生物脱氮(2)市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

1 生物脱氮机理n n废水中存在着（）氮、（）氮、（）氮等形式氮，而其中以氨氮和有机氮为主要形式。在生物处理过程中，有机氮被异养微生物氧化分解，即经过氨化作用转化为成（）氮，而后经（）过程转化变为NO3-N和NO2-N，最终经过（）作用使（）氮转化成氮气，而逸入大气。第1页n n由此可见，进行生物脱氮可分为氨化硝化反硝化三个步骤。因为氨化反应速度很快快。在普通废水处理设施中均能完成，故生物脱氮关键在于硝化硝化和反硝化反硝化。n n氨化作用是指将有机氮化合物转化为氨态氮过程，也称为矿化矿化作用。n n硝化作用是指将氨氮氧化为亚硝酸氮和硝态氮生物化学反应，由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成。n n反硝化作用是指在厌氧或缺氧条件下（DO0.30.5mg/L），硝态氮、亚硝酸氮及其其它氮氧化物被用作电子受体而还原为氮气或氮其它气态氧化物生物学反应。第2页n n发生硝化反应时细菌分别从氧化硝化反应时细菌分别从氧化硝化反应时细菌分别从氧化硝化反应时细菌分别从氧化NHNH3 3和和和和NONO2 2-过程中取得能量，过程中取得能量，过程中取得能量，过程中取得能量，碳源来自无机碳化合物，如碳源来自无机碳化合物，如碳源来自无机碳化合物，如碳源来自无机碳化合物，如COCO3 32 2、HCOHCO、COCO2 2等。假定细等。假定细等。假定细等。假定细胞组成为胞组成为胞组成为胞组成为C C5 5HH7 7NONO2 2。l若考虑硝化细菌新细胞合成，则反应式为：若考虑硝化细菌新细胞合成，则反应式为：55 55NHNH4 476O76O2 2109HCO109HCO3 3 C C5 5H H7 7NONO2 254 NO54 NO2 2-57H57H2 2OO104H104H2 2COCO3 3 400NO 400NO2 2-NHNH4 44H4H2 2COCO3 3HCOHCO3 3195O195O2 2 C C5 5HH7 7NONO2 23H3H2 2OO400NO400NO3 3-l将两式合并，得：将两式合并，得：NHNH4 41.83O1.83O2 21.98HCO1.98HCO3 3 0.02C 0.02C5 5H H7 7NONO2 21.04H1.04H2 2OO0.98NO0.98NO3 3-1.88H1.88H2 2COCO3 3l硝化反应过程中氮元素转化过程以下：硝化反应过程中氮元素转化过程以下：NHNH4 4 NH NH2 2OH NOH(NOOH NOH(NO2 2.NHOH)NO.NHOH)NO2 2-NO NO3 3-第3页n n从上式能够看出硝化过程三个主要特点：n nNH3生物氧化需要大量氧，大约每去除1gNH3-N需要4.2gO2；n n硝化过程细胞产率非常低，且难以维持较高胜物浓度，尤其是在低温冬季；n n硝化过程中产生大量质子（H），为了使反应能顺利进行，需要大量碱中和，其理论上大约为每氧化1gNH3-。N需要碱度5.57g(以NaCO3计)。第4页硝化反应影响原因硝化反应影响原因温度 硝化细菌对温度改变非常敏感，在硝化细菌对温度改变非常敏感，在5 53535范围范围内，硝化菌能进行正常生理代谢活动。内，硝化菌能进行正常生理代谢活动。pH值 硝化菌对硝化菌对pHpH值改变非常敏感，最正确值改变非常敏感，最正确pHpH值是值是8.08.08.48.4，此时硝化速度，硝化菌最大比值速度可达最大值。，此时硝化速度，硝化菌最大比值速度可达最大值。