生物脱氮除磷原理及工艺..
※ 生物除磷——就是利用聚磷菌一类的的微生物,能够过量 的,在数量上超过其生理需要,从外部摄取磷,并将磷以聚合 形式贮藏在菌体内,形成高磷污泥,排出系统外,达到从废水 中除磷的效果。
1、生物除磷机理 (1)好氧吸收(聚磷菌对磷的过量吸收) ADP+H3PO4+能量 ATP+H2O (2)厌氧释放 厌氧条件下(DO=0,NO3-=0), ATP+H2O ADP+H3PO4+能量 上述两反应为可逆反应
聚磷酸ploy 厌氧段 ADP 进水 释放 好氧段 ATP ATP 无机磷 聚磷 ADP 有机磷
无机磷 有机磷 聚磷菌+Poly 合成 溶解质 ATP PHB PHB ADP
聚磷菌
降解 ADP 无机物 ATP
释放的少
污泥回流
剩余污泥(高磷) 摄取的多
PHB:聚—β—羟基酸盐 生物除磷几乎全为活性污泥法,生物膜法很少
生物脱氮除磷原理及工艺
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活性污泥的脱氮除磷原理及应用
13.7.1脱氮原理与工艺技术 1、氮污染的危害 (1)富营养化——N、P引起,藻类问题(滇池,太湖); (2) 提高制水成本——应用水,污水消毒时,增加投氯量; (3)污水回用填塞管道——NH3-N可促进设备中微生物的繁殖; (4) 农业灌溉——TN不大于1mg/l,否则对农作物有影响。 2、氮的存在形式 (1)有机氮 凯式氮 + (2)氨态氮(NH3—N、NH4 —N) (3) NO2—N、NO3—N (4) N2
(2)影响因素与主要工艺参数 水力停留时间:3 :1; 循环比:200%; MLSS值:大于3000mg/l; 污泥龄:30d; N/MLSS负荷率:0.03gN/gMLSS.d 进水总氮浓度:小于30mg/l。
N2
内循环(硝化液循环)
碱
沉淀池
原污水
反硝化反应器 (缺氧)
ห้องสมุดไป่ตู้
BOD去除,硝 化反应反应器 (好氧)
生化反应类 型
微生物 能源 氧源(H受体) 溶解氧 碱度 氧的消耗
去除有机物 (好氧分解)
好氧菌和兼性菌 (异养型细菌) 有机物 O2 1—2mg/l以上 没有变化 分解1mg有机物 (BOD5)需氧2mg 6—8
硝化
亚硝化 Nitrosomonas 自养型细菌 化学能 O2 2mg/l以上 氧化1mg NH4+-N 需要7.14mg的碱度 氧化1mg NH4+- N 需氧3.43mg 7—8.5 硝化 Nitrobacter 自养型细菌兼性菌 化学能 O2 2mg/l以上 没有变化 氧化1mgNO2--N 需 氧1.14mg 6—7.5
反硝化
异养型细菌 有机物 NO3- NO20—0.5mg/l 还原1mgNO3--N,N02--N生成3.57g 碱度 分解1mg有机物(COD)需要NO3N 0.35mg, N02-N0.58mg,以提 供化合态的氧 6—8
最适pH值
最适温度
增殖速度(d-1) 分解速度 产率
15—25℃ θ=1.0—1.04
(1)流程说明 “一级”曝气池:去除 COD、BOD,BOD<15-20mg/l 有机氮转化为 NH3 NH4+ ; “二级”硝化曝气池,NH3 、NH4+生成NO3—N,碱度下降; “三级”反硝化池—— 厌氧、好氧交替运行。 投甲醇时,
CM=2.47N0(初始NO3—N浓度)+1.53N(初始NO2—N浓 度)+0.87D(初始DO浓度)
二、 污水生物脱氮原理
活性污泥法的传统功能——去除水中溶解性有机物
1、同化作用
污水生物处理中,一部分氮备同化微生物细胞的 组分。按细胞干重计算,微生物中氮的含量约为 12.5%
2、氨化反应 与硝化反应 (1)氨化反应
RCHNH2COOH+O2氨化菌
RCOOH+CO2+NH3
3、硝化反应
(1)硝化过程
三聚磷酸盐—P3O105偏磷酸盐—PO3-
3、其他 生活污水中的含磷量:10-15mg/l,70%为可溶性; 经过二级处理进水中,90%左右的磷以磷酸盐存在。 磷---不同于氮,不能形成氧化体和还原体,但有固态和溶解态转 化的特点。 4、去除方法
化学除磷法-----混凝沉淀和晶析法除磷 生物除磷法——设想是由Greenburyg于1955年提出的,60年 代人们对上述方法广泛应用。
杆状细菌 .
