1、水污染控制工程,唐玉朝 安徽建筑工業(yè)學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系 E-mail: Department of Environmental Science and Engineering, Anhui University of Architecture Copyright Reserved!,第六節(jié) 生物脫氮與除磷,內(nèi)容,1. 概述 2. 生物脫氮原理與工藝 3. 生物除磷原理與工藝 4. 同步脫氮除磷工藝 5. 脫氮除磷工藝設(shè)計(jì)計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,1.概述,水體富營(yíng)養(yǎng)化是當(dāng)前水環(huán)境污染面臨的重大問題，富營(yíng)養(yǎng)化造成水質(zhì)惡化，生態(tài)平衡破壞，魚類和

2、水生生物死亡，還對(duì)飲用水安全造成嚴(yán)重的威脅，危害人類健康. 氮(N)和磷(P)是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵的物質(zhì)，低濃度的N和P即可以引起富營(yíng)養(yǎng)化，(如湖泊地面水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)P的濃度為0.01 mg/L). 因而，污水處理時(shí)如何利用生物技術(shù)能將N, P物質(zhì)去除是當(dāng)今污水處理的重要內(nèi)容，尤其是磷的去除.,Water Pollution Control Engineering,1.概述,含N化合物在水中存在形態(tài)，有機(jī)N、氨N、亞硝酸鹽N、硝酸鹽N?？偟?TN)是四種含N化合物和；凱氏氮(KN)是有機(jī)N與氨N。 城市污水經(jīng)過傳統(tǒng)的二級(jí)生化處理，有機(jī)物可以轉(zhuǎn)化為CO2, H2O等, 但是有機(jī)物中的氮

3、不能有效去除，少部分可以通過同化作用轉(zhuǎn)化為生物細(xì)胞有機(jī)體組分(通過剩余污泥)而去除，大部分只能轉(zhuǎn)化為溶解性的無機(jī)氮, (一般為NH3, 有少量NO2-, NO3-), 無法從水中直接去除，生物脫N是通過將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為不溶解于水的N2而從水中去除的.,Water Pollution Control Engineering,1.概述,二級(jí)污水處理工藝活性污泥對(duì)N去除率按照BOD:N=100:5:1計(jì)算，城市污水進(jìn)水BOD一般可達(dá)到200mg/L左右，這樣以微生物需要的營(yíng)養(yǎng)計(jì)算，則剩余污泥可以去除10mg/L的氮和2mg/L左右的磷(存在污泥中, 不同的工藝有差異)。以同化作用將N, P轉(zhuǎn)移出污水

4、系統(tǒng)。(微生物利用的NP還會(huì)因內(nèi)源代謝釋放) 高濃度工業(yè)廢水的氮可以用物理吹脫，低濃度的飲用水氮一般以化學(xué)方法(加氯氧化)去除，污水氮一般以生物方法去除。如果同時(shí)富含高濃度磷，則常形成磷酸鎂銨作為化學(xué)肥料回收。,Water Pollution Control Engineering,1.概述,化學(xué)方法脫N(折點(diǎn)加氯)： NH4+ + HOCl = NH2Cl + H+ + H2O NH2Cl + HOCl = NHCl2 + H2O NHCl2 + HOCl = NCl3 + H2O 2NH2Cl + HOCl N2 + 3HCl +H2O 余氨的吹脫(針對(duì)氨)：游離的氨容易揮發(fā)，可以空氣吹脫

5、到大氣中去. Mg2+ +PO43- + NH4+ +6H2O =,Water Pollution Control Engineering,MgNH4 PO4 6H2O,2. 生物脫氮原理與工藝,一. 生物脫氮原理 1.1 生物脫氮基本過程 1.2 影響生物脫氮的環(huán)境因素 二. 生物脫氮工藝 2.1 三級(jí)生物脫氮工藝 2.2 兩級(jí)生物脫氮工藝 2.3 單級(jí)生物脫氮工藝 2.4 A/O工藝 三. 生物脫氮新理論 3.1 同步硝化反硝化;3.2 短程硝化反硝化;3.3 厭氧氨氧化,2. 生物脫氮原理工藝,Water Pollution Control Engineering,生物脫氮原理,一. 生

6、物脫氮原理 除同化作用可以部分除氮, 生物脫氮主要由反硝化過程實(shí)現(xiàn). 1.1 基本過程: 氨化:在氨化菌作用下, 有機(jī)物中的氮被轉(zhuǎn)化為氨氮, 有機(jī)物同時(shí)得到降解： 有機(jī)N NH3 硝化:分為兩個(gè)步驟-亞硝化和硝化. 在好氧條件下,亞硝化菌將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2, 進(jìn)一步在硝化菌作用下轉(zhuǎn)化為NO3: NH4+ +1.5O2 NO2 + 2H+ + H2O (亞硝化) NO2 + 0.5O2 NO3 (硝化) 總反應(yīng):NH4+ +2O2 NO3 + 2H+ + H2O,Water Pollution Control Engineering,生物脫氮原理,反硝化:在缺氧條件下, 反硝化菌作用將NO3

