污水处理脱氮工艺概述PPT幻灯片课件

1、2014 7 脱氮工艺简介 工程技术咨询部 Contents 2 污水处理分类与方法 3 按处理的程度 一级处理 primary 也叫初级处理 该过程只能除去废水中的大颗粒的悬浮物及漂浮物 很难达到排放标准 二级处理 secondary 一般可以除去细小的或呈胶体态的悬浮物及有机物 一般能达到排放标准 三级处理 tertiary 也称高级 advanced 处理 是在一级 二级处理的基础上 对难降解的有机物 氮 磷等营养性物质进行进一步处理 污水处理分类 4 城市污水经传统的二级处理以后 虽然绝大部分悬浮固体和有机物被去除了 但还残留微量的悬浮固体和溶解的有害物 如氮和磷等的化合物 氮 磷为植物营养物质 能助长藻类和水生生物 引起水体的富营养化 影响饮用水水源 5 太湖的富营养化 6 物理处理方法综合表 7 化学处理方法综合表 8 生物处理方法综合表 9 氮的生物去除原理 10 氮的生物去除 废水中的氮以有机氮 氨氮 亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在 1 生物脱氮机理 生物脱氮是在微生物的作用下 将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程 其中包括硝化和反硝化两个反应过程 11 缺氧 缺

2、氧 12 a氨化反应 新鲜污水中 含氮化合物主要是以有机氮 如蛋白质 尿素 胺类化合物 硝基化合物以及氨基酸等形式存在的 此外也含有少数的氨态氮如NH3及NH4 等 微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作用 在氨化微生物的作用下 有机氮化合物分解 转化为氨态氮 以氨基酸为例 水解 细菌分解 13 硝化反应是在好氧条件下 将NH4 转化为NO2 和NO3 的过程 总反应式为 b硝化反应 14 硝化细菌是化能自养菌 生长率低 对环境条件变化较为敏感 温度 溶解氧 污泥龄 pH 有机负荷等都会对它产生影响 15 硝化过程的影响因素 a 好氧环境条件 并保持一定的碱度 硝化菌为了获得足够的能量用于生长 必须氧化大量的NH3和NO2 在硝化反应过程中 释放H 使pH下降 硝化菌对pH的变化十分敏感 为保持适宜的pH 应当在污水中保持足够的碱度 以调节pH的变化 lg氨态氮 以N计 完全硝化 需碱度 以CaCO3计 7 14g 对硝化菌的适宜的pH为8 0 8 4 16 硝化过程的影响因素 b 混合液中有机物含量不应过高 硝化菌是自养菌 有机基质浓度并不是它的增殖限制因素 若BOD值过高 将

3、使增殖速度较快的异养型细菌迅速增殖 从而使硝化菌不能成为优势种属 c 硝化反应的适宜温度是20 30 15 以下时 硝化反应速度下降 5 时完全停止 17 硝化过程的影响因素 d 硝化菌在反应器内的停留时间 即生物固体平均停留时间 污泥龄 SRTn 必须大于其最小的世代时间 e 除有毒有害物质及重金属外 对硝化反应产生抑制作用的物质还有高浓度的NH4 N 高浓度的NOx N 高浓度的有机基质 部分有机物以及络合阳离子等 18 总反应式为 c反硝化反应 19 反硝化菌属异养兼性厌氧菌 在有氧存在时 它会以O2为电子进行呼吸 在无氧而有NO3 或NO2 存在时 则以NO3 或NO2 为电子受体 以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应 20 在反硝化菌代谢活动的同时 伴随着反硝化菌的生长繁殖 即菌体合成过程 反应如下 式中 C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成 反硝化还原和微生物合成的总反应式为 从以上的过程可知 约96 的NO3 N经异化过程还原 4 经同化过程合成微生物 21 反硝化过程的影响因素 a 碳源 能为反硝化菌所利用的碳源较多 从污水生物脱氮考虑 可有下列三类 一是原污水中

