,硝化反应反应器（好氧）碱沉淀池处理水剩余污泥回流污泥N2图7－17分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统1.工艺特征80年代开创,前置反硝化——不加碳源,外加碱度,降低负荷设内循环产生碱度,3.75mg碱度/mgNO3—N勿需建后曝气池回流水含有NO3—N（沉淀池污泥反硝化生成）要提高脱氮率，要增加回流比2.影响因素与主要工艺参数水力停留时间：硝化：反硝化=3：1循环比：200%MLSS值：大于3000mg/l;污泥龄：30d;N/MLSS负荷率：0.03gN/gMLSS.d进水总氮浓度：小于30mg/lηN’=Q(r+R)/(1+R+r)Q×100%ηN’——除氮的%；r——硝化混合也回流比（为混合液流量与处理污水量的比值）R——沉淀池污泥回流比Q——进水流量对A/O而言，要保证：回流比85%，总回流比600%氮的氧化还原态厌氧氨氧化NH(-Ⅲ)→-Ⅱ→-Ⅰ羟胺NH2OH→0+Ⅰ硝酸基NOH→+Ⅱ→+Ⅲ亚硝酸基→+Ⅳ→+ⅤNO3-3.A/0系统的除氮与回流关系NO3-NO2-NON2ON2亚硝酸醛还原酮硝酸醛还原酮氧化亚氮还原酮氧化还原醛NO3-→N24.6.2除磷原理与工艺技术4.6.2.1概述富营养化的限制因素2.P0.5mg/l，能控制藻类的过度生长；3.P低于0.05mg/l时，藻类几乎停止生长。1.有机磷酸盐：存在有机物和原生质细胞,大量胶体和颗粒状，可溶性占30%,如：葡萄糖—6—磷酸,2—磷酸—甘油。2.磷酸盐:H2PO4-、HPO4-、PO43-，其中[PO43-]正磷酸盐3.聚磷酸盐:焦磷酸盐—P2O74-,三聚磷酸盐—P3O105-偏磷酸盐—PO3-1.P0.5mg/l，促进富营养化；磷的存在形式1.生活污水中的含磷量：10-15mg/l，70%为可溶性；经过二级处理进水中，90%左右的磷以磷酸盐存在。2.污水中的磷不同于氮，不能形成氧化体和还原体，但有固态和溶解态转化的特点。1.化学除磷法：混凝沉淀和晶析法除磷2.生物除磷法：设想于1955年提出的，60年代人们对上述方法广泛应用。污水处理中磷的情况污水处理中磷的去除方法4.6.2.2化学除磷法石灰混凝除磷pH值，如P1mg/l，二级出水PH9.5；原污水PH11磷的形式①正磷酸盐（PO4）②聚磷酸盐:去除难易程度焦磷酸盐(P2O74-)三磷酸盐(P3O105-)偏磷酸盐(PO3-)③原水中Ca2+的浓度5Ca2++4OH-+3HPO42-Ca5(OH)(PO4)3+3H2OPH升高，P的含量下降，（对数降低的趋势)1.石灰与磷的反应2.除磷效果影响因素聚氯化铝（PAC），反应相同与Al2(SO4)3，但pH值不下降；铝酸钠（NaAlO2）使用Al盐注意事项:注意PH值，介于5-7之间无影响，无需调整PH降低，应注意排放水对PH的要求沉淀污泥回流，污泥中有Al(OH)3，能提高对磷的去除率Al3++PO43-（正磷酸离子）AlPO4（难溶,PH值上升，溶解度上升）Al2(SO4)3+2PO43-2AlPO4+3SO42-Al2(SO4)3+6HCO3-2Al(OH)3+6CO2+3SO42-金属盐混凝沉淀1.铝盐除磷霍米尔（Holmers）提出活性污泥的化学式C118H170O51N17P或C：N：P=46：8：1１.好氧吸收（聚磷菌对磷的过量吸收）ADP+H3PO4+能量ATP+H2O2.厌氧释放:厌氧条件下（DO=0，NO3-=0），ATP+H2OADP+H3PO4+能量上述两反应为可逆反应，过程见下图4.6.2.3生物除磷原理生物除磷利用聚磷菌一类的微生物，能够过量的，在数量上超过其生理需要，从外部摄取磷，并将磷以聚合形式贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统外，达到从废水中除磷的效果。生物除磷机理ADPATPATPADPADPADPATPATP释放有机磷无机磷聚磷无机磷有机磷聚磷菌+Poly聚磷菌合成降解PHB无机物溶解质进水污泥回流剩余污泥（高磷）厌氧段好氧段释放的少摄取的多PHB：聚—β—羟基酸盐由此过程可以看出：生物除磷几乎全为活性污泥法，生物膜法很少1.甲单胞菌属、气单胞菌属：起主要作用，15%--20%；2.不动杆菌属：储存聚磷的能力最强；3.某些反硝化菌：也能超量吸收磷；4.发酵产酸菌：将大分子物质降解为低分子脂肪酸类基质；1.溶解氧：厌氧段控制在0.2mg/l以下，好氧段控制在2mg/l左右；2.厌氧区硝态氮3.温度：其影响不如生物脱氮过程明显，5—30℃的范围内效果均可；4.pH值：6---8范围内比较稳定；5.BOD负荷和有机物性质：BOD/TP要大于15，才能保证聚磷菌有足够的基质需求；6.污泥龄：一般控制在3.5—7天，厌氧段的停留时间不宜过长。主要菌种－聚磷菌生物除磷的影响因素1.工艺过程弗斯特利普工艺4.6.2.3生物除磷工艺流程2.弗斯特利普除P工艺的特点出水含磷量低于1mg/l；SVI值小于100，丝状菌难于增值，污泥不膨胀；可根据BOD/P调节回流污泥与混凝污泥的比例。含磷废水进入曝气池同步进入的还有聚磷菌污泥，聚磷菌过量地摄取磷，去除有机物，还能出现硝化作用；从曝气池流出的混合液，进入沉淀池，在这里进行泥水分离，含磷污泥沉淀，上清液排放；含磷污泥进入除磷池含磷上清液进入混合池，投加石灰，化学除磷