7、轉(zhuǎn)化為N2(異化反硝化,占96)或生物體 (同化反硝化,占4). 6NO3+5C 3N2 + 6OH+ H2O + 5CO2 NO3 NO2 NO N2O N2 NO3 + C + H+ C5H7O2N + H2O NO3 NO2 有機(jī)含N物質(zhì),異化,同化,Water Pollution Control Engineering,生物脫氮原理,1.2. 影響生物脫氮的因素 氨化: 氨化菌是異養(yǎng)菌, 對(duì)環(huán)境條件要求不苛刻, 好氧或厭氧均可, 對(duì)酸堿, 溫度的適應(yīng)范圍寬.,Water Pollution Control Engineering,生物脫氮原理,(亞)硝化: 亞硝化菌和硝化菌均為化能自養(yǎng)

8、菌. (A).溶解氧, 需要好氧的條件, DO2, 每mol氨經(jīng)過亞硝化需1.5mol O2, 硝化需0.5mol O2 (B).酸堿, 中性或弱堿性 (亞硝化產(chǎn)生酸!),最宜在pH 8.0-8.4左右. (C).溫度, 20-30最佳 (15迅速降低,5反應(yīng)停止) . (D). C/N比，BOD低才能維持硝化菌生長(zhǎng)(異養(yǎng)微生物競(jìng)爭(zhēng), BOD越高硝化菌比例越小),Water Pollution Control Engineering,生物脫氮原理,反硝化: 反硝化菌是異養(yǎng)菌,兼性厭氧菌. (A). 碳源(外加, 利用污水有機(jī)物, 或內(nèi)源呼吸) (B). 酸堿, pH最宜在 6.5-7.5 (C

9、).溶解氧, 需少的DO或間歇有氧缺氧, DO 0.5mg/L, DO過高則直接以好氧呼吸 (D). 溫度, 20-40, 低于15反應(yīng)迅速降低 由于硝化菌和反硝化菌世代時(shí)間長(zhǎng),所以反應(yīng)器內(nèi)生物停留時(shí)間要長(zhǎng),即污泥齡要長(zhǎng),Water Pollution Control Engineering,生物脫氮原理,生物脫氮的過程比較,Water Pollution Control Engineering,生物脫氮工藝,二. 生物脫氮工藝 2.1：Barth三級(jí)(段)生物脫N工藝 第一段-氨化. 去除BOD和COD, 進(jìn)行曝氣, 有機(jī)N轉(zhuǎn)化為氨氮； 第二段-亞硝化和硝化, 氨N轉(zhuǎn)化為NO3,需要加堿；

10、第三段-反硝化, NO3轉(zhuǎn)化為N2氣, 必須外加碳源(加甲醇或引污水), 否則效率低, 需攪拌.,Water Pollution Control Engineering,Barth三級(jí)(段)生物脫N工藝流程:,曝氣,硝化,反硝化,堿,N2,碳源,曝氣池:降解BOD,有機(jī)物分解(氨化) 硝化池:硝化反應(yīng), NH3轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮,降解BOD(亞 硝化, 硝化) 反硝化池:脫N(反硝化),需攪拌 沉淀池:固液分離.,生物脫氮工藝,沉,沉,沉,出水,進(jìn)水,Water Pollution Control Engineering,Barth三級(jí)(段)生物脫N工藝特點(diǎn): 1.各段在各自的反應(yīng)器下完成, 可控制

11、各個(gè)反應(yīng)器最適宜的條件； 2. 脫氮率較高； 3. 反應(yīng)器多構(gòu)筑物多, 工藝復(fù)雜，需外加碳源和堿, (反硝化如果無外加碳源，內(nèi)源代謝碳效率低)； 4. 造價(jià)高, 管理也不便.,生物脫氮工藝,Water Pollution Control Engineering,2.2 兩級(jí)(段)生物脫N工藝:,曝氣,反硝化,堿,N2,碳源,生物脫氮工藝,沉,沉,出水,進(jìn)水,曝氣池:降解BOD,有機(jī)物分解(氨化), (亞)硝化反應(yīng), NH3轉(zhuǎn)化為硝態(tài)N(低負(fù)荷, 泥齡和水力時(shí)間長(zhǎng))； 反硝化池:缺氧,完成反硝化脫N； 沉淀池:固液分離.,Water Pollution Control Engineering,生

12、物脫氮工藝,2.3 單級(jí)生物脫氮工藝,曝氣,反硝化,沉淀,N2,污水或甲醇,出水,進(jìn)水,污泥回流,曝氣池:好氧條件,完成降解BOD, 氨化,硝化等功能; 反硝化池:缺氧,完成反硝化脫氮; 沉淀池:固液分離; 特點(diǎn):工藝簡(jiǎn)單,但難以控制,水質(zhì)也難保證.,堿,Water Pollution Control Engineering,2.4 前置反硝化工藝, A/O工藝或AN/O(缺氧/好氧工藝anoxic/oxic):,反硝化,曝氣,沉淀,反硝化池:缺氧,完成反硝化脫氮 曝氣池:好氧條件,完成降解BOD, 氨化,硝化反應(yīng)等功能,N2,出水,進(jìn)水,硝化液內(nèi)循環(huán),污泥回流,生物脫氮工藝,Water Po