溶解氧溶解氧 大多数学者认为溶解氧应该控制在大多数学者认为溶解氧应该控制在1.51.52.02.0mg/Lmg/L内，低于内，低于0.50.5mg/Lmg/L则硝化作用趋于停顿。溶解氧过高则硝化作用趋于停顿。溶解氧过高可能造成有机物分解过快，微生物缺乏营养，活性污泥易于老化，可能造成有机物分解过快，微生物缺乏营养，活性污泥易于老化，结构涣散。而且过量能耗，在结构涣散。而且过量能耗，在经济经济上也是不宜上也是不宜。生物固体平均停留时间（污泥龄）生物固体平均停留时间（污泥龄）为了使硝化菌群能够在为了使硝化菌群能够在连续流反应器系统存活，微生物在反应器内停留时间必须大于自连续流反应器系统存活，微生物在反应器内停留时间必须大于自养型硝化菌最小世代时间养型硝化菌最小世代时间，不然硝化菌流失率将大于净增率，将不然硝化菌流失率将大于净增率，将使硝化菌从系统中流失殆尽。使硝化菌从系统中流失殆尽。重金属及有毒物质第5页3 3 3 3）硝化反应条件与工艺参数：）硝化反应条件与工艺参数：）硝化反应条件与工艺参数：）硝化反应条件与工艺参数：n n微生物：硝化菌、亚硝化菌、光合细菌。微生物：硝化菌、亚硝化菌、光合细菌。微生物：硝化菌、亚硝化菌、光合细菌。微生物：硝化菌、亚硝化菌、光合细菌。n n碳氮比：碳氮比：碳氮比：碳氮比：C/N3C/N3C/N3C/N3或或或或=2.86=2.86=2.86=2.86（不是书中所提（不是书中所提（不是书中所提（不是书中所提BOD20mg/L.BOD20mg/L.BOD20mg/L.BOD20mg/L.n nDODODODO：依依依依据据据据反反反反应应应应方方方方程程程程式式式式摩摩摩摩尔尔尔尔氮氮氮氮变变变变成成成成NONONONO3 3 3 3，需需需需2 2 2 2molmolmolmol分分分分子子子子氧氧氧氧，即即即即需需需需要要要要 O OOO2 2 2 24.57g(4.57g(4.57g(4.57g(硝硝硝硝 化化化化 需需需需 氧氧氧氧 量量量量)，在在在在 曝曝曝曝 气气气气 池池池池 中中中中 DODODODO须须须须 维维维维 持持持持 在在在在 1.51.51.51.52.02.02.02.0mg/Lmg/Lmg/Lmg/L。n npHpHpHpH：高高高高硝硝硝硝化化化化速速速速度度度度出出出出现现现现在在在在pH=7.8-8.4pH=7.8-8.4pH=7.8-8.4pH=7.8-8.4，当当当当pHpHpHpH6 6 6 6或或或或9 9 9 9时时时时，硝硝硝硝化化化化反反反反应应应应将将将将停停停停顿顿顿顿；生生生生活活活活污污污污水水水水pHpHpHpH值值值值稳稳稳稳定定定定，要要要要维维维维持持持持pHpHpHpH稳稳稳稳定定定定，必必必必须须须须要要要要有有有有足足足足够碱度，每硝化够碱度，每硝化够碱度，每硝化够碱度，每硝化1 1 1 1gNgNgNgN，需碱度需碱度需碱度需碱度7.17.17.17.1g g g g。n n水水水水温温温温（t t t t）：适适适适应应应应温温温温度度度度30-3530-3530-3530-35，当当当当t10t10t10t10以以以以下下下下（准准准准确确确确应应应应是是是是8888以以以以下时），硝化作用快速降低。下时），硝化作用快速降低。下时），硝化作用快速降低。下时），硝化作用快速降低。n n泥泥泥泥龄龄龄龄（Q QQ Qc c c c）：Q QQ Qc c c c15d15d15d15d，最最最最好好好好20-3620-3620-3620-36d d d d（若若若若温温温温度度度度达达达达40404040左左左左右右右右，降降降降低泥龄，低泥龄，低泥龄，低泥龄，10-1510-1510-1510-15d d d d左右可实现短程反硝化）。