废水生物脱氮除磷技术【免费3天

亚硝化菌 椭球或棒状
1×1.5 阴性 8~36 专性 严格好氧 0.04~0.08 0.04~0.13
0.6~3.6
硝化菌 椭球或棒状
0.5×1.0 阴性 12~59 兼性
严格好氧 0.02~0.06 0.02~0.07
0.3~1.7 13
硝化反应过程中氮的转化及价态的变化
-Ⅲ 铵离子NH4+
氮 -Ⅱ
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有机物含量 混合液中BOD浓度过高，会使增殖速度较高的异
养型细菌迅速增殖，使自养型的硝化菌得不到优 势，硝化反应无法进行。一般BOD值应在20mg／ L以下。
反硝化过程需要充足的碳源，理论上lgNO2还原为
N2需要碳源有机物2.86g。一般认为，当废水的BO
D5/TKN值大于4～6时，碳源充足，不需另外投加
中，产生的碱度可 补偿硝化反应消耗 的碱度的一半左右
内循环（硝化液回流） 碱
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
沉淀池
原废水
反硝化反 应器
BOD去除，硝化 反应反应器
反硝化反应以原（废缺水氧）
（好氧）
中的有机物为碳源
（回流污泥） 硝化曝气池在后，使（反剩硝余化污泥）
• 其次，过程中应存在一定量的氧气； • 硝化过程产生氢离子，需要考虑合适的缓冲溶液
调节系统。
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⑶反硝化
• 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。
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反硝化菌
• 属异养兼性厌氧菌，有氧存在时，以O2为电子受 体进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-时，则以N O3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和营 养源进行反硝化生物还可通过消耗自身的原生质进行所谓的内源反
硝化
•
C5H7NO2+4NO3-→5CO2+NH3+2H2↑+4OH-
• 内源反硝化的结果是细胞物质减少，并会有NH3的生 成。 废水处理中不希望此种反应占主导地位，而应提供 必要的碳源。
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硝化、反硝化反应中氮的转化
表1 硝化过程中氮的转化
碳源，反之则要投加甲醇或其他易降解的有机物
作碳源。
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污泥龄 硝化菌在反应器内的停留时间 (污泥龄) (θc)N，必 须大于其最小的世代时间(θc)N，min 否则将使硝化菌 从系统中流失殆尽。 自养型硝化菌最小的世代时间(3d) ，至少应为硝 化菌最小世代时间的2倍以上(6d)。
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抑制物质 对硝化反应有抑制作用的物质有：过高浓度氨氮、 重金属、有毒物质以及有机物。一般来说，同样毒 物对亚硝酸菌的影响比对硝酸菌大。 反硝化菌对有毒物质的敏感性比硝化菌低很多，与 一般好氧异养菌相同。
（好氧）
用增高；二是内循环液带入大 （回流污泥）
量的溶解氧，影响反硝化进程
（剩余污泥）
处理水来自硝化反应器，含有一定浓度的硝 37 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
主要特征
• 反硝化反应器设置在流程的前端，去除BOD、进 行硝化反应的综合好氧反应器设置在流程后端；
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➢ 氮和磷的排放会加速水体的富营养化， ➢ 氨氮的好氧特性会使水体的溶解氧降低， ➢ 某些含氮化合物对人和其他生物有毒害作用。 ➢ 国内外对氮磷的排放标准越来越严格。 ➢ 生物脱氮除磷技术是近20年发展起来的，一般来
说比化学法和物理化学法去除氮磷经济，是日前 应用广泛和最有前途的氮磷处理方法。
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• 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！ • 活性污泥理想的营养平衡式为BOD:N:P=100:5:1 • 氮的去除率为20%~40%，磷的去除率仅为5%~20%
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1.生物脱氮 1.1生物脱氮原理
一些污水中，氮是过剩的，如城市污水，炼油
污水 自然界中存在氮的自然循环
生
有机氮
物
表2 反硝化反应中氮的转化
–Ⅲ
–Ⅱ
氮 –Ⅰ 的 氧0
化 +Ⅰ
还 原
+Ⅱ
态 +Ⅲ
+Ⅳ
+Ⅴ
氨离子NH4+ 羟胺NH2OH 硝酰基NOH 亚硝酸根NO2— 硝酸根NO3—
– Ⅲ
– Ⅱ
– Ⅰ 氮 的0 氧+ 化Ⅰ 还+
氨离子NH4+
羟胺NH2OH N2
硝酰基NOH21
1.2 硝化—反硝化过程影响因素
溶解氧 硝化反应必须在好氧条件下进行。氧是硝化反应的