13、llution Control Engineering,生物脫氮工藝,AN/O工藝特點(diǎn): 1). 反硝化反應(yīng)器前置, 氨化和硝化在后, 不需要外加碳源, 反硝化的碳源從污水中得到; 2). 亞硝化階段需要的堿度可以得到部分補(bǔ)償(35%), 所以常常不需要加堿, 反硝化液殘留的有機(jī)物可以進(jìn)一步處理; 3). 反硝化過程N(yùn)O3-可以作為電子受體氧化有機(jī)物碳源, 節(jié)省氧； 4). 構(gòu)筑物少,流程簡(jiǎn)單,造價(jià)低,運(yùn)行費(fèi)用低,管理方便; 5). 但是出水含硝酸鹽NO3, 脫N效率受限制(70%), 高的脫N率需要循環(huán)比大, 動(dòng)力消耗大, 沉淀池存在反硝化過程, 容易污泥上浮.,Water Pollutio

14、n Control Engineering,生物脫氮理論進(jìn)展,三. 生物脫氮新理論 傳統(tǒng)脫氮理論: 硝化和反硝化反應(yīng)分別由硝化菌和反硝化菌作用完成,兩菌對(duì)環(huán)境條件的要求不同, 這兩個(gè)過程不能同時(shí)發(fā)生, 而只能序列式進(jìn)行，即硝化反應(yīng)在好氧條件下, 反硝化反應(yīng)在缺氧或厭氧條件下. 因此生物脫氮工藝是將缺氧區(qū)與好氧區(qū)分開的分級(jí)硝化反硝化工藝, 或在兩個(gè)分離的反應(yīng)器中進(jìn)行, 或在時(shí)間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行(SBR), 以便硝化與反硝化能夠獨(dú)立地進(jìn)行.,Water Pollution Control Engineering,生物脫氮理論進(jìn)展,3.1 同步硝化反硝化 ： 微環(huán)境理論認(rèn)

15、為,由于氧擴(kuò)散的限制,在微生物絮體或者生物膜內(nèi)產(chǎn)生溶解氧梯度,即微生物絮體或生物膜的外表面溶解氧濃度高,深入絮體內(nèi)部,氧傳遞受阻及外部氧的大量消耗, 產(chǎn)生缺氧區(qū),從而形成有利于實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的微環(huán)境. 宏觀環(huán)境論認(rèn)為，由于氧氣擴(kuò)散速率的限制，曝氣池內(nèi)形成局部缺氧/厭氧環(huán)境, 隨時(shí)間分布厭氧/缺氧環(huán)境. 微生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn), 存在好氧反硝化細(xì)菌和異養(yǎng)反硝化細(xì)菌(硝化), 低DO下，一些硝化菌可以進(jìn)行反硝化作用。打破了傳統(tǒng)理論的硝化反應(yīng)只能由自養(yǎng)細(xì)菌完成和反硝化只能在厭氧條件下進(jìn)行的觀點(diǎn).,Water Pollution Control Engineering,生物脫氮理論進(jìn)展,同步硝化反硝化具

16、有以下特點(diǎn)： (1) NO2無須氧化為NO3便可直接進(jìn)行反硝化反應(yīng)，因此, 整個(gè)反應(yīng)過程加快, 水力停留時(shí)間縮短, 反應(yīng)器容積減小； (2) 亞硝化反應(yīng)僅需75的氧, 需氧量降低, 節(jié)約能耗； (3) 硝化菌和反硝化菌在同一反應(yīng)器中同時(shí)工作, 脫氮工藝簡(jiǎn)化而效能提高；,Water Pollution Control Engineering,生物脫氮理論進(jìn)展,(4) 將有機(jī)物氧化, 硝化和反硝化在反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn), 既提高脫氮效果, 又節(jié)約曝氣和混合液回流所需的能源； (5) 反硝化產(chǎn)生的OH可以中和硝化產(chǎn)生的部分H+, 減少了pH值波動(dòng), 使兩個(gè)生物反應(yīng)過程同時(shí)受益, 提高了反應(yīng)效率； (6)

17、 為反硝化提供了碳源, 促進(jìn)同步硝化反硝化的進(jìn)行,Water Pollution Control Engineering,生物脫氮理論進(jìn)展,3.2 短程硝化反硝化： 傳統(tǒng)理論認(rèn)為, 生物脫氮需經(jīng)過如下過程： NH4+ NO2 NO3 NO2 N2 氨化 亞硝化 硝化 反 硝 化 而短程反硝化就是在硝化過程中造成一定的特殊環(huán)境使NH4+正常硝化到NO2, 而NO2氧化到NO3的過程受阻, 形成所謂的“NO2積累”后直接進(jìn)行反硝化, 也可稱為不完全硝化反硝化: NH4+ NO2 N2,Water Pollution Control Engineering,生物脫氮理論進(jìn)展,實(shí)現(xiàn)短程反硝化的關(guān)鍵在于