(2)环境因素对硝化反应的影响
※硝化菌对环境条件的变化极为敏感
①溶解氧—— 氧是电子受体,DO不能低于1.0mg/l 硝化需氧量(NOD)——4.57g(氧)/g(N) ②碱度——7.1g碱度(以CaCO3计)/1g氨态氮(以N计),一 般碱度不低于50mg/l ③PH——对PH变化敏感(硝化菌),最佳值8.0-8.4,效率最高 ④温度——适应20-30℃,15℃时硝化速度下降,低于5℃完全停 止 ⑤有机物——BOD应低于15-20mg/l ⑥污泥龄(SRT)——微生物在反应器内的停留时间(θc) N>(θc)Nmin,硝化菌最小的世代时间(θc)Nmin ⑦重金属机有害物质 重金属对硝化反应抑制 高浓度NH4+—N,高浓度NOx-—N
有机物、络合物阳离子
4、反硝化反应 反硝化反应——指NO3—N和NO2—N在反硝化菌的作用下, 还原成气态N2的过程。 (1)反硝化菌的特点 ①反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌; ②以NO3—N为电子受体,以有机碳为电子供体,不能释放更 多的ATP,合成的细胞物质较少 。 (2)反应过程 (3)反硝化反应的控制指标 污水中的碳源,BOD5/T—N>3-5时,勿需外加 ①碳源 外加碳源,CH OH(反硝化速率高生成CO +H O), 3 2 2 当BOD5/T—N<3-5时 ②PH值 适当的PH值(6.5-7.5) ——主要的影响因素 PH>8,或PH<6,反硝化速率下降
在好氧条件下聚磷菌的积累可以简化的方式描述 如下: C2H4O2+0.16NH+4+1.2O2+0.2PO3-4 0.61C5H7NO2+1.2CO2+0.2HPO3(聚磷)+0.44OH+1.44H2O 在缺氧条件下, C2H4O2+0.16NH+4+0.96NO-3+0.2PO3-4 0.61C5H7NO2 +1.2CO2 +0.2HPO3(聚磷)+ 1.4OH+0.96H2O+0.48N2 在厌氧条件下,聚磷菌释放磷可以简写如下 C2H4O2+ HPO3(聚磷)+ H2O (C2H4O2)2 (贮存的有机物)+H2O + PO3-4
聚磷菌---甲单胞菌属、气单胞菌属:起主要作用,15%--20%; 不动杆菌属:储存聚磷的能力最强; 某些反硝化菌:也能超量吸收磷; 发酵产酸菌:将大分子物质降解为低分子脂肪酸类基质; 2、生物除磷的影响因素 (1)厌氧/好氧条件的交替 引入厌氧条件就加强了聚磷菌的优势选择,相当一部分的M由 这类菌组成; (2)硝酸盐和易降解的有机物 ℃ (3)温度 其影响不如生物脱氮过程明显,5—30 的范围内效果均可; (4)pH值 6---8范围内比较稳定; (5)BOD5/TP BOD/TP要大于15,才能保证聚磷菌有足够的基质需求; (6)污泥龄 一般控制在3.5—7天,厌氧段的停留时间不宜过长。
同化反硝化 2NH2OH 2HNO3 +4H
-2H2O
2NH3
2HNO2
+4H
-2H2O
2HNO
-H2O NO 异化反硝化 NO2NO3NO2N2O NH2OH
N2
有机体(同化反 硝化)
N2(异化反硝化)
反硝化过程式 上式的简化式
图7-14
反硝化反应过程(同化反硝化、异化反硝化)
表7-4生物脱氮反应过程各项生化反应特征
(2)优缺点 去除效果好 各类菌类环境条件好
设备多,造价高,能耗大
(3)改进的二级生物脱氮系统 BOD去除和硝化两个反应合并
2、缺氧—好氧活性污泥法 A/O工艺
(1)工艺特征 80年代开创,前置反硝化——不加碳源,外加碱度,降低负荷 设内循环 产生碱度,3.75mg碱度/mgNO3—N 勿需建后曝气池 回流水含有NO3—N(沉淀池污泥反硝化生成) 要提高脱氮率,要增加回流比
1.2—3.5 70—870mg BOD/(gMLSS· h) 16% CH3OH/gC5H702 N
30℃ θ=1.1
0.21—1.08 7mg NH4+- N /(gMLSSh) 0.04—0.13 mg SS/ mg NH4+- N能量 转换率为5%—35%
30℃ θ=1.1
0.28—1.44 0.02 0.02—0.07 mg VSS/mg N02--N能 量转换率10%—30%
磷的形式
正磷酸盐(PO4) 聚磷酸盐(焦磷酸盐(P2O74-)<三磷酸盐(P3O105- ) <偏磷酸盐(PO3-))(去除难易程度) 原水中Ca2+的浓度
(3)石灰混凝沉淀除磷处理流程 由以下三部分组成: 快速搅拌池 缓慢搅拌池 沉淀池
三、 生物除磷原理 霍米尔(Holmers)提出活性污泥的化学式 C118H170O51N17P 或C:N:P=46:8:1
3、二级处理技术的局限性 ※合成代谢对氮磷的去处率低,水中氮磷过剩 nCxHyOz+nNH3+n(x+y/4-z/2-5)O2 (C5H7NO2)n+n(x-5)CO2+n/2(y-4)H2O
一、 氮的吹脱去除
1、原理 (1)NH3+H2O NH4++OHPH=7时,以NH4+存在 PH=11时,90%NH3存在 PH升高,去除NH3上升 T上升,去除NH3上升