脱氮除磷活性污泥法工艺

§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•二、生物除磷工艺•三、生物脱氮、除磷工艺§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•污水中氮的存在形式：有机氮和氨氮，少量或没有亚硝酸盐和硝酸盐氮•传统废水生物处理主要去除废水中溶解状态的有机污染物，对氨、磷等营养物质，只能去除细菌细胞生理需要摄取的部分,氮的去除率为10%-20%,磷的去除率仅为5%-20%。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•城市污水，炼油污水中，氮是过剩的。•自然界中存在氮循环的自然现象有机氮氨态氮硝酸氮氮气N无机NNOx--N(硝态氮)TKN(凯氏氮)总N(TN)NH3-NNO3-NNO2--N有机N（尿素、氨基酸、蛋白质）§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•1.生物脱氮原理•生物处理过程中，有机氮通过微生物的分解和水解转化成氨氮，即氨化作用；通过硝化反应将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮、亚硝态氮还原成气态氮逸出，达到脱氮目的。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•1.生物脱氮原理•(1)氨化反应•氨化反应：无论好氧还是厌氧条件下，中性、碱性还是酸性环境中都能进行，只是作用的微生物不同、作用的强弱不同。活性污泥和生物膜系统内能够比较完全地完成氨化反应。COOHRCHNH2322NHCORCOOHO32NHRCOOHOH32NHRCOOHH氧化脱氨基水解脱氨基还原脱氨基§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•1.生物脱氮原理•(2)硝化过程-32223:NHONOHOH2亚硝化菌硝化--2231NOONO2硝酸菌-4232NH2ONOHO2H硝化菌23222HCaCOCaCOHO§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•1.生物脱氮原理•(2)硝化过程•硝化反应的条件•从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量•①溶解氧及pH：好氧条件，并保持一定的碱度•氧是硝化反应的电子受体，溶解氧的高低，影响硝化反应的进程，硝化反应曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg/L。•pH值的影响:硝化反应过程中,释放H+离子,pH下降,硝化菌对pH十分敏感，为保持适宜pH值，应保持足够的碱度，以调节pH值的变化，1g氨态氮(以N计)完全硝化，需碱度(以CaCO3计)7.1g,适宜的pH值为8.0-8.4。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•1.生物脱氮原理•(2)硝化过程•硝化反应的条件•②营养物质：有机物含量不应过高，BOD5应在15-20mg/L以下。•硝化菌是自养型菌，有机基质浓度不是它的增殖限制因素;BOD5值过高,将使增殖速度较高的异养型细菌迅速增殖,从而使硝化菌不能成为优势种属。•③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。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•1.生物脱氮原理•(2)硝化过程•硝化反应的条件•④活性污泥：硝化菌在反应器内的停留时间(污泥龄)(θc)，必须大于其最小的世代时间,否则会使微生物流失殆尽。•一般对θc的取值应为硝化菌最小世代时间的2倍以上，即安全系数应大于2。硝化菌的最小世代时间在适宜温度条件下为3d，因此θc值为6d，最高可以到10d。θc值与温度密切相关，温度低，θc取值应相应明显提高。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•硝化反应的条件•⑤有毒物质：除重金属外，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、高浓度的有机基质以及络合阳离子等。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•1.生物脱氮原理•(３)反硝化过程硝酸氮NO3-NNO2-N亚硝酸氮氮气(主要过程)有机氮化合物反硝化菌异化反硝化(细菌组成部分)同化反硝化异养型兼性菌§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•1.生物脱氮原理•(3)反硝化过程•影响因素•缺氧条件下,以NO3--N中的氧为电子受体，有机碳为电子供体•①碳源•能为反硝化菌所利用的碳源较多，从废水生物脱氮考虑有两类•i.原废水中所含碳源,原废水满足下列条件可认为碳源充足：•ii.外加碳源,多采用甲醇(CH3OH)，甲醇被分解后产物为CO2、H2O,不留任何难降解的中间产物:535BODTNOHOHCONOHCHNO2223367652165OHOHCONOHCHNO2223221212121§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•1.生物脱氮原理•(3)反硝化过程•影响因素•②对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5•pH值高于8低于6，反硝化速率将大为下降。•③溶解氧应控制在0.5mg／L以下•反硝化菌属异养兼性菌，在无分子氧同时存在硝酸和亚硝酸离子时，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，反硝化反应宜于在厌氧、好氧条件交替的条件下进行。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•1.生物脱氮原理•(３)反硝化过程•影响因素•④反硝化反应的最适宜温度是20-40℃，低于15℃反硝化反应速率降低。•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；提高废水的水力停留时间。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计氨化，使有机氮转化为NH3、NH4，去除BOD、COD。BOD5值可降至15-20mg/l左右硝化曝气池，氨态氮氧化为NO-3-N，投碱以防止pH值下降。反硝化反应器，采取厌氧-缺氧交替运行方式。作为碳源，可投加CH3OH(甲醇)，或引入原废水一、生物脱氮工艺2.生物脱氮工艺(1)三段生物脱氮工艺(巴茨(Barth)开创)§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•2.