18、將NH4+氧化控制在NO2階段，阻止NO2的進(jìn)一步氧化，因此，如何持久穩(wěn)定地維持較高濃度的NO2的積累及影響NO2積累的因素 . 因?yàn)橛绊慛 積累的控制因素比較復(fù)雜，并且硝化菌能夠迅速地將NO2轉(zhuǎn)化為NO3 ，所以要將NH4+的氧化成功地控制在亞硝酸鹽階段并非易事.,Water Pollution Control Engineering,生物脫氮理論進(jìn)展,工藝特點(diǎn)： (1)硝化階段可減少25左右的需氧量， 反硝化階段可減少30左右的有機(jī)碳源，降低了能耗和運(yùn)行費(fèi)用； (2)反應(yīng)時(shí)間縮短，反應(yīng)器容積可減小3040左右； (3)具有較高的反硝化速率(NO2 的反硝化速率通常比NO3的高63左右； (

19、4)污泥產(chǎn)量降低(硝化過程可少產(chǎn)污泥33-35左右，反硝化過程中可少產(chǎn)污泥55左右).,Water Pollution Control Engineering,生物脫氮理論進(jìn)展,SHARON工藝: 利用硝化菌在較高的溫度下生長(zhǎng)速率低于亞硝化菌這一事實(shí), 開發(fā)在較高溫度下實(shí)現(xiàn)生物脫氮處理. 工藝的核心是通過污泥齡和反應(yīng)溫度實(shí)現(xiàn)將硝化菌淘汰, 但留下亞硝化菌.,Water Pollution Control Engineering,生物脫氮理論進(jìn)展,3.3 厭氧氨氧化(ANAMMOX)： 是指在厭氧條件下, 微生物直接以NH4+為電子供體, 以NO3或NO2為電子受體, 將NO3, NO2, NH

20、4+直接轉(zhuǎn)變成N2的生物轉(zhuǎn)化過程. 反應(yīng)可以如下方式存在： 5NH4+ + 3NO3 4N2 + 9H2O + 2H + (1) NH4+ + NO2 N2 + 2H2O (2),Water Pollution Control Engineering,工藝特點(diǎn)：(1)無需外加有機(jī)物作電子供體,既可節(jié)省費(fèi)用,又可防止二次污染； (2)硝化反應(yīng)每氧化lmolNH4+ 耗氧2mol, 厭氧氨氧化每氧化lmol NH4+只需要0.75mol氧, 耗氧下降62.5, 能耗低； (3) 硝化反應(yīng)氧化lmol NH4+ 可產(chǎn)生2molH+,反硝化產(chǎn)生lmol OH-, 而氨厭氧氧化的生物產(chǎn)酸量降低1/2,

21、產(chǎn)堿量降至為零; (4) 在厭氧條件下直接利用NH4+作電子供體, 無需供氧, 無需外加有機(jī)碳源維持反硝化, 無需額外投加酸堿中和試劑, 故降低了能耗, 節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用, 用時(shí)還避免了因投加中和試劑有可能造成的二次污染問題.,生物脫氮理論進(jìn)展,Water Pollution Control Engineering,3.生物除磷原理與工藝,生物除P機(jī)理 生物除磷新技術(shù) 生物除磷工藝 3.1 A/O工藝 3.2 Phostrip工藝:,生物除磷原理與工藝,化學(xué)除磷,是利用磷酸鹽與Fe3+, Al3+或Ca2+反應(yīng)形成不溶性沉淀而將溶解性的磷去除的. 5Ca2+ + 3PO43 + OH = Ca5

22、(PO4)3OH Al3+ + PO43 = AlPO4 Fe3+ + PO43 = FePO4 多余的Fe3+, Al3+或Ca2+繼續(xù)與水或CO32 形成Fe(OH)3, Al(OH)3 或CaCO3等沉淀. 化學(xué)法除磷效果較好, 去除率高, 磷不二次釋放,但形成的含磷污泥較多.,Water Pollution Control Engineering,生物除磷原理,一. 生物除P機(jī)理： 1.1 基本過程：厭氧釋放磷，好氧吸收磷 厭氧時(shí):厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸菌將污水有機(jī)物轉(zhuǎn)化為乙酸苷；聚P菌將體內(nèi)聚P分解, 多余能量吸收揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)化為聚羥基丁酸(PHB)或PHV等, 聚P分解為無機(jī)P釋放到水中.

23、 好氧時(shí):聚P菌將PHB分解, 多余能量吸收水中溶解性磷酸鹽為ATP并部分轉(zhuǎn)化為聚P并儲(chǔ)存在體內(nèi), 即好氧吸P, 好氧吸P所吸收的P是過多的, 并非生物需要量的P.厭氧產(chǎn)生的PHB多有利于好氧吸收磷。 通過排放高含P的剩余污泥將P從系統(tǒng)中除去.,Water Pollution Control Engineering,生物除磷原理示意圖,有機(jī)物,乙酸苷,產(chǎn)酸菌,聚磷菌,PHB,聚磷菌,PHB,厭氧環(huán)境,好氧環(huán)境,生物除磷原理,Water Pollution Control Engineering,生物除磷原理,1.2. 生物影響除P因素 DO：厭氧反應(yīng)器應(yīng)該盡可能沒有電子受體O2、或NO3-,