左右可实现短程反硝化）。左右可实现短程反硝化）。左右可实现短程反硝化）。n n回流比回流比回流比回流比(R)R)R)R)：R100200%,R100200%,R100200%,R100200%,不然能耗大，效果提升也不显著。不然能耗大，效果提升也不显著。不然能耗大，效果提升也不显著。不然能耗大，效果提升也不显著。n n水力停留时间（水力停留时间（水力停留时间（水力停留时间（HRTHRTHRTHRT）：）：）：）：3.56h3.56h3.56h3.56h。第6页反硝化作用反硝化作用反硝化作用反硝化作用(脱氮反应脱氮反应脱氮反应脱氮反应)n n原原原原理理理理：生生生生物物物物反反反反硝硝硝硝化化化化是是是是指指指指污污污污水水水水中中中中硝硝硝硝态态态态氮氮氮氮NONONONO3 3 3 3-N N N N和和和和亚亚亚亚硝硝硝硝态态态态氮氮氮氮NONONONO2 2 2 2-N N N N，在在在在无无无无氧氧氧氧或或或或低低低低氧氧氧氧条条条条件件件件下下下下被被被被反反反反硝硝硝硝化化化化细细细细菌菌菌菌还还还还原原原原成成成成氮气过程。详细反应以下：氮气过程。详细反应以下：氮气过程。详细反应以下：氮气过程。详细反应以下：n nNONONONO2 2 2 2-3H 1/2N3H 1/2N3H 1/2N3H 1/2N2 2 2 2H HH H2 2 2 2O OO OOHOHOHOHn nNONONONO3 3 3 3-5H 1/2N5H 1/2N5H 1/2N5H 1/2N2 2 2 2H HH H2 2 2 2O OO OOHOHOHOHn n反反反反硝硝硝硝化化化化过过过过程程程程中中中中NONONONO2 2 2 2-和和和和NONONONO3 3 3 3-转转转转化化化化是是是是经经经经过过过过反反反反硝硝硝硝化化化化细细细细菌菌菌菌同同同同化化化化作作作作用用用用和和和和异异异异化化化化作作作作用用用用完完完完成成成成。同同同同化化化化作作作作用用用用是是是是NONONONO2 2 2 2-和和和和NONONONO3 3 3 3-被被被被还还还还原原原原成成成成NHNHNHNH3 3 3 3N N N N，用用用用于于于于新新新新细细细细胞胞胞胞合合合合成成成成。异异异异化化化化作作作作用用用用是是是是NONONONO2 2 2 2-和和和和NONONONO3 3 3 3-被还原成被还原成被还原成被还原成N N N N2 2 2 2。第7页第8页反硝化反应影响原因反硝化反应影响原因 n n1 温度 适宜20-38，当t15明显下降、3停顿。n n2 pH值 最适宜pH值是6.57.5，此时反硝化速率最高。n n3 外加碳源 反硝化菌是属于异养型兼性厌氧菌，在厌氧条件下以NOx-N为电子受体，以有机物（有机碳）为电子供体。由此可见，碳源是反硝化过程中不可少一种物质，一般BOD/TKN34，有机物越充分，反应速度越快，当废水中BOD/TKN小于3时，需要外加碳源才能理想脱氮。n n4.溶解氧 反硝化菌只有在无分子氧而同时存在硝酸和亚硝酸离子条件下，才能利用这些离子中氧进行呼吸。但其次，在反硝化菌体内某些酶系组分只有在有氧条件下，才能合成，这样，反硝化菌以在厌氧、好氧交替环境中生活为宜，溶解氧应控制在0.5mg/L。n n5.HRT：由于反硝化速度快，510min基本完成，30min能达到85-90%左右。故缺氧段或反硝化段HRT11.5h。第9页二二 生物脱氮工艺生物脱氮工艺a a、传统三级脱氮工艺（反硝化后置）传统三级脱氮工艺（反硝化后置）各段有自己沉淀池各段有自己沉淀池,污泥回流系统，反硝化投外加碳源。污泥回流系统，反硝化投外加碳源。