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➢ pH值 ➢在硝化反应过程中，释放出H＋离子，致使混合液 中pH值下降。硝化菌对pH值的变化十分敏感。最佳p H值是8.0－8.4。需保持足够的碱度，起到缓冲的作用。 一般来说，1g氨态氮(以N计) 完全硝化，需碱度(以Ca CO3) 7.1g。 ➢ 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。
NH3及NH4+等 1g氨氮氧化需氧4.57g NO3-N
需氧3.16g
亚硝化菌
硝化菌
需氧1.11g
亚硝酸盐氮
NH
4
1.5O2
NO2
2H
H2O
276kJ
NO2-N
NO2
1 2
O2
NO3
72.27kJ
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在硝化反应中，还有H+释放
硝化细菌
• 亚硝酸菌Nitrosomonas和硝酸菌Nitrobacter统称为 硝化菌。
氨化反应
氨态氮
脱
硝化反应
氮
反硝化反应
硝酸氮 氮气
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以下重点介绍
• 生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态 氮转化为N2的过程。
• 氨化（Ammonification）：有机氮转化为无机氮 • 硝化（Nitrfication）：NH3-N转化为NOx-N • 反硝化（Denitrification）：NOx-N转化为N2
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。
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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 应宜于在厌氧、好氧条件交替的条件下进行
残留的有机污染物得以进一
反硝化反应器在前，
步去除，勿需增建后曝气池。36
反B应OD的去综除合、反本硝应系化器统二在流项后程简单，勿需外加碳源，建设费用与运行费用均较低
缺点
本系统的脱氮率一般在85％以下
N2
内循环（硝化液回流） 碱
沉淀池
反硝化反
原废水
应器
BOD去除，硝化 反应反应器
欲环提比高(R脱N)，氮导率致，：必（一须缺是加氧运大）行内费循
• 反硝化反应可使有机物得到分解氧化，实际是利 用了硝酸盐中的氧。
• 当缺乏有机物时，则无机物如氢、Na2S等也可作 为反硝化反应的电子供体
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• 反硝化作用的条件：厌氧条件下，存在有机碳源， 硝酸盐浓度大于或等于2mg/L，且pH值在6.5-7.5之 间。
• 以有机物为基质时，反硝化菌不仅能将其用作电 子给体进行反硝化，还能将其用作碳源合成细胞 物质。
的 -Ⅰ
氧 化
0
还 +Ⅰ
羟胺NH2OH 硝酰基NOH
原 +Ⅱ
态 +Ⅲ
亚硝酸盐NO2-
+Ⅳ
+Ⅴ
NONu3t-risimonas
亚硝化菌
硝酸盐 14
Nitrobacter 硝化菌
• 硝化作用过程中细菌的性质对废水处理有多方面 影响：
• 硝化细菌的生长速率慢、细胞产率低，使得废水 中有机物负荷不能太大，否则细菌就被冲失；
TKN (凯氏氮)
N
无机N NH3-N NO3-N
NO2-N
NOx--N (硝态氮)
总N (TN)
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• 磷通常以磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形式存在。 • 磷主要来自人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。 • 磷对水体富营养化的影响比氮更突出，是藻类生长的限制因素。事实上取决于氮磷比。
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（1）氨化反应
生物脱氮原理
有机氮化合物，在氨化菌的作用下，分解、 转化为氨态氮，以氨基酸为例：
氧化脱氨基
O2 RCOOH CO2 NH3
RCHNH2COOH
水解脱氨基
H2O RCOOH NH3
还原脱氨基
2H RCOOH NH3
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生物脱氮原理
在未经处理的新鲜废水中
有机氮
蛋白质、尿素、胺类化合物、 硝基化合物以及氨基酸等
•该流程与两级活性污泥工艺相比，是将缺氧的 反硝化反应器设置在好氧反应器的前面，因此 常被称为“前置式反硝化生物脱氮系统”。
回流污泥
N2
反硝化 反应器 (缺氧)
内循环（硝化液回流）
碱
BOD去除、硝 化反应反应器
(好氧)
沉淀池
处理水
回流污泥
回流污泥
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图 21-3 分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统
在特反硝征化反应过N 程2
废水生物脱氮除磷技术
1