24、厭氧需要DO0, NO3-0, 好氧區(qū)需要氧, 但曝氣時(shí)間不宜過長(zhǎng), 否則P可能重新釋放出來. 污水性質(zhì)：BOD/TKN要大,容易生物降解有機(jī)物如低級(jí)脂肪酸對(duì)厭氧釋放P過程有利,一些酸堿物質(zhì)等有利于厭氧釋放P.,Water Pollution Control Engineering,生物除磷新技術(shù),反硝化除磷技術(shù)是指反硝化除磷菌(Denitrifying Phosphorus removal Bacteria，DPB)經(jīng)厭氧釋磷后，在缺氧條件下以硝酸鹽作為吸磷的電子受體，同步實(shí)現(xiàn)脫氮和除磷. 特點(diǎn): 緩解了反硝化和釋磷對(duì)耗氧有機(jī)物(以COD計(jì))的需求矛盾, PHB 一碳兩用; 克服了硝酸鹽對(duì)磷

25、釋放的不利影響,硝酸鹽電子手體, 節(jié)省氧量; 反硝化菌和聚磷菌(PAO )所需的最佳SRT相抵觸等矛盾.,Water Pollution Control Engineering,三、生物除磷工藝 3.1 AP/O工藝 A/O工藝(anaerobic/oxic)是厭氧/好氧工藝,工藝簡(jiǎn)單,水不內(nèi)循環(huán),比較與生物脫N的A/O工藝異同. 厭氧池-釋放P,有機(jī)物厭氧分解;曝氣池-吸收P,去除BOD;沉淀池-泥水分離.,厭氧池,曝氣池,沉淀池,進(jìn)水,出水,剩余污泥,回流污泥,生物除磷工藝,Water Pollution Control Engineering,3.2 Phostrip工藝: 是化學(xué)除磷與

26、生物除磷相結(jié)合的工藝,工藝流程:,生物除磷工藝,Water Pollution Control Engineering,厭 氧 池,曝氣池,沉淀池,進(jìn)水,出水,剩余污泥,回流污泥,混 合 池,攪 拌 池,沉淀,化學(xué)污泥,石灰,Phostrip工藝特點(diǎn): 除磷效果好, 除磷穩(wěn)定, 一般出水磷濃度達(dá)到1mg/L以下, 但是沒有脫氮的功能; 污泥含磷率高, 可以作為肥料使用; 工藝流程復(fù)雜, 管理難度高, 需氧投加石灰, 基建和運(yùn)行費(fèi)用較大,生物除磷工藝,Water Pollution Control Engineering,4.同步生物脫氮除磷工藝,同步生物脫N與除P工藝 (1) A/A/O工藝

27、(2) Bardenpho工藝 (3) UCT工藝 (4) Johannesburg工藝 (5) SBR工藝 (6) 氧化溝工藝,同步脫N除P工藝,Water Pollution Control Engineering,同步脫N除P工藝,同步生物脫N與除P 生物脫N與除P要求的環(huán)境條件接近，脫N是缺氧與好氧交替，除P是厭氧與好氧交替，所以在工藝上可以實(shí)現(xiàn)既脫N又除P的功能。,Water Pollution Control Engineering,同步脫N除P工藝,同步生物脫N除P工藝: (1) A/A/O工藝,A2/O工藝,厭氧/缺氧/好氧工藝.,Water Pollution Control

28、 Engineering,同步脫N除P工藝,第一A池(anaerobic)-厭氧池,釋放P和部分有機(jī)物厭氧分解；第二A池(anoxic)-缺氧池,生物脫N,NO3來自回流；O池(oxic)-好氧池,有機(jī)物降解,氨化,亞硝化,硝化,吸收P；沉淀池-污泥與水分離。,厭氧池,缺氧池,沉淀池,進(jìn)水,出水,剩余污泥,回流污泥,好氧池,A/A/O工藝流程圖,Water Pollution Control Engineering,同步脫N除P工藝,特點(diǎn)：最簡(jiǎn)潔的同步生物脫N除P工藝,構(gòu)筑物少,兩個(gè)A池需要慢速攪拌,不需外加碳源和堿度,運(yùn)行費(fèi)用低,脫N除P效果不高. 回流污泥硝酸鹽問題；內(nèi)循環(huán)不經(jīng)過厭氧池，厭

29、氧不足, 影響污泥除磷效率; 二沉池反硝化；泥齡兼顧。,Water Pollution Control Engineering,同步脫N除P工藝,倒置A2/O工藝：第一A池(anaerobic)-缺氧池,生物脫N,NO3來自回流；第二A池(anoxic)-厭氧池,釋放P和部分有機(jī)物厭氧分解； O池(oxic)-好氧池功能；沉淀池-功能。,缺氧池,厭氧池,沉淀池,進(jìn)水,出水,剩余污泥,回流污泥,好氧池,倒置A2/O工藝流程圖,Water Pollution Control Engineering,沉,(2) Bardenpho工藝 四級(jí)串連工藝,即缺氧/好氧/缺氧/好氧工藝,理解為兩級(jí)串連的A/