第10页b b、二级后置脱氮工艺（反硝化后置二级后置脱氮工艺（反硝化后置）第11页2 2）前置反硝化，又叫）前置反硝化，又叫A/OA/O工艺（缺氧好氧工艺）工艺（缺氧好氧工艺）n n该工艺不需设中沉池和投加该工艺不需设中沉池和投加C C源，在反硝化段反硝化后源，在反硝化段反硝化后回收部分碱度，同时降解部分有机物，对好氧段有利，回收部分碱度，同时降解部分有机物，对好氧段有利，降低供氧量，并有利于难降解有机物降解。降低供氧量，并有利于难降解有机物降解。第12页反硝化反应器设置在流程前端，而去除反硝化反应器设置在流程前端，而去除BODBOD、进行硝、进行硝化反应综合好氧反应器则设置在流程后端；所以，能化反应综合好氧反应器则设置在流程后端；所以，能够在进行反硝化反应时，利用原废水中有机物直接作够在进行反硝化反应时，利用原废水中有机物直接作为有机碳源，将从好氧反应器回流回来含有硝酸盐混为有机碳源，将从好氧反应器回流回来含有硝酸盐混合液中硝酸盐反硝化成为氮气；合液中硝酸盐反硝化成为氮气；而且，在反硝化反应器中因为反硝化反应而产生碱度能而且，在反硝化反应器中因为反硝化反应而产生碱度能够随出水进入好氧硝化反应器，赔偿硝化反应过程中够随出水进入好氧硝化反应器，赔偿硝化反应过程中所需消耗碱度二分之一左右；好氧硝化反应器设置在所需消耗碱度二分之一左右；好氧硝化反应器设置在流程后端，也能够使反硝化过程中经常残留有机物得流程后端，也能够使反硝化过程中经常残留有机物得以深入去除，无需增建后曝气池。以深入去除，无需增建后曝气池。第13页两段硝化反硝化第14页进行氧化硝化处理厂流程图第15页厌氧厌氧厌氧厌氧好氧生物除磷工艺（好氧生物除磷工艺（好氧生物除磷工艺（好氧生物除磷工艺（A AO O 工艺）工艺）工艺）工艺）：水力停留时间：水力停留时间：水力停留时间：水力停留时间为为为为36h36h；曝气池内污泥浓度普通在；曝气池内污泥浓度普通在；曝气池内污泥浓度普通在；曝气池内污泥浓度普通在27003000mg/l27003000mg/l；磷去；磷去；磷去；磷去除效果好（除效果好（除效果好（除效果好（76%76%），出水中磷含量低于），出水中磷含量低于），出水中磷含量低于），出水中磷含量低于1mg/l1mg/l；污泥中磷；污泥中磷；污泥中磷；污泥中磷含量约为含量约为含量约为含量约为4%4%，肥效好；污泥，肥效好；污泥，肥效好；污泥，肥效好；污泥SVI SVI 小于小于小于小于100100，易沉淀，不易，易沉淀，不易，易沉淀，不易，易沉淀，不易膨胀。膨胀。膨胀。膨胀。第16页第17页A/A/O工艺流程图第18页A/A/O工作原理：在厌氧区中，污泥中细菌将储备在细胞内聚磷酸盐进行水解，释放出正磷酸盐和能量,这时厌氧区内污水BOD5值降低,而磷含量升高。而在好氧区内除磷菌又利用有机物氧化能量，大量吸收混合液中磷，以聚磷酸盐形式储备于体内，水中磷又转移到污泥中，经过排除剩下污泥到达除磷目标。同时在好氧区中有足够停留时间，使有机物深入被氧化降解，氨氮在硝化细菌作用下大部分转化为硝酸盐氮，一部分硝酸盐氮随地理后出水流入水体，另一部分硝酸盐氮经过污水水回流带到缺氧区内，到达部分脱氮目标。第19页A A A A2 2 2 2/O/O/O/O工艺（厌氧缺氧好氧工艺）工艺（厌氧缺氧好氧工艺）工艺（厌氧缺氧好氧工艺）工艺（厌氧缺氧好氧工艺）n n该该该该工工工工艺艺艺艺含含含含有有有有脱脱脱脱氮氮氮氮除除除除磷磷磷磷功功功功效效效效。