污水生物脫氮除磷新工藝

1、基本原理及影響因素基本原理及影響因素一、生物脫氮原理及影響因素 自然界中氮一般有四種形態(tài)： 有機(jī)氮、 氨氮、 亞硝酸鹽氮 硝酸鹽氮 生活污水中的氮主要形態(tài)是有機(jī)氮和氨氮。有機(jī)氮占生活污水含氮量的40-60%，氨氮占50-60%，亞硝酸鹽和硝酸鹽氮僅占05%。污水生物脫氮的可能途徑污水生物脫氮的可能途徑1. 傳統(tǒng)生物脫氮原理及影響因素 傳統(tǒng)生物脫氮一般由硝化和反硝化兩個(gè)過程完成。硝化過程可以分為兩個(gè)過程，分別由亞硝酸菌和硝酸菌完成。硝化反應(yīng)式如下：氨化反應(yīng)：RCOOHCONHOCOOHRCHNH2322HOHNOONHNOONOHOHNOONH225 . 025 . 123243222224硝化

2、過程總反應(yīng)式硝化過程總反應(yīng)式硝化反應(yīng)：硝化反應(yīng)： 反硝化菌為異養(yǎng)型兼性厭氧菌，在有氧氣存在時(shí)，它會(huì)以氧氣為電子受體進(jìn)行好氧呼吸；在無(wú)氧而有硝酸鹽氮或亞硝酸鹽氮存在時(shí)，則以硝酸鹽氮或亞硝酸鹽氮為電子受體，以有機(jī)碳為電子供體進(jìn)行反硝化反應(yīng)。項(xiàng)目亞硝酸菌硝酸菌細(xì)胞形狀橢球或棒狀橢球或棒狀細(xì)胞尺寸/m11.50.51革蘭氏染色陰性陰性世代期/h8361259需養(yǎng)性兼性厭氧嚴(yán)格好氧最大比增長(zhǎng)速率/(m/h)0.961.920.481.44產(chǎn)率系數(shù)Y/(mg細(xì)胞/mg基質(zhì))0.040.130.020.07飽和常數(shù)Ks/(mg/L)0.33.60.31.7反硝化過程反應(yīng)式：反硝化過程反應(yīng)式：OHOHNHNO

3、OHNOHNO22222325 . 0-5-2有有機(jī)機(jī)物物）（電電子子供供體體有有機(jī)機(jī)物物）（電電子子供供體體硝化硝化-反硝化過程的影響因素反硝化過程的影響因素影響因素影響因素硝化過程硝化過程反硝化過程反硝化過程溫度溫度硝化反應(yīng)的適宜溫度為硝化反應(yīng)的適宜溫度為2030低低于于15 時(shí)，反應(yīng)速率迅速下降，時(shí)，反應(yīng)速率迅速下降，5 時(shí)反應(yīng)幾乎完全停止。溫度不但時(shí)反應(yīng)幾乎完全停止。溫度不但影響硝化菌的比增長(zhǎng)速率，而且影影響硝化菌的比增長(zhǎng)速率，而且影響硝化菌的活性響硝化菌的活性反硝化反應(yīng)的溫度范圍較寬，反硝化反應(yīng)的溫度范圍較寬，在在540范圍內(nèi)都可以進(jìn)行。范圍內(nèi)都可以進(jìn)行。但溫度低于但溫度低于15 時(shí)

4、，反硝化時(shí)，反硝化速率明顯下降。最適宜的溫度速率明顯下降。最適宜的溫度為為2040pH值值硝化菌受硝化菌受pH值的影響很敏感，比值的影響很敏感，比較適宜的較適宜的pH值范圍為值范圍為7.08.0。硝。硝化過程消耗堿度，使得化過程消耗堿度，使得pH值下降，值下降，因此需補(bǔ)充堿度因此需補(bǔ)充堿度反硝化反應(yīng)的適宜反硝化反應(yīng)的適宜pH值為值為6.57.5。 pH值高于值高于8或低于或低于6時(shí)，反硝化速率將迅速下降。時(shí)，反硝化速率將迅速下降。反硝化過程會(huì)產(chǎn)生堿度反硝化過程會(huì)產(chǎn)生堿度溶解氧溶解氧溶解氧是硝化過程中的電子受體，溶解氧是硝化過程中的電子受體，硝化反應(yīng)必須在好氧條件下進(jìn)行。硝化反應(yīng)必須在好氧條件下