30、O工藝,第一級(jí)A/O工藝設(shè)置污水回流. 特點(diǎn):脫N效果好,除P一般, 工藝較復(fù)雜, 構(gòu)筑物較多.,Water Pollution Control Engineering,同步脫N除P工藝,Bardenpho工藝流程圖,Water Pollution Control Engineering,缺氧池,沉淀池,進(jìn)水,出水,剩余污泥,回流污泥,好氧池,缺氧池,好氧池,回流污水,第一缺氧池-脫N釋放P;第一好氧池-BOD降解,吸收P,硝化(程度低)；第二缺氧池-脫N釋放P;第二好氧池-吸收P,硝化,BOD降解。,同步脫N除P工藝,改進(jìn)的Bardenpho工藝流程圖: 厭氧池:釋放磷;第一缺氧池-脫N釋放

31、P;第一好氧池-BOD降解,吸收P,硝化(程度低)；第二缺氧池-脫N釋放P;第二好氧池-吸收P,硝化,BOD降解,除N2功能。 強(qiáng)化了除磷的功能,但構(gòu)筑物多,工藝復(fù)雜.,同步脫N除P工藝,Water Pollution Control Engineering,同步脫N除P工藝,(3) UCT工藝，厭氧/缺氧/好氧工藝。 避免(AAO工藝)厭氧池由于污泥回流帶入的少量NO3-給釋放P的影響；厭氧池的污泥減少由缺氧池回流補(bǔ)充(但是回流污泥濃度不高，造成厭氧池MLSS低).,厭氧池,缺氧池,沉淀池,進(jìn)水,出水,剩余污泥,回流污泥,好氧池,回流1,回流2,Water Pollution Control

32、 Engineering,同步脫N除P工藝,(4) Johannesburg工藝(約翰內(nèi)斯堡) 減少回流,缺氧池有足夠的水力時(shí)間,厭氧池NO3-濃度低,效率高.,缺氧池1,厭氧池,沉淀池,進(jìn)水,出水,剩余污泥,回流污泥,好氧池,缺氧池2,Water Pollution Control Engineering,缺氧池1, 僅處理回流污泥，體積小,(5) SBR工藝: 1.反硝化脫N; 2.釋放P,有機(jī)物厭氧分解; 3.有機(jī)物好氧分解,吸收P, BOD降低,氨化; 4.吸收P, 亞硝化, 硝化;5.泥水分離 具有較高的脫N除P效率,運(yùn)行靈活,工藝簡(jiǎn)潔,Water Pollution Control

33、 Engineering,缺氧,厭氧,好氧,好氧,沉淀,1,2,3,4,5,進(jìn)水,出水,排泥,同步脫N除P工藝,(6) 氧化溝工藝: 特點(diǎn):推流與完全混合工藝特點(diǎn);DO存在濃度梯度,具有顯著的脫氮功能,有除磷效果;出水水質(zhì)好; 形式: Carrousel氧化溝. Orbal氧化溝. 一體化氧化溝。,同步脫N除P工藝,Water Pollution Control Engineering,同步脫N除P工藝,同步生物脫N除P工藝存在問題： 生物脫N要求低的污泥負(fù)荷,長(zhǎng)的泥齡,而生物除P要求高的負(fù)荷,較低的泥齡. 為了脫N效果,要充分曝氣以完成硝化過程,會(huì)對(duì)吸收P產(chǎn)生不利影響,生物脫N必須的NO3對(duì)

34、生物除P的過程有抑制作用,解決此問題則工藝復(fù)雜(反硝化除磷). 同步生物脫N除P在沉淀池前必需為好氧池,有部分NO3不能去除,只能依靠加大回流來提高脫N效率,動(dòng)力消耗大. 系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力低(不能完全混合).,Water Pollution Control Engineering,N,P處理主要問題,1.傳統(tǒng)工藝要同時(shí)獲得高的N、 P去除率有困難, N 、P 同時(shí)高的污水需采取其他措施;需要雙污泥系統(tǒng), 工藝過分復(fù)雜. 2.出水TP和TN超標(biāo)與污泥沉降不完全有很大關(guān)系(BOD5也是), 改善沉降性能或外加過濾措施; 3.與進(jìn)水的TN和TP相比, 傳統(tǒng)工藝的碳源相對(duì)不足, 工藝需要改進(jìn)和完善.

35、,Water Pollution Control Engineering,5.脫氮除磷工藝設(shè)計(jì),脫N除P工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算 1. 生物脫氮設(shè)計(jì)計(jì)算 1.1 水質(zhì)要求 1.2 脫氮設(shè)計(jì)計(jì)算 1.3 設(shè)計(jì)舉例 2. 生物除磷設(shè)計(jì)計(jì)算,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算： 1. 生物脫氮設(shè)計(jì)計(jì)算 確定污水水質(zhì)參數(shù)； 根據(jù)污水性質(zhì)選擇合適的脫N除P工藝； 計(jì)算各反應(yīng)器容積和水力停留時(shí)間； 計(jì)算需要氧的量； 計(jì)算堿度。,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,1.1水質(zhì)要求: 1.