厌厌厌厌氧氧氧氧段段段段形形形形成成成成厌厌厌厌氧氧氧氧环环环环境境境境，使使使使聚聚聚聚磷磷磷磷菌菌菌菌释释释释放放放放磷磷磷磷，利利利利用用用用其其其其在在在在好好好好氧氧氧氧段段段段加加加加倍倍倍倍吸吸吸吸收收收收磷磷磷磷；在在在在缺缺缺缺氧氧氧氧段段段段进进进进水水水水与与与与回回回回流流流流硝硝硝硝酸酸酸酸氮氮氮氮和和和和亚亚亚亚硝硝硝硝酸酸酸酸氮氮氮氮混混混混合合合合，在在在在反反反反硝硝硝硝化化化化菌菌菌菌作作作作用用用用下下下下进进进进行行行行反反反反硝硝硝硝化化化化，并并并并降降降降解解解解部部部部分分分分有有有有机机机机物物物物，回回回回收收收收部部部部分分分分碱碱碱碱度度度度；在在在在好好好好氧氧氧氧段进行有机物降解、氨氮硝化和磷吸收。段进行有机物降解、氨氮硝化和磷吸收。段进行有机物降解、氨氮硝化和磷吸收。段进行有机物降解、氨氮硝化和磷吸收。第20页第21页第22页第23页第24页 第25页第26页第27页复习复习复习复习1 1 1 1）污污污污水水水水中中中中含含含含氮氮氮氮化化化化合合合合物物物物有有有有有有有有机机机机氮氮氮氮（蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质、氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸、尿尿尿尿素素素素、胺胺胺胺类类类类化化化化合合合合物物物物等等等等）和和和和氨氨氨氨态态态态氮氮氮氮等等等等。在在在在初初初初沉沉沉沉池池池池前前前前，其其其其形形形形态态态态以以以以前前前前者者者者为为为为主主主主（为为为为何何何何？）；经经经经初初初初沉沉沉沉池池池池水水水水解解解解后后后后以以以以NHNHNHNH4 4 4 4为主（为何？）为主（为何？）为主（为何？）为主（为何？）。详细反应以下：。详细反应以下：。详细反应以下：。详细反应以下：n n氨氨氨氨 化化化化 反反反反 应应应应：以以以以 氨氨氨氨 基基基基 酸酸酸酸 为为为为 例例例例，RCHNHRCHNHRCHNHRCHNH2 2 2 2COOHCOOHCOOHCOOHOOOO2 2 2 2RCOOHRCOOHRCOOHRCOOHCOCOCOCO2 2 2 2NHNHNHNH3 3 3 3n n2 2 2 2）当当当当初初初初沉沉沉沉池池池池出出出出水水水水进进进进入入入入曝曝曝曝气气气气池池池池后后后后，因因因因为为为为C/NC/NC/NC/N比比比比高高高高，微微微微生生生生物物物物以以以以异异异异氧氧氧氧菌菌菌菌为为为为主主主主，对对对对有有有有机机机机物物物物进进进进行行行行降降降降解解解解，此此此此时时时时对对对对氨氨氨氨氮氮氮氮降降降降解解解解以以以以同同同同化化化化代代代代谢谢谢谢为为为为主主主主；当当当当BODBODBODBOD5 5 5 5/N/N/N/N3 3 3 3时时时时开开开开始始始始进进进进行行行行硝硝硝硝化化化化反反反反应应应应（为为为为何何何何？），第第第第一一一一步步步步由由由由亚亚亚亚硝硝硝硝酸酸酸酸菌菌菌菌将将将将氨氨氨氨氮氮氮氮(NHNHNHNH4 4 4 4和和和和NHNHNHNH3 3 3 3)转转转转化化化化成成成成亚亚亚亚硝硝硝硝酸酸酸酸盐盐盐盐(NONONONO2 2 2 2-N)-N)-N)-N)；第第第第二二二二步步步步再再再再由由由由硝硝硝硝酸酸酸酸菌菌菌菌将将将将亚亚亚亚硝硝硝硝酸酸酸酸盐盐盐盐氧氧氧氧化化化化成成成成硝硝硝硝酸酸酸酸盐盐盐盐（NONONONO3 3 3 3N N N N）。详详详详细细细细反应以下：反应以下：反应以下：反应以下：NHNHNHNH4 4 4 43/2O3/2O3/2O3/2O2 2 2 2 NO NO NO NO2 2 2 2-H HH H2 2 2 2O OO O2H2H2H2H NO NO NO NO2 2 2 2-1/2 O1/2 O1/2 O1/2 O2 2 2 2 NO NO NO NO3 3 3 3-第28页