4、所含碳源 二是外加碳源 多采用甲醇 CH3OH 因为甲醇被分解后的产物为CO2和H2O 不留任何难降解的中间产物 三是利用微生物组织进行内源反硝化 b pH 对反硝化反应 最适宜的pH是6 5 7 5 pH高于8或低于6 反硝化速率将大为下降 22 反硝化过程的影响因素 c DO浓度 反硝化菌属异养兼性厌氧菌 在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条件下 它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸 使硝酸盐还原 另一方面 反硝化菌体内的某些酶系统组分 只有在有氧条件下 才能够合成 d 温度 反硝化反应的最适宜温度是20 40 低于15 反硝化反应速率最低 为了保持一定的反硝化速率 在冬季低温季节 可采用如下措施 提高生物固体平均停留时间 降低负荷率 提高污水的水力停留时间 23 微生物脱氮过程 24 传统脱氮工艺 25 传统脱氮工艺 将含碳有机物的去除和氨化 硝化及反硝化在三个池中独立进行 26 传统脱氮工艺 有机物去除和硝化过程两个生化反应在一个系统中进行 就三段式生物脱氮工艺简化为两段式生物脱氮工艺 27 传统脱氮工艺 28 传统脱氮工艺存在的问题 反硝化过程产生的碱度不能够被利用

5、使得硝化过程容易出现碱度不足而需要投加碱度 同时后置反硝化时需要投加外碳源 造成运行费用增加 29 前置反硝化脱氮工艺 80年代后期出现了前置反硝化工艺 即将反硝化区域设置在系统前端 通过设置消化液回流为反硝化提供硝态氮 前置反硝化生物脱氮工艺 简称A O工艺 又称MLE ModifiedLudzak Ettinger 工艺 如图1 5所示 30 前置反硝化脱氮工艺优点 有机碳源可以充分用于反硝化作用 减少外碳源的投加量 反硝化产生的碱度可以在后续硝化阶段被利用 从而减少硝化区域的碱投加量 原水中的有机物在缺氧区通过反硝化作用去除 减少了好氧区有机物氧化所需的氧气量 31 前置反硝化脱氮工艺缺点 增加了硝化液回流 增加了运行费用 因硝化液回流比不可能太高 使得系统出水中含有硝态氮 使系统TN去除率难以提高 32 A2O脱氮工艺 原水分段进去各段缺氧区 从而使得原水中的碳源可以充分用作反硝化碳源 由于原水分段进入各段 使得系统前后污泥浓度形成一定的梯度 前端高污泥浓度可以提高系统的抗冲击能力 同时分段进水工艺无需硝化液回流 使得该工艺的运行费用降低 33 传统脱氮工艺存在的问题 1 工艺

6、流程长 占地面积大 传统工艺认为硝化 反硝化不能同时进行 2 硝化菌群繁殖速度慢 且难以维持较高浓度 需要较大曝气池 费用高 3 需进行污泥和硝化液回流 动力成本高 4 系统抗冲击能力弱 高浓度NH3 N和NO2 会抑制硝化菌生长 5 硝化过程产酸 需投加碱中和 34 新型脱氮工艺 35 新型生物脱氮技术 近年来 许多研究表明 硝化反应不仅由自养菌完成 某些异养菌也可以进行硝化作用 反硝化不只在厌氧条件下进行 某些细菌也可以在好氧条件下进行 许多好氧反硝化菌同时也是异养硝化菌 Thiosphaerapantotropha 能把NH4 氧化成NO2 后直接进行反硝化 36 新型脱氮工艺 生物脱氮技术的发展 突破了传统理论的认识 产生了一些新型生物脱氮技术 下面几种主要的新型脱氮工艺 1 半硝化工艺 SHARON 2 厌氧氨氧化工艺 ANAMMOX 3 半硝化 厌氧氨氧化工艺 SHARON ANAMMOX 4 生物膜内自养脱氮工艺 CANON 37 SHARON工艺 将亚硝酸盐氧化菌NOB从反应器中淘洗掉 使反应器内AOB增长速率大于NOB的增速率 通过确定合适的污泥停留时间 通过排除剩余

7、污泥的方式将反应器内的NOB逐渐淘洗出去 38 SHARON工艺 荷兰Hellinga等在1998年提出了一种高温高氨氮废水短程硝化处理技术 SHARON SinglereactorHighactivityAmmoniumRemovalOverNitrite 工艺 该技术是将高氨氮废水在一个完全混合式反应器中处理 运行温度为35 左右 污泥停留时间SRT等于水力停留时间HRT 39 厌氧氨氧化工艺 ANAMMOX 是有荷兰Delft大学在20世纪90年代开发的一种新型脱氮工艺 指在厌氧条件下 微生物直接以NH4 为电子供体 以NO3 或NO2 为电子受体 将NH4 NO3 或NO2 转变成N2的生物氧化过程 发生的反应为 厌氧氨氧化的化学计量方程式 40 厌氧氨氧化的发现 早在1977年 Broda就做出了自然界应该存在反硝化氨氧化菌 denitrifyingammoniaoxidizers 的预言 1994年Kuenen发现某些细菌在硝化 反硝化中利用NO2 或NO3 作电子受体 将NH4 氧化成N2和气态氮化物 1995年Mulder等发现了氨氮的厌氧生物氧化现象 StraousM