36、 脫氮時(shí)，污水中的五日生化需氧量與總凱氏氮之比宜大于4(C/N4)； 2. 除磷時(shí)，污水中的五日生化需氧量與總磷之比宜大于17(C/P17)； 3. 同時(shí)脫氮、除磷時(shí)，宜同時(shí)滿足前兩款的要求； 4 .好氧區(qū)（池）剩余總堿度宜大于70mg/L（以CaCO3 計(jì)），當(dāng)進(jìn)水堿度不能滿足上述要求時(shí)，應(yīng)采取增加堿度的措施。,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,1.2脫氮設(shè)計(jì)計(jì)算: 當(dāng)僅需脫氮時(shí)，宜采用缺氧好氧法（AN/O 法）。 1. 生物反應(yīng)池的容積，按活性污泥法一般公式計(jì)算時(shí)，反應(yīng)池中缺氧區(qū)（池）的水力停留時(shí)間宜為0.53h。 2. 生物反應(yīng)池的

37、容積，采用硝化、反硝化動(dòng)力學(xué)計(jì)算時(shí)，按下列規(guī)定計(jì)算。,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,1) 缺氧區(qū)(池)容積，可按下列公式計(jì)算： Vn = Nk - 進(jìn)水凱氏氮濃度(總氮更妥Nt) Nte - 出水總氮濃度 Kde-脫氮速率, 溫度校正: Kde(T)=Kde(20) 1.08(T-20) 0.12-活性污泥的N元素占污泥VSS的比例,脫N除P工藝計(jì)算,Wat

38、er Pollution Control Engineering,2) 好氧區(qū)(池)容積，可按下列規(guī)定計(jì)算： V= 其他并無差異, 污泥齡(好氧池) co= F F:安全系數(shù), n硝化菌比增殖速率,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,硝化菌比增殖速率: nm 硝化菌最大比增殖速率; Na 硝化菌的底物濃度,即NH3濃度; Kn 硝化反應(yīng)的半速度常數(shù); DO 溶解氧濃度 Ko 溶解氧影響的開關(guān)系數(shù); Kdn 硝化菌的內(nèi)源代謝系數(shù)。,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,硝化池內(nèi)DO濃度較高，

39、如果忽略內(nèi)源代謝，忽略溶解氧影響的開關(guān)系數(shù)，再考慮溫度影響：,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,3）需氧量計(jì)算： 與一般的活性污泥相比，增加了因?yàn)橄趸枰难酰摬糠志褪莿P氏氮的去除總量氮的氧當(dāng)量系數(shù)4.57: 氮的總?cè)コ浚?所以需氧量(生物脫氮工藝的理論需氧量)：,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,如果工藝具有前置反硝化(或反應(yīng)器不分開)，則由于反硝化可以以NO3代謝掉部分有機(jī)物，所以這部分“節(jié)省”的氧應(yīng)該扣除(除非外加碳源)： Nk0，Nke分別為進(jìn)水出水凱氏氮濃度； Nt0

40、，Nte分別為進(jìn)水出水總氮濃度。,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,4.57: 1mol的氨N(14g)徹底氧化需要轉(zhuǎn)移8mol電子, 即2mol O2(64g) 64/14=4.57 2.86: 1mol硝酸根還原轉(zhuǎn)移5mol電子, 即1.25mol O2(40g) 40/14=2.86,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,4）混合液回流比，可按下列公式計(jì)算： 假設(shè)理想反應(yīng)器(AN/O工藝)，有機(jī)N和氨N在好氧反應(yīng)器內(nèi)可以完全氧化為NO3-；回流到缺氧反應(yīng)器的NO3-可以完全被反硝化

41、為N2： 則，好氧反應(yīng)器O的末端出水硝酸鹽N的總量，是濃度 Nte與流量的積： (RiR+1)QNte 與原進(jìn)水總N量相等：QNt0 (RiR+1)QNte= QNt0,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,(RiR+1)QNte QNt0 (RiR+1) Nte Nt0 = N去除率 加大內(nèi)回流比可以提高N去除率,一般Ri400%. 如假設(shè)R為0.5, Ri=2.5, 去除率75%; Ri=3, 去除率77.8%; Ri=3.5, 去除率80%,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,出水堿

42、度=進(jìn)水堿度+0.1(S0-Se) +3.57反硝化去除的N 7.14 氨氧化的N 出水堿度宜大于70mg/L。,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,1.3 設(shè)計(jì)舉例: 1).A2O工藝(規(guī)范建議同步脫氮除磷選擇工藝) 2).氧化溝工藝,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,1).A2O工藝,例題：流量,平均日20000m3， 進(jìn)水：COD-450, BOD5-185, SS-250, TKN-40,