5、進(jìn)行。溶解氧會(huì)與硝酸鹽競(jìng)爭(zhēng)電子供溶解氧會(huì)與硝酸鹽競(jìng)爭(zhēng)電子供體，同時(shí)分子態(tài)氧也會(huì)抑制硝體，同時(shí)分子態(tài)氧也會(huì)抑制硝酸鹽還原酶的合成及活性酸鹽還原酶的合成及活性C/N由于硝化菌是自養(yǎng)菌，水中的由于硝化菌是自養(yǎng)菌，水中的C/N不宜過高，否則將有助于異養(yǎng)菌的不宜過高，否則將有助于異養(yǎng)菌的迅速增殖，微生物中的硝化菌的比迅速增殖，微生物中的硝化菌的比例下降。例下降。在反硝化反應(yīng)中，最大的問題在反硝化反應(yīng)中，最大的問題就是污水中可用于反硝化的有就是污水中可用于反硝化的有機(jī)碳的多少及其可生化程度。機(jī)碳的多少及其可生化程度。污泥齡污泥齡c硝酸菌的停留時(shí)間必須大于其最小硝酸菌的停留時(shí)間必須大于其最小世代時(shí)間世代時(shí)間

6、2.新的硝化-反硝化脫氮原理 同步硝化反硝化：在供氧受限或缺少有機(jī)碳源的厭氧條件下發(fā)生同步硝化反硝化，這時(shí)氨和亞硝酸鹽分別充當(dāng)電子供體和電子受體，致使曝氣能耗和有機(jī)碳源需求量大大減少。與其他活性污泥法工藝相比，同步硝化反硝化在氧化溝工藝中最為顯著。究其原因是在氧化溝中獨(dú)特的表面曝氣，打散了活性污泥絮體，形成了新的活性污泥絮體，使活性污泥能夠很好地進(jìn)行新陳代謝。另外，氧化溝工藝較長(zhǎng)的HRT緩解了同步硝化反硝化速率較低的問題。 短程硝化反硝化的理論核心為使硝化反應(yīng)停留在亞硝化階段。生物脫氮的硝化過程由兩類微生物組成，AOB（氨氧化菌）和NOB（亞硝氮氧化菌）。實(shí)現(xiàn)短程硝化主要辦法就是使AOB在活性

7、污泥中成為硝化菌的優(yōu)勢(shì)菌，盡可能抑制NOB，防止硝化過程第二步的進(jìn)行，避免全程硝化反應(yīng)，然后將中間產(chǎn)物NO2-還原。二. 生物除磷基本原理及影響因素1. 基本原理 生物除磷的機(jī)理目前還沒有徹底研究清楚。一般認(rèn)為，在厭氧條件下，兼性細(xì)菌將溶解性BOD5轉(zhuǎn)化為低分子揮發(fā)性有機(jī)酸（VFA）。聚磷菌吸收這些VFA或來(lái)自原污水的VFA，并將其運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)，同化成胞內(nèi)碳源存儲(chǔ)物（PHB/PHV），所需能量來(lái)源于聚磷水解以及糖的酵解，維持其在厭氧環(huán)境生存，并導(dǎo)致磷酸鹽的釋放。 在好氧條件下，聚磷菌進(jìn)行有氧呼吸，從污水中大量地吸收磷，其數(shù)量大大超出其生理需求，通過PHB的氧化代謝產(chǎn)生能量，用于磷的吸收和聚磷的