8、 等用生物固定床和流化床反应器研究了厌氧氨氧化污泥 表明氨氮和硝态氮去除率分别高达82 和99 41 厌氧氨氧化研究历史 42 厌氧氨氧化菌 anaerobicammoniumoxidation Anammox 是一类细菌 属于浮霉菌门 红菌 是业内对厌氧氨氧化菌的俗称 通过生物化学反应 它们可以将污水中所含有的氨氮转化为氮气去除 它们对全球氮循环具有重要意义 也是污水处理中重要的细菌 43 自然界anammox菌的发现 2001年12月 生化学家MarcelKuypers在黑海85 100m深处发现了厌氧氨氧化菌 44 发生厌氧氨氧化的前提条件是氨和亚硝酸盐同时存在 且不存在氧 在自然生态系统中 由于氧供应不足或电子供体有限 常常发生氨氧化成亚硝酸盐或硝酸盐还原成亚硝酸盐的情况 在湖泊底泥和海洋沉积物的好氧 缺氧界面上 氨和亚硝酸常常共存 它们是AAOB 厌氧氨氧化菌 的良好生境 45 厌氧氨氧化菌的微生物特征 46 厌氧氨氧化菌为球状细菌 直径通常小于l微米 世代时间10 30d 与其它已知的浮霉状菌具有明显的生理上的不同 属于厌氧化能自养型微生物 不需要有机碳源作为电子受体即可将

9、氨氮氧化生成氮气 实验证明 反应过程中轻氨和胼是参与反应的重要的中间体 厌氧氨氧化菌是革兰氏阴性的不发光细菌 在微观状态观察下呈现出的形状不规则 厌氧氨氧化菌的微生物特征 47 厌氧氨氧化菌具有独特的生理特征 其细胞壁中缺乏肽聚糖 同时具有蛋白质的S层和厌氧氨氧化体 在厌氧氨氧化菌的富集培养过程中 随着富集量的增加 污泥外观颜色会逐渐呈现出猩红色 由于厌氧氨氧化菌倍增时间较长 约为lld 所以其在培养过程中需要有效的生物质在系统中停留 厌氧氨氧化菌的微生物特征 48 影响厌氧氨氧化菌活性的因素 pH值和温度厌氧氨氧化反应最适pH范围6 7 8 3 最优为8 温度过高过低都会改变微生物酶活性 甚至是不可逆的 最佳反应温度20 43 49 影响厌氧氨氧化菌活性的因素 氧氧对厌氧氨氧化活性有抑制作用 有研究表明 微量的溶解氧就会对anammox细菌的活性产生强烈抑制 因此在通过厌氧氨氧化工艺进行脱氮时 装置的进水需要排出其中的DO 同时反应器也应进行密封以保持严格的厌氧环境 但微氧对anammox细菌活性的抑制是可逆的 排出氧气后可以恢复 50 影响厌氧氨氧化菌活性的因素 有机物厌氧氨氧化菌

10、属专性厌氧的化能自养菌 生长周期较长 当系统中存在有机物时 增殖较快的异养菌快速增长 从而抑制了厌氧氨氧化菌的生长 但不同有机物对厌氧氨氧化反应抑制程度不同 如加入较高浓度乙醇后 厌氧氨氧化菌仍可保持活性 而少量的甲醇就使厌氧氨氧化菌失活 但对于一些低碳氮比的废水 可以通过厌氧氨氧化工艺达到较好的处理效果 甚至在有机物浓度为150mg L的不利因素下系统仍具有较高的反应活性和总氮去除率 51 影响厌氧氨氧化菌活性的因素 磷酸盐磷酸盐在高浓度时 对厌氧氨氧化菌的活性也有明显的不利影响 所以在anammox工艺培养过程中 一般选择碳酸盐作为pH缓冲液 不同的厌氧氨氧化菌种受磷酸盐影响时表现不同 CandidatusBrocadiaanammoxidans在PO43 的浓度高于10mmol L时其活性就会被完全抑制 在应用该工艺进行脱氮的过程中 应尽可能的控制厌氧氨氧化体系装置中的磷酸盐含量在一个较低的水平 52 影响厌氧氨氧化菌活性的因素 亚硝酸盐过量积累后反而会对厌氧氨氧化过程产生抑制 NO2 N是一种 三致 物质 在进行废水脱氮处理时 可作为出水水质的主要控制指标 不同的研究由于工艺

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