清华大学水处理工程2第十二讲213c2ac946bec0975f465e284

废水生物处理原理与工艺第十二讲第1页第十二讲第四章营养元素的生物去除——生物脱氮除磷原理与工艺4-1概述一、营养元素的危害氨氮会消耗水体中的溶解氧；氨氮会与氯反应生成氯胺或氮气，增加氯的用量；含氮化合物对人和其它生物有毒害作用：①氨氮对鱼类有毒害作用；②NO3-和NO2-可被转化为亚硝胺——一种“三致”物质；③水中NO3-高，可导致婴儿患变性血色蛋白症——“Bluebaby”；加速水体的“富营养化”过程；——所谓“富营养化”就是指水中的藻类大量繁殖而引起水质恶化，其主要因子是N和P（尤其是P）；——控制污染源，降低废水中的N、P含量；——对城市废水，传统的活性污泥法，对N的去除率只有40%左右，对磷的去除率只有20~30%。二、脱氮的物化法1）氨氮的吹脱法：OHNHOHNH4232）折点加氯法去除氨氮：OHHClNHHOClNH224HOHClNHOClClNH332222每mgNH4+--N被氧化为氮气，至少需要7.5mg的氯。3）选择性离子交换法去除氨氮：采用斜发沸石作为除氨的离子交换体。三、除磷的物化法（混凝沉淀法）1）铝盐除磷4343AlPOPOAl一般用Al2(SO4)3，聚氯化铝（PAC）和铝酸钠（NaAlO2）2）铁盐除磷：FePO4Fe(OH)3一般用FeCl2、FeSO4或FeCl3Fe2(SO4)33）石灰混凝除磷OHPOOHCaHPOOHCa23452423))((345向含P污水投加石灰，由于形成OH-，污水的pH值上升，P与Ca2+反应，生成羟磷灰石。调节pH值沉淀池吹脱塔出水排泥进水石灰或石灰乳吹脱法脱氨处理流程废水生物处理原理与工艺第十二讲第2页第十二讲4-2生物脱氮技术4-1-1生物脱氮原理一、定义：①污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养微生物氧化分解为氨氮——氨化；②由自养型的硝化菌将氨氮转化为NO2-和NO3-——硝化；③再由反硝化菌将NO2-和NO3-还原转化为N2——反硝化。二、硝化反应（Nitrification）——分为两步：①24NONH；②32NONO——由两组自养型硝化菌分步完成：①亚硝酸盐细菌（Nitrosomonas）；②硝酸盐细菌（Nitrobacter）都是革兰氏染色阴性、不生芽孢的短杆菌和球菌；强烈好氧，不能在酸性条件下生长；无需有机物，以氧化无机含氮化合物获得能量，以无机C（CO2或HCO3-）为碳源；化能自养型；生长缓慢，世代时间长。（1）硝化反应过程及反应方程式：①亚硝化反应：HOHNOONH25.12224加上合成，则：322227532410457541097655COHOHNONOHCHCOONH亚硝酸盐细菌的产率是：0.146g/gNH4+-N（113/55/14）；氧化1mgNH4+-N为NO2--N，需氧3.16mg（7632/55/14）；氧化1mgNH4+-N为NO2--N，需消耗7.08mg碱度（以CaCO3计）（10950/55/14）②硝化反应：3225.0NOONO加上合成，则：3227523324240031954400NOOHNOHCOHCOCOHNHNO硝酸盐细菌的产率是：0.02g/gNO2---N(113/400/14)氧化1mgNO2--N为NO3—N，需氧1.11mg(195*32/400/14)几乎不消耗碱度③总反应：HOHNOONH222324加上合成，则：323227532488.198.004.1)0025.00181.0(98.186.1COHNOOHNOHCHCOONH总的细菌产率是：0.02g/gNO2---N(113/400/14)；氧化1mgNNH4为NNO3，需氧4.27mg(1.86*32/14)；氧化1mgNNH4为NNO3，需消耗碱度7.07mg(以CaCO3计)；——污水中必须有足够的碱度，否则硝化反应会导致pH值下降，使反应速率减缓或停滞；——如果不考虑合成，则：氧化1mgNH4+-N为NO3—N，需氧4.57mg，其中亚硝化反应3.43mg，硝化反应1.14mg，需消耗碱度7.14mg(以CaCO3计)(2)硝化反应的环境条件：——硝化菌对环境的变化很敏感：①好氧条件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的碱度以维持稳定的pH值(适宜的pH为8.0~8.4)；②进水中的有机物的浓度不宜过高，一般要求BOD5在15~20mg/l以下；③硝化反应的适宜温度是20~30C，15C以下时，硝化反应的速率下降，小于5C时，完全停止；④硝化菌在反应器内的停留时间即污泥龄，必须大于其最小的世代时间(一般为3~10天)；⑤高浓度的氨氮、亚硝酸盐或硝酸盐、有机物以及重金属离子等都对硝化反应有抑制作用。废水生物处理原理与工艺第十二讲第3页第十二讲二、反硝化反应（1）反硝化反应过程及反硝化菌——反硝化反应是指硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程；——反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，并不是一类专门的细菌，它们大量存在于土壤和污水处理系统中，如变形杆菌、假单胞菌等，土壤微生物中有50%是这一类具有还原硝酸盐能力的细菌；——反硝化菌能在缺氧条件下，以NNO2或NNO3为电子受体，以有机物为电子供体，而将氮还原；——在反硝化菌的代谢活动下，NNO2或NNO3中的N可以有两种转化途径：①同化反硝化，即最终产物是有机氮化合物，是菌体的组成部分；②异化反硝化，即最终产物为的氮气。（2）反硝化反应的影响因素碳源：一是原废水中的有机物，当废水的BOD5/TKN大于3~5时，可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇；适宜的pH值是6.5~7.5，pH值高于8或低于6，反硝化速率将大大下降；反硝化菌适于在缺氧条件下发生反硝化反应，但另一方面，其某些酶系统只有在有氧条件下才能合成，所以反硝化反应宜于在缺氧、好氧交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/l以下；最适宜温度为20~40C，低于15C其反应速率将大为降低。废水生物处理原理与工艺第十二讲第4页第十二讲表生物脱氮反应过程中各项生化反应特征生化反应类型去除有机物硝化反硝化亚硝化硝化微生物好氧菌及兼性菌Nitrosomonas自养型菌Nitrobacter自养型菌兼性菌异养型菌能源有机物化能化能有机物氧源(电子受体)O2O2O2NO2-、NO3-溶解氧1~2mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上0~0.5mg/l碱度无变化氧化1mgNH4+--N需要7.14mg/l碱度无变化还原1mgNO3---N或NO2---N生成3.57mg碱度耗氧分解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NO2---N0.58mg，NO3---N0.35mg所提供的化合态氧最适pH值6~87~8.56~7.56~8最适水温15~25C30C30C34~37C增殖速度(d-1)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.h7mgNH4+--N/gMLSS.h2~8mgNO3---N/gMLSS.h产率4-2-2生物脱氮工艺一、活性污泥法脱氮传统工艺(1)Barth开创的三级活性污泥法流程：第一级曝气池的功能：①碳化——去除BOD5、COD；②氨化——使有机氮转化为氨氮；第二级是硝化曝气池，投碱以维持pH值；第三级为反硝化反应器，可投加甲醇作为外加碳源或引入原废水。——其优点是氨化、硝化、反硝化是在各自的反应器中进行，反应速率快且较彻底；——缺点是处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。(2)两级活性污泥法脱氮工艺二、缺氧——好氧活性污泥法脱氮系统（A—O工艺）