8、合成，能量以聚合磷酸鹽的形式存儲(chǔ)在細(xì)胞內(nèi)，磷酸鹽從污水中得到去除；同時(shí)合成新的聚磷菌細(xì)胞，產(chǎn)生富磷污泥，將產(chǎn)生的富磷污泥通過剩余污泥的形式排放，從而將磷從系統(tǒng)中除去。聚磷菌的作用機(jī)理反應(yīng)方程式：（1）聚磷菌攝取磷 （2）聚磷菌釋放磷HPOOHCOHHPOOHC3)(-32242232424（貯存的有機(jī)物）（聚磷OHOHHPOCONOHCPOONHOHC232275342424244. 144. 0)(2 . 02 . 116. 02 . 02 . 116. 0聚磷2.生物除磷的影響因素生物除磷的影響因素（1）厭氧）厭氧/好氧條件的交替好氧條件的交替（2）硝酸鹽和易降解有機(jī)物）硝酸鹽和易降解有機(jī)

9、物（3）污泥齡）污泥齡（4）溫度和）溫度和pH值值（5）BOD5/TP傳統(tǒng)脫氮除磷工藝概述傳統(tǒng)脫氮除磷工藝概述一. 傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝 在大多數(shù)情況下，生物除磷和生物脫氮同時(shí)發(fā)生在一個(gè)處理流程中。應(yīng)用最廣泛的生物脫氮、除磷工藝有A/O、A2/O、Bardenpho、UCT、Phoredox工藝、氧化溝工藝和VIP工藝等，近年來(lái)用SBR及其各種改進(jìn)型的工藝，如CASS(CAST)、MSBR、UNITANK等。1.A2/O除磷脫氮工藝 特點(diǎn)：厭氧、缺氧、好氧在不同環(huán)境條件和不同種類微生物菌群的有機(jī)結(jié)合，能同時(shí)去除有機(jī)物和除磷脫氮。A2/O工藝流程簡(jiǎn)單，總水力停留時(shí)間少于其他同類工藝，并且不需外加

10、碳源，厭氧、缺氧段只進(jìn)行緩速攪拌，基建和運(yùn)行費(fèi)用都較低。2. UCT工藝 與A2/O工藝不同之處在于沉淀池污泥是回流到缺氧池而不是厭氧池，同時(shí)增加了缺氧池到厭氧池的缺氧混合液回流。該運(yùn)行方式可減少厭氧池的厭氧狀態(tài)受回流污泥所攜帶的DO和NOx-N的影響，提高除磷效果。3.VIP除磷脫氮工藝 特點(diǎn)：（1）厭氧、缺氧、好氧段的每一部分都是由兩個(gè)以上較小的完全混合式反應(yīng)格串聯(lián)組成，在各反應(yīng)段具有良好的基質(zhì)濃度梯度分布。（2）污泥齡短、負(fù)荷高，運(yùn)行速率高，除磷效果好。 4.MSBR工藝 MSBR是SBR和A2/O工藝的組合，污水和脫氮后的活性污泥一并進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，聚磷污泥在此充分放磷，然后泥水混合液交替

11、進(jìn)入缺氧區(qū)和好氧區(qū)，分別完成反硝化、有機(jī)物的好氧降解和吸磷作用，最后在SBR池中沉淀出水。二.傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝存在問題 對(duì)于連續(xù)流工藝中的A2/O工藝，很難避免污泥回流所攜帶的硝酸鹽對(duì)厭氧釋磷的不利影響、混合液回流過程中所攜帶的溶解氧對(duì)反硝化作用的不利影響，以及聚磷菌與反硝化菌在碳源上的競(jìng)爭(zhēng)和異養(yǎng)菌與自養(yǎng)菌在泥齡上的矛盾。 生物脫氮除磷新工藝與新技術(shù)生物脫氮除磷新工藝與新技術(shù)一.污水生物脫氮新技術(shù) 傳統(tǒng)的生物處理脫氮方法對(duì)氮的去除主要是靠微生物細(xì)胞的同化作用將氮轉(zhuǎn)化為細(xì)胞原生質(zhì)成分，所以傳統(tǒng)的生物處理方法只能去除生活污水中約40%的氮。生物法脫氮新技術(shù)主要是針對(duì)傳統(tǒng)生物脫氮理論而言，就是在