43、 TP- 5 出水：COD-70, BOD-20, SS-20, TN-15, TP-1 先計(jì)算污水設(shè)計(jì)流量:一級(jí)構(gòu)筑物Kz為1.59; 生化處理構(gòu)筑物Kz 為1.30. 二級(jí)生化處理構(gòu)筑物反應(yīng)器容積計(jì)算方法： 方法1：按照反硝化速率和硝化菌比增殖速率； 方法2：按照污泥負(fù)荷.,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,方法1：按照反硝化速率和硝化菌比增殖速率： (1):厭氧池計(jì)算：水力時(shí)間 V=Qt Q為設(shè)計(jì)流量,Q=平均流量變化系數(shù)，t為水力停留時(shí)間，h。t取2.0h，變化系數(shù)取1.3，平均流量833m3/h V=8331.32.0=2166

44、 m3 厭氧池容積2166 m3,水力停留時(shí)間2.0h,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,回流污泥濃度與SVI： SVI=SV/MLSS，曝氣池的MLSS 曝氣池MLSS/沉淀池下部污泥區(qū)的污泥濃度MLSS=SV MLSS曝/MLSS沉=SV SVI= =1/ MLSS沉=1/Xr (Xr回流污泥濃度) 如SVI=100mL/g,則回流污泥濃度=1/100mLg-1 =1g/100m L =10000mg/L，如SVI=80 mL/g,則回流污泥濃度=1/80mLg-1 =1.25g/100mL=12500mg/L。,Water Poll

45、ution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度： X=r/(1+r)Xr X反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度，r污泥回流比,取0.4，Xr回流污泥濃度 X = Xr, SVI取75，則Xr = 13333 mg/L SV取30，X=4000mg/L, MLVSS=0.74000=2800mg/L,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,(2).缺氧池計(jì)算：反硝化速率 V= Q設(shè)計(jì)流量，Nk、Nte分別為進(jìn)水TKN, 出水TKN, Kde反硝化脫N速率 反硝化脫N速率溫度校正： Kde(T)=Kde(20) 1.08(T-

46、20) Xv Q(S0-Se) Yobs20000(185-20)0.4=1320kg/d 表觀產(chǎn)率系數(shù)取0.4,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,內(nèi)源代謝系數(shù)Kde取0.05 水力停留時(shí)間3511/1083=3.2h,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,(3)好氧池計(jì)算：水力時(shí)間,根據(jù)硝化菌計(jì)算 出水NH3-N濃度取1mg/L, 半速度常數(shù)為1mg/L, 忽略溶解氧開關(guān)系數(shù)，內(nèi)源代謝系數(shù)取0.02:,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝

47、計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,安全系數(shù)取2.0,水力停留時(shí)間5700/1083=5.3h,脫N除P工藝計(jì)算,方法1結(jié)果: 厭氧池: 2166 m3, 水力停留時(shí)間2.0h 缺氧池:3511 m3 , 水力停留時(shí)間3.2 h 好氧池:5700 m3 , 水力停留時(shí)間5.3h 合計(jì): 11377m3 , 水力停留時(shí)間10.5h,Water Pollution Control Engineering,2按照污泥負(fù)荷 厭氧池計(jì)算同上述方法； 缺氧好氧池(A/O)計(jì)算： 作為整體，按污泥負(fù)荷計(jì)算， VAO= N0污泥容積負(fù)荷(kgBOD5

48、/kgMLVSSd)，X污泥濃度，MLVSS。注意污泥濃度單位的一致。,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,VAO= 按照A池:O池=1:3的比例計(jì)算各自的容積： VA=2553 m3 VO=7660 m3,Water Pollution Control Engineering,脫N除P工藝計(jì)算,脫N除P工藝計(jì)算,方法2結(jié)果: 厭氧池: 2166 m3, 水力停留時(shí)間2.0h 缺氧池:2553 m3 , 水力停留時(shí)間2.36h 好氧池:7660 m3 , 水力停留時(shí)間7.07h 合計(jì): 12380 m3 , 水力停留時(shí)間11.4h,Wate

49、r Pollution Control Engineering,2).氧化溝工藝(Carrousel): Q=40000m3/d, 進(jìn)水: BOD5=200mg/L, TSS=240mg/L, VSS=200mg/L; TKN=35mg/L; 堿度=250mg/L(以CaCO3計(jì)) 出水: BOD5=30mg/L, TSS=30mg/L, NH3-N=2mg/L; NO3-N =10mg/L. 設(shè)2組氧化溝,MLSS取4000mg/L, f=0.7.池內(nèi)DO濃度為2.0mg/L,產(chǎn)率系數(shù)0.5, 內(nèi)源代謝系數(shù)0.05. 設(shè)計(jì)溫度以10度計(jì)算,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution C

50、ontrol Engineering,(1).計(jì)算污泥齡:,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,Kn=100.051T-1.158 =0.225 mg/L 出水氨濃度Na: 2.0 mg/L 溶解氧開關(guān)系數(shù):0.45-2 mg/L,這里取2.,污泥齡,安全系數(shù)取2.5: co= F=25.4d 為更安全，污泥齡取30d.,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,校正溫度：,(2)計(jì)算反應(yīng)器容積:,脫N除P工藝計(jì)算,Water Pollution Control Engineering,考慮反硝化需要的容積: 經(jīng)過計(jì)算V=9009m3 合計(jì)容積:23580m3 水力停留時(shí)