除氮除磷講義

1、除氮除磷氮和磷是生物的重要營養(yǎng)源，隨著化肥、洗滌劑和農(nóng)藥普遍使用， 天然水體中氮、磷含量急劇增加，水體中藍(lán)藻、綠藻大量繁殖，水體 缺氧并產(chǎn)生毒素，使水質(zhì)惡化，對水生生物和人體健康產(chǎn)生很大的危 害。目前應(yīng)用最廣泛的常規(guī)生物處理系統(tǒng) （一級加二級生物處理）主 要是去除城市污水及某些工業(yè)廢水中的懸浮固體及可降解的有機(jī)物。 氮磷的去除技術(shù)一般是在常規(guī)的二級處理之后，故常稱作三級處理貨 深度處理。第一節(jié)氮的處理廢水中的氮常以含氮有機(jī)物、氨、硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在。 生物處理把大多數(shù)有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨，然后可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。目 前采用的除氮工藝有生物硝化與反硝化、沸石選擇性交換吸附、空氣 吹托及折點(diǎn)氯

2、化等四種。一、生物硝化與反硝化（生物除氮法）（一）生物硝化在好氧條件下，通過亞硝酸鹽菌和硝酸菌的作用，將氨氮氧化成亞硝 酸鹽氮和硝酸鹽氮的過程，稱為生物硝化作用。反應(yīng)過程如下：亞硝酸鹽菌NH/+3/2O2 N0J+2H+H0-AE E=278.42KJ第二步亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽：硝酸鹽菌 E=278.42KJNC+1/2O2 - E這兩個(gè)反應(yīng)式都是釋放能量的過程，氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮并不是去 除氮而是減少它的需氧量。上訴兩式合起來寫成：NH/+2O NO3+2H+HO-A E E=351KJ綜合氨氧化和細(xì)胞體合成反應(yīng)方程式如下：NH+1.83O2+1.98HCO 0.02C5HON+0.98 NQ

3、- + 1.04 H2O+I.88HCO由上式可知：(1)在硝化過程中，1g氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮時(shí)需氧4.57g ； (2)硝化過程中釋放出H+,將消耗廢水中的堿度，每氧化lg氨氮，將消耗堿度(以CaCO計(jì))7.lg 。影響硝化過程的主要因素有：(1) pH值當(dāng)pH值為8.08.4時(shí)(20 C)，硝化作用速度最快。由于硝化過程中pH將下降，當(dāng)廢水堿度不足時(shí)，即需投加石灰，維持pH值在7.5以上；(2) 溫度 溫度高時(shí)，硝化速度快。亞硝酸鹽菌的最適宜水溫為35C，在15C以下其活性急劇降低，故水溫以不低于15C為宜；(3) 污泥停留時(shí)間硝化菌的增殖速度很小，其最大比生長速率為 =0.30.5d-1

4、(溫度20C, pH8.08.4)。為了維持池內(nèi)一定量的硝化菌群，污泥停留時(shí)間必須大于硝化菌的最小世代時(shí)間。在實(shí)際運(yùn)行中，一般應(yīng)取 >2 ;(4) 溶解氧 氧是生物硝化作用中的電子受體，其濃度太低將 不利于硝化反應(yīng)的進(jìn)行。一般，在活性污泥法曝氣池中進(jìn)行硝化，溶 解氧應(yīng)保持在23mg/L以上；(5) B0D負(fù)荷 硝化菌是一類自養(yǎng)型菌，而 BOD氧化菌是異養(yǎng) 型菌。若BOD負(fù)荷過高，會使生長速率較高的異養(yǎng)型菌迅速繁殖， 從 而佼白養(yǎng)型的硝化菌得不到優(yōu)勢，結(jié)果降低了硝化速率。所以為要充 分進(jìn)行硝化，BOD負(fù)荷應(yīng)維持在0.3kg(BOD)/kg(SS).d 以下。(二) 反硝化在缺氧條件下，由于

5、兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用，將NO-N和 NO-N還原成N2的過程，稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體 (氫 供體)是各種各樣的有機(jī)底物(碳源)。以甲醇作碳源為例，其反應(yīng)式 為：6NO+2CHOHK 6NO+2CO+4H2O6NO+3CHOHK 3N+3CO+3HO+60H綜合反應(yīng)式為：6NO J+5CHOH 5CQ+3N+7HO+6OH由上可見，在生物反硝化過程中，不僅可使 NQ-N、NO-N被還 原，而且還可使有機(jī)物氧化分解。影響反硝化的主要因素：(1) 溫度 溫度對反硝化的影響比對其它廢水生物處理過程要 大些。一般，以維持 2040C為宜。苦在氣溫過低的冬季，可采取 增加污泥停留時(shí)間、

6、降低負(fù)荷等措施，以保持良好的反硝化效果；（2）pH值反硝化過程的pH值控制在7.08.0 ;（3）溶解氧 氧對反硝化脫氮有抑制作用。一般在反硝化反應(yīng)器 內(nèi)溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/L以下（活性污泥法）或1mg/L以下（生物膜 法）； 有機(jī)碳源當(dāng)廢水中含足夠的有機(jī)碳源，B0DTKN（35）時(shí)，可無需外加碳源。當(dāng)廢水所含的碳、氮比低于這個(gè)比值時(shí)，就需 另外投加有機(jī)碳。外加有機(jī)碳多采用甲醇。考慮到甲醇對溶解氧的額 外消耗，甲醇投量一般為NO-N的3倍。此外，還可利用微生物死亡； 自溶后釋放出來的那部分有機(jī)碳，即"內(nèi)碳源"，但這要求污泥停留時(shí) 間長或負(fù)荷率低，使微生物處于生長曲線的