12、好氧、低基質(zhì)濃度條件下通過硝化菌的作用將氨氮氧化為硝酸鹽，在缺氧、可利用碳源及堿度充足的條件下，反硝化菌將硝酸鹽還原成氣態(tài)氮從水中去除。1. 短程硝化-反硝化工藝 原理：將硝化過程控制在NO2-階段而終止，隨后進(jìn)行反硝化。亞硝酸型生物脫氮具有以下優(yōu)點(diǎn)：亞硝酸菌世代周期比硝酸菌世代周期短，泥齡也短，控制在亞硝酸型階段易提高微生物濃度和硝化反應(yīng)速率，縮短硝化反應(yīng)時(shí)間，從而可以減少反應(yīng)器容積，節(jié)省基建投資。（1）Sharon工藝 是一種用于處理高濃度、低碳氮質(zhì)量比的含氨廢水的新工藝，它利用亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌在不同條件下的生長(zhǎng)速率的差異，通過調(diào)控溫度、pH、溶解氧、水力停留時(shí)間等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)短程硝化反

13、硝化。Sharon工藝特點(diǎn)：脫氮速率快，投資和運(yùn)行費(fèi)用低反應(yīng)期內(nèi)微生物增殖速度快進(jìn)出水濃度無(wú)相關(guān)性，進(jìn)水濃度越高，去除率越高只需簡(jiǎn)單地限制SRT就能實(shí)現(xiàn)氨氧化而亞硝酸鹽不氧化進(jìn)水濃度高，有大量熱量產(chǎn)生排出的水中懸浮固體不影響工藝運(yùn)行只需單個(gè)反應(yīng)器（2）厭氧氨氧化（Anammox）工藝 在厭氧條件下，微生物直接以NH4+做電子供體，以NO2-為電子受體，將NH4+或NO2-轉(zhuǎn)變成N2的生物氧化過程，其反應(yīng)式為：OHNNHNO22422 （3）Sharon-Anammox組合工藝 以Sharon工藝為硝化反應(yīng)，Anammox工藝為反硝化反應(yīng)的組合工藝可以克服Sharon工藝反硝化需要消耗有機(jī)碳源、

14、出水濃度相對(duì)較高等缺點(diǎn)。就是控制Sharon工藝為部分硝化，使出水中的NH4+與NO2-的比例為1:1，從而可以作為Anammox工藝的進(jìn)水，組成一個(gè)新型的生物脫氮工藝。反應(yīng)式為：反應(yīng)式為：OHHNONHOHNNONHOHHNOONH2224222422245 . 15 . 075. 05 . 05 . 05 . 05 . 05 . 075. 05 . 0 Sharon-Anammox組合工藝，與傳統(tǒng)硝化/反硝化相比，更具明顯的優(yōu)勢(shì)：減少需氧量50%60%無(wú)需另加碳源污泥產(chǎn)量很低高氮轉(zhuǎn)化率 （4）OLAND工藝 又稱限氧自養(yǎng)硝化-反硝化工藝。是限氧亞硝化階段和厭氧氨氧化相偶聯(lián)的一種新型生物脫氮

15、工藝。其原理是嚴(yán)格控制溶解氧濃度，使硝化過程僅進(jìn)行到NH4+氧化為NO2-階段，由于缺乏電子受體，有NH4+氧化生成的NO2-氧化未反應(yīng)NH4+的形成N2。反應(yīng)式OHHNONHOHNNONHOHHNOONH2224222422245 . 15 . 075. 05 . 05 . 05 . 05 . 05 . 075. 05 . 0(5) 生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮工藝（CANON） 指在生物膜系統(tǒng)內(nèi)部可以發(fā)生亞硝化，若系統(tǒng)供氧不足則膜內(nèi)部厭氧氨氧化也能同時(shí)發(fā)生，那么生物膜內(nèi)一體化的完全自養(yǎng)脫氮工藝便可能實(shí)現(xiàn)。生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮工藝原理生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮工藝原理2. 同步硝化反硝化（1）同步硝化反硝化機(jī)理 同步