生物脱氮工艺•(1)三段生物脱氮工艺•优缺点：•优点：氨化、硝化、反硝化分段独立；氨化、硝化、反硝化反应分别在各自的反应器内进行，各有其沉淀池及污泥回流系统，分别控制适宜条件，处理效率高，反应进行速度快且彻底。•缺点：处理设备多，造价高，管理麻烦。反硝化段在氨化及硝化后，主要靠内源呼吸碳源进行反硝化，效率低，必须在反硝化段投加碳源保证高效稳定的反硝化反应。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•2.生物脱氮工艺•(1)二段生物脱氮工艺•BOD去除和硝化反应过程放在一起，各段设沉淀及污泥回流系统，除碳和硝化在一个池子进行，设计的污泥负荷要低，HRT及SRT要长，否则，硝化作用降低，反硝化仍需外加碳源。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计两级生物脱氮工艺：BOD去除和硝化两个反应过程放在一起§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•2.生物脱氮工艺•(2)前置缺氧-好氧生物脱氮工艺(80年代初期开创,目前采用广泛采用)反硝化反应器BOD去除，硝化反应反应器（好氧）原废水（缺氧）（回流污泥）沉淀池（剩余污泥）内循环（硝化液回流）碱2N§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计反硝化反应器在前，BOD去除、硝化二项反应的综合反应器在后反硝化以原废水中的有机物为碳源，无需外加碳源。硝化反应器内的含有大量硝酸盐的硝化液回流反硝化反应器，进行反硝化脱氮反应反硝化过程中产生的碱度可补偿硝化反应消耗碱度的50%硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机污染物得以进一步去除，勿需增建后曝气池。本系统流程简单，勿需外加碳源，建设费用与运行费用均较低•①特征：教材p149反硝化反应器BOD去除，硝化反应反应器（好氧）原废水（缺氧）（回流污泥）沉淀池（剩余污泥）内循环（硝化液回流）碱2N§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计处理水来自硝化反应器，含有一定浓度的硝酸氮，如沉淀池运行不当，不及时排泥，在池内能够产生反硝化反应使污泥上浮欲提高脱氮率，必须加大内循环比(RN)，导致：一是运行费用增高；二是内循环液带入大量的溶解氧，影响反硝化进程本系统的脱氮率一般在85％以下•②缺点：§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•2.生物脱氮工艺•(2)前置缺氧-好氧生物脱氮工艺•③影响运行的因素与主要参数•i.水力停留时间(HRT)•HRT是影响处理效果和反应器规模、尺寸的重要参数。•经验:脱氮效果与反应时间呈线性关系，在硝化与反硝化反应中，硝化反应需时长。对城市废水脱氮系统，硝化与反硝化之比大体为2:1，具体时间则为4.8h:2.4h。•一般硝化与反硝化时间之比介于2:1—5:1之间。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•2.生物脱氮工艺•(2)前置缺氧-好氧生物脱氮工艺•③影响运行的因素与主要参数•ii.回流比(R)•内循环回流比取值与要求达到的脱氮效果及反应器类型有关。活性污泥法，取值不低于200%。最佳回流比应当通过试验确定或对运行数据加以归纳分析确定§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•2.生物脱氮工艺•(2)前置缺氧-好氧生物脱氮工艺•③影响运行的因素与主要参数•iii.生物固体平均停留时间(污泥龄)(θc)•θc应取值较大，以保证在反应器内保持一定浓度的硝化菌。经证实，此值应在30d以上。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•2.生物脱氮工艺•(2)前置缺氧-好氧生物脱氮工艺•③影响运行的因素与主要参数•iv.混合液悬浮固体浓度(MLSS)•MLSS一般应高于3000mg／L，当MLSS值低于3000mg／L时，反应速度将迅速下降。•试验证实，当MLSS值高于3000mg／L时，温度对反应速度的影响很大，MLSS值低时，其影响较小。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•2.生物脱氮工艺•(2)前置缺氧-好氧生物脱氮工艺•③影响运行的因素与主要参数•v.负荷率•氮负荷率也是影响本工艺脱氮效果的重要参数。负荷高会使其转化率不完全，影响脱氮效果•对硝化反应•NH3-N负荷率350g／(m3.d)，去除率可在90％以上，•达到350g／(m3·d)时，去除率开始下降;•达到430g／(m3·d)以上时，去除率(即硝化率)将急剧下降。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•一、生物脱氮工艺•2.生物脱氮工艺•(3)后置缺氧-好氧生物脱氮工艺•可以补充外来碳源，也可以利用活性污泥的内源呼吸提供电子供体还原硝好氧/硝化缺氧二沉池污泥回流污泥进水出水酸盐，反硝化速率仅是前置缺氧反硝化速率的1/3-1/8，需较长停留时间。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•二、生物除磷工艺•1.概述•来源：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水•危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；水质恶化，危害水资源。•包括：有机磷(磷酸甘油酸、磷肌酸)和无机磷(磷酸盐，聚合磷酸盐)•去除方法：•常规活性污泥法的微生物同化和吸附；•生物强化除磷；•投加化学药剂除磷。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•二、生物除磷工艺•1.概述•常规活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重的1.5-2.0%，同化作用可除磷12-20%.•生物强化除磷工艺可以使系统排除的剩余活性污泥中磷含量占干重的5-6%。•如还不能满足排放标准，必须借助化学法除磷。§12-6脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计•二、生物除磷工艺•2.生物除磷原理•利用好氧微生物中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。•厌氧环境：污水中有机物在厌氧发酵产酸菌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，产生的能量一部分供聚磷菌生存，一部分供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚羟基丁酸)的形态贮存于体内。•聚磷分解形成