7、靜止期或衰亡期，因此池 容相應(yīng)增大。（三）生物脫氮工藝流程1、傳統(tǒng)三段生物脫氮工藝沉淀池污幄回渝曲4池污據(jù)回軌I 反和 化池CH3 OU污視回汛H藕余石昶Barth三段生物脫氮工藝沉養(yǎng)油2 、A1/0 (Anoxic/Oxic)生物脫氮工藝流程剩余污泥二、沸石選擇性交換吸附沸石是一種硅鋁酸鹽，為一種弱酸型陽離子交換劑。斜發(fā)沸石對 某些陽離子的交換選擇次序?yàn)椋篕+> NH4+> Na+> Ba2+ > Ca2+ > Mg2+。 利用斜發(fā)沸石對 NH4+的強(qiáng)選擇性，可采用交換吸附工藝去除水中氨 氮。三、空氣吹脫在堿性條件下(pH > 10.5),廢水中的氨氮主要

8、以NH3的形式存 在。讓廢水中與空氣充分接觸，則水中揮發(fā)性的 NH3將由液相向氣 相轉(zhuǎn)移，從而脫除水中的氨氮。影響氨吹脫效果的主要因素有：(1) pH值；(2)溫度；(3)水力負(fù)荷；(4)氣水比；(5)填料構(gòu)型與高度；(6)結(jié)垢控制。四、折點(diǎn)氯化折點(diǎn)氯化法(Break Point Chlotination )是將氯氣通入廢水中 達(dá)到某一點(diǎn)，在該點(diǎn)時(shí)水中游離氯含量較低，而氨的濃度降為零。當(dāng) 氯氣通入量超過該點(diǎn)時(shí)，水中的游離氯就會增多。因此，該點(diǎn)稱為折 點(diǎn)。該狀態(tài)下的氯化稱為折點(diǎn)氯化。折點(diǎn)氯化法除氨的機(jī)理為氯氣與 氨反應(yīng)生成無害的氮?dú)猓浞磻?yīng)方程式為：+ 15HCIO O.SATj+L5C/

9、9;需氯量取決于氨氮的濃度，兩者重量比為7.6 : 1,為了保證完全反應(yīng)，一般氧化1mg氨氮需加9-10mg的氯氣。pH值在6-7時(shí)為最 佳反應(yīng)區(qū)間，接觸時(shí)間為0.5-2h。氯化法的處理率達(dá)90%-100%處理效果穩(wěn)定，不受水溫影響， 投資較少，折點(diǎn)氯化法的缺點(diǎn)是加氯量大，費(fèi)用高，工藝過程中，每 氧化1mol的氨氮會產(chǎn)酸4mol，也就是說每氧化1mg/L的堿度(以 CaCO計(jì))來中和產(chǎn)生的酸，從而增加了總?cè)芙夤腆w的含量，畐廬物 氯胺和氯代有機(jī)物會造成二次污染。第二節(jié)磷的去除廢水中的磷有三種存在形態(tài)，既正磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷。 在二級生化處理中，有機(jī)磷和聚磷酸鹽可轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽。去除磷的 方

10、法主要有化學(xué)沉淀法和生物除磷法兩類。一、化學(xué)沉淀法通過投加的化學(xué)沉淀劑能與廢水中的磷酸鹽生成難溶沉淀物，可把磷分離去除，同時(shí)形成的絮凝體對磷也有吸附去除作用。 常用的沉 淀劑有石灰、明磯、氯化鐵、石灰與氯化鐵的混合物。它們與磷酸鹽 的反應(yīng)可表示為：3Ca 2+2PGf- Ca(PC4)3 J5Ca 2+3PGf- +0H Ca(PC4) 3OH；Al3+PO3-AIPQ JFe 3+PQ3- FePOj三種不同的沉淀工藝：(1) 在初沉池內(nèi)沉淀除磷；(2) 沉淀藥劑直接加入曝氣池；(3) 化學(xué)沉淀劑加在二級出水。二、生物除磷法(一) 生物除磷原理：1 、除磷菌過量攝取磷：在好氧條件下，除磷菌合

11、成聚磷酸鹽并 將之貯存在體內(nèi)；2 、除磷菌的磷釋放：在厭氧條件下，除磷菌分解聚磷酸鹽產(chǎn)生 磷酸，并將之排除體外；3、富磷污泥的排放：在好氧條件下所攝取的磷比在厭氧條件下所釋放的磷多，廢水生物除磷工藝是利用除磷菌的這一過程，將多余剩余污泥排出系統(tǒng)而達(dá)到除磷的目的。（二）生物除磷的影響因素1 、溶解氧：厭氧段< 0.2mg/L，好氧段2mg/L;2 、厭氧區(qū)硝態(tài)氮：NQNv 2mg/L ；3、溫度：5 - 30 ?C;4. pH 值：6 - 8 ；5 、BOD負(fù)荷：BOD/TP > 2030,才能保證聚磷菌有足夠的基質(zhì) 需求；6、污泥齡：5 - 10天，厭氧段的停留時(shí)間不宜過長。（三）厭氧/好氧生物除磷系統(tǒng)原廢水原廢水（厭氧）幽氧）|（厭氧）!回濾污泥（含標(biāo)污泥）沉梃池處第水L、剩余污泥含祥污泥、用作肥料(三)A2/O(Anaerobic/Oxic)工藝硝化液回流(13)QQ進(jìn)水一IAQA厭氧池»缺氧池A好氧池二沉池A出水A污泥回流(0