• 在自然界，氮化合物是以有机体(动物蛋白、植物 蛋白)、氨态氮(NH4+、NH3)、亚硝酸氮(NO2-)、 硝酸氮(NO3-)以及气态氮(N2)形式存在的。
• 废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮4 种形式存在。
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氮在水中的存在形态与分类
有机N（尿素、氨基酸、蛋白质）
氨态氮 NH3及NH4等
氨化菌(水解、氧化)
无论在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10 地完成氨化反应
（2）硝化反应
反应过程
生物脱氮原理
NH
4
2O2
NO3
H2O 2H
351kJ
氨态氮
硝酸盐氮
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1.3生物脱氮工艺
⑴传统活性污泥法脱氮工艺
• 三级活性污泥生物脱氮工艺
• 由Barth开创的所谓3级活性污泥法流程，包括氨 化、硝化、反硝化三项反应过程。
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硝化曝气池，NH3-N及NH4-N 在这里氧化为 NO-3-N，投碱
以防止pH值下降。
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
⑷ 生物转盘脱氮工艺
• 控制每级生物转盘的运行工况，使其分别处于好 氧状态和缺氧状态，即在整个流程中需要分别采 用好氧生物转盘和厌氧生物转盘，在不同的好氧 生物转盘中分别实现BOD的去除和氨氮的硝化， 而在厌氧生物转盘中则主要实现反硝化。
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➢温度
➢硝化反应的适宜温度是20-30℃，15℃以下，硝化 反应速度下降，5℃时完全停止。低温对硝酸菌的抑 制作用更为强烈，在低温12～14℃时常出现亚硝酸 盐的积累。在30～35℃较高温度下，亚硝酸菌的最 小倍增时间要小于硝酸菌，因此，通过控制温度和 污泥龄，可控制反应器中亚硝酸菌的绝对优势。 ➢ 温度对硝化菌的影响比反硝化菌大。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。
缺点：处理设备多，造价高，管理麻烦
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⑵两级活性污泥法脱氮工艺
• 该工艺是将其中的前两级曝气池合并成一个曝气 池，使废水在其中同时实现氨化和硝化反应，因 此只是在形式上减少了一个曝气池，并无本质上 的改变。
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两级生物脱氮工艺： BOD去除和硝化两个反应过程放在一起
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⑶缺氧-好氧活性污泥法脱氮系统（A-O工艺）
• 反硝化反应时利用原废水中的有机物直接作为有 机碳源，将从好氧反应器回流的混合液中的硝酸 盐反硝化成为氮气；
• 反硝化反应器中产生的碱度随出水进入好氧硝化 反应器，补偿硝化反应中所需消耗碱度的一半左 右；
• 使反硝化过程中残留的有机物得以进一步去除，
无需增建后曝气池。
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• 是实际工程中较常见的一种生物脱氮工艺。
采取厌氧—缺氧交替运行 方式。作为碳源，可投加 CH3OH(甲醇)，也可以引
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入原废水
• 第一级曝气池的功能：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。
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活性污泥法脱氮传统工艺特点：
优点：氨化、硝化、反硝化反应分别在各 自的反应器内进行，各自回流污泥，反应 进行速度快且彻底
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当利用的碳源为甲醇时：
NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7CO2+0.47N2↑+1.68H2O + HCO3NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7CO2+0.48N2↑+1.23H2O+ HCO3-
•从以上的过程可知，约96％的NO3-N经异化过程还 原，4％经同化过程合成微生物。
• 化能自养菌，G-，不生芽孢的短杆状细菌，广泛 存活在土壤中，在自然界的氮循环中起着重要的 作用。
• 这类细菌的生理活动不需要有机性营养物质，从C
O2获取碳源，从无机物的氧化中获取能量。生长 率低
• 对环境条件变化较为敏感。
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亚硝化菌和硝化菌的基本特征
项目 细胞形状 细胞尺寸（μm） 革兰氏染色 世代期（h） 自养性 需氧性 最大比增长速率μm·h-1 产率系数Y(mg细胞/基 质mg) 饱和常数K（mg/L）