16、硝化（SND）是指在低氧條件下，在一個(gè)反應(yīng)器同時(shí)存在硝化作用和反硝化作用，從而可以一步達(dá)到污水脫氮的效果。 從物理角度解釋 由于氧擴(kuò)散的限制，在微生物絮體內(nèi)產(chǎn)生溶氧（DO）梯度。微生物絮體的外表面DO較高，以好氧菌、硝化菌為主；深入絮體內(nèi)部，反硝化菌占優(yōu)勢(shì)；正是由于微生物絮體內(nèi)缺氧環(huán)境的存在，導(dǎo)致SND的發(fā)生。從生物學(xué)角度解釋 微生物學(xué)家已報(bào)道發(fā)現(xiàn)了好氧反硝化菌和異養(yǎng)硝化菌。由于大多數(shù)異養(yǎng)硝化菌同時(shí)是好氧反硝化菌，能夠直接把氨轉(zhuǎn)化成最終氣態(tài)產(chǎn)物，從生物學(xué)的角度看，好氧同步硝化反硝化是可能的。 SND與傳統(tǒng)生物理論相比具有很大的優(yōu)勢(shì)，它可以在同一反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化反應(yīng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：曝

17、氣量減少，降低能耗反硝化產(chǎn)生OH-可就地中和硝化產(chǎn)生的H+不需缺氧反應(yīng)池，可以節(jié)省基建費(fèi)用能夠縮短反應(yīng)時(shí)間，節(jié)約碳源簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作等（2）影響因素 溶解氧（DO）的影響碳源其他因素：ORP、溫度、pH值等（3）應(yīng)用狀況 高濃度氨氮廢水在序批式反應(yīng)器中進(jìn)行同步硝化反硝化 3級(jí)生物膜反應(yīng)器（RBC）二.污水生物脫氮新技術(shù)與新工藝1.BCFS脫氮除磷工藝 此工藝是一種變型的UCT工藝，UCT工藝設(shè)計(jì)原理是基于對(duì)聚磷菌所需環(huán)境條件的工程強(qiáng)化，而BCFS的開發(fā)是為了從工藝角度創(chuàng)造DPB的富集條件。根據(jù)反硝化除磷機(jī)理，在單一活性污泥系統(tǒng)中，宜設(shè)置前置反硝化段（前缺氧段），從好氧段末端流出的富含硝酸

18、鹽的活性污泥回流到前置反硝化段。進(jìn)水進(jìn)水剩余污泥剩余污泥磷沉淀磷沉淀厭氧厭氧接觸池接觸池缺氧缺氧好氧好氧/缺氧缺氧好氧好氧出水出水污泥回流污泥回流沉淀池沉淀池循環(huán)循環(huán)A循環(huán)循環(huán)B循環(huán)循環(huán)C從工藝流程上看，BCFS工藝較UCT工藝創(chuàng)新之處如下：（1）BCFS工藝增加了兩個(gè)反應(yīng)池，即在UCT工藝的厭氧和缺氧池之間增加一個(gè)接觸池，在缺氧池和好氧池之間增加一個(gè)缺氧/好氧混合池。（2）BCFS工藝增設(shè)在線分離、離線沉淀化學(xué)除磷單元（3）與UCT工藝相比，BCFS增設(shè)了兩個(gè)內(nèi)循環(huán)，能輔助回流污泥向缺氧池補(bǔ)充硝酸氮，并使好氧池與混合池之間建立循環(huán)，以增加硝化或同步硝化反硝化的機(jī)會(huì)2.A2N-SER雙污泥脫氮

19、除磷系統(tǒng) 基于缺氧吸磷的理論而開發(fā)的A2N-SBR連續(xù)流反硝化除磷脫氮工藝，是采用生物膜法和活性污泥法相結(jié)合的雙污泥系統(tǒng)。在該工藝中，反硝化除磷菌懸浮生長(zhǎng)在一個(gè)反應(yīng)器中，而硝化菌呈生物膜固著生長(zhǎng)在另一個(gè)反應(yīng)器中。厭氧厭氧中淀池中淀池好氧好氧（生物膜）（生物膜）缺氧缺氧進(jìn)水進(jìn)水二沉池二沉池出水出水污泥回流污泥回流污泥跨越污泥跨越富磷剩余污泥富磷剩余污泥排放排放3.Dephanox工藝 當(dāng)進(jìn)水碳氮比較高時(shí)，需要在A2N工藝的缺氧池后添加曝氣池。4.AOA-SBR脫氮除磷工藝 AOA-SBR法就是將厭氧/好氧/缺氧工藝應(yīng)用于SBR中，充分利用了DPB在缺氧且沒有碳源的條件下能同時(shí)進(jìn)行脫氮除磷的特性，

20、使反硝化過程在沒有碳源的缺氧段進(jìn)行，不需要好氧池與缺氧池之間的循環(huán)，達(dá)到氮磷在單一的SBR。中同時(shí)去除的目的。5. 顆粒污泥脫氮除磷6. 內(nèi)循環(huán)氣升式序批式生物膜法 廢水生物脫氮除磷技術(shù)的發(fā)展主要集中在以下四個(gè)方面：n開發(fā)不同營(yíng)養(yǎng)類型微生物獨(dú)立生長(zhǎng)的新工藝，主要體現(xiàn)在不同工藝之間的相互組合。n在新的微生物學(xué)和生物化學(xué)理論基礎(chǔ)上開發(fā)出的新型工藝。n基于處理設(shè)施高度簡(jiǎn)化的新工藝。n生物脫氮除磷工藝也理應(yīng)結(jié)合可持續(xù)污水處理的理念，最大程度地減少COD氧化，降低CO2釋放，減小剩余污泥產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)富磷污泥有效利用和處理水回用，這將是今后污水處理領(lǐng)域發(fā)展的方向。廢水生物脫氮除磷技術(shù)工程實(shí)例一.新建污水廠脫

21、氮除磷工藝1.昆明蘭花溝廢水處理廠進(jìn)出水進(jìn)出水TP/(mg/L)TN/(mg/L)進(jìn)水進(jìn)水2430出水出水1.0NH3-N1.0、TKN6昆明蘭花溝廢水處理廠進(jìn)出水的總氮、總磷濃度昆明蘭花溝廢水處理廠進(jìn)出水的總氮、總磷濃度2. 廣州大坦沙廢水處理廠水力停留時(shí)間水力停留時(shí)間/h溶解氧溶解氧/(mg/L)污泥回流比污泥回流比/%混合液內(nèi)循環(huán)混合液內(nèi)循環(huán)回流比回流比/%AAOAAO1250.20.51.52.025100100200項(xiàng)目項(xiàng)目BOD5/(mg/L)SS/(mg/L)TN/(mg/L) TP/(mg/L)原廢水原廢水200250405處理出水處理出水2030152廣州大坦沙廢水處理廠工藝參數(shù)廣州大坦沙廢水處理廠工藝參數(shù)廣州大坦沙廢水處理廠運(yùn)行效果廣州大坦沙廢水處理廠運(yùn)行效果二.傳統(tǒng)污水處理廠脫氮除磷改造工藝 根據(jù)城市污水脫氮除磷的機(jī)理，要將傳統(tǒng)推流式污水廠改造為有脫氮除磷功能的污水廠必須具備三個(gè)條件：n要提供脫氮除磷反應(yīng)過程所必需的足夠的碳源。n要提供脫氮除磷反應(yīng)過程所必需的反應(yīng)容積。n要提供脫氮除磷反應(yīng)過程所必需的缺氧、厭氧、好氧環(huán)境。 將現(xiàn)有的城市二級(jí)污水處理廠改造成具有脫氮除磷功能的污水廠，可以征地?cái)U(kuò)建，即增加新構(gòu)筑物，將傳統(tǒng)活性污泥法推流式曝氣池改為A2/O法、A/O法、MS