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废水生物脱氮除磷

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    • 1、第四章 废水生物脱氮除磷技术,第一节 水体中的氮及其危害性 第二节 废水生物脱氮技术 第三节 废水生物除磷与同步脱氮除磷技术,第一节 水体中的氮及其危害性,一、存在形式及其来源 氮以有机氮和无机氮两种形态存在于水体中。 1. 有机氮 蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等。 来源:生活污水、 农业废弃物(植物秸秆、牲畜粪便等)、 工业废水(食品加工、印染、制革、食 品加工等),2. 无机氮 氨氮、亚硝态氮和硝态氮。 来源:有机氮的微生物分解 农田排水 工业废水(炼焦、化肥),二、氮污染的危害,城市污水中的氮主要以氨氮存在。 氨氮消耗水体中的溶解氧。 氨氮会与氯作用生成氯胺,并被氧化为氮。 氮化合物对人和生物有毒害作用。 加速水体的“富营养化”过程。,第二节 废水生物脱氮技术,一、生物脱氮的基本原理 生物脱氮过程主要由两段工艺共同完成: 硝化作用:氨氮 硝酸盐氮 反硝化作用: 硝酸盐氮 气态氮,图421 生物脱氮过程示意图,1、硝化反应,硝化反应由两组自养好氧微生物完成: 亚硝酸盐细菌(Nitrosomonas) 硝酸盐细菌(Nitrobacter) 硝化作用是指由硝化菌将氨氮氧化成硝酸盐氮的过程

      2、。,硝化过程分为两个阶段: 第一步: 亚硝化菌 氨氮 亚硝酸盐 亚硝化菌包括亚硝酸盐单胞菌属和亚硝酸 盐球菌属。 第二步: 硝化菌 亚硝酸盐 硝酸盐 硝化菌包括硝酸盐杆菌属、螺旋菌属和球 菌属。,反应式:,NH4+ + 1.382 O2 + 1.982 HCO3- 0.982NO2- + 1.036 H2O + 1.891H2CO3 + 0.018C5H7O2N (1) NO2- + 0.488O2 + 0.01H2CO3 + 0.003HCO3- + 0.003NH4+ NO3- + 0.008H2O + 0.003 C5H7O2N (2),总反应式: NH4+ + 1.86 O2 + 1.982 HCO3- 0.982NO3- + 1.044 H2O + 1.881H2CO3 + 0.021C5H7O2N (3) 由(3)可知: 硝化反应消耗碱度和氧气 每氧化1mg NH4+ - N 为 NO3- - N 需消耗 7.14mg CaCO3, 需氧 4.57 mg,硝化反应的环境条件:,1)好氧条件,并保持一定的碱度。 2)混合液中有机物含量不应过高,BOD5应 在1520mg/L以

      3、下。 3) 适宜温度是2030,15时速度下降, 5时完全停止。 4)污泥龄必须大于其最小的世代时间。 5)重金属、高浓度的NH4+-N和NOx-N对硝 化反应有抑制作用。,2、反硝化过程,是指由一群异养微生物,将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮,在无氧或低氧条件下还原转化为气态氮或氮氧化物的过程。 反硝化细菌包括:假单胞菌属、反硝化杆菌属、小球菌属、嗜气杆菌属、碱杆菌属等。 反硝化过程中NO2-和NO3-的转化是通过反硝化细菌的同化作用和异化作用来完成的。其中异化作用去除 的氮占7075。,NO2- + 3H(电子供体有机物) N2 + H2O+ OH- NO3- + 5H(电子供体有机物) N2 +2H2O+OH- 可见,反硝化过程产生部分碱度,但同时需要有机物,如果污水中没有足够的有机物,一般投加甲醇。,反硝化反应的影响因素:,1)碳源 2)pH 6.57.5 3)溶解氧 0.5mg/L以下 4)温度 2040,二、生物脱氮工艺,(一)活性污泥法脱氮传统工艺 是由Barth开创的所谓3级活性污泥法流程,包括氨化、硝化、反硝化三项反应过程。,图4-2-2 活性污泥传统脱氮工艺(3级活性污泥 法

      4、流程),图4-2-3 2级活性污泥脱氮系统,图4-2-4 单级活性污泥脱氮系统,三、生物脱氮原理的新认识及 相应工艺,最近的一些研究表明:硝化过程不仅有自养菌完成,异养菌也可以参与硝化作用;某些微生物在好氧条件下也可以进行反硝化作用。 理论解释: 1.微环境的存在,是同时硝化反硝化现象的最主要原因; 2.从微生物发展的角度也提出可能存在的、目前尚未被认识的微生物菌种(如好氧条件下的反硝化细菌)能使同时硝化反硝化现象发生。,缺氧一好氧活性污泥法脱氮系统 (A / O法),是于80年代初期开创的工艺流程,其主要特点是将反硝化反应器置放在系统之首,故又称为“前置式反硝化生物脱氮系统”。,图4-2-5 缺氧一好氧活性污泥法脱氮系统,系统的特征:,(1)反硝化反应器在前,BOD去除、硝化两 项反应的综合反应器在后; (2)反硝化反应以原废水中的有机物为碳源; (3)硝化液回流; (4)反硝化反应过程产生的碱度可补偿硝化反 应消耗碱度的一半左右; (5)流程简单,不需外加碳源。,系统的不足之处:,(1)沉淀池如运行不当,池内会产生反硝化反 应,污泥上浮,处理水水质恶化。 (2)系统的脱氮率较低,一

      5、般在85以下。,第三节 废水生物除磷与同步脱 氮除磷技术,一、除磷技术的发展 污水除磷技术的发展起源于生物超量吸磷现象的发现。 20世纪50年代到60年代初,Srinath等人在污水处理厂的生产性运行中,观察到生物超量吸磷的现象。 70年代的研究工作弄清了生物除磷所需的运行条件,并有意识的将其工程化。,80年代到90年代,通过全面的基础研究及生产性研究和工程运转经验的总结,污水生物除磷的理论及技术均获得了重大进展及突破。,废水中磷的存在形式:磷酸盐(H2PO4- 、 HPO42- 和 PO43-)、聚磷酸盐和有机磷。 生物除磷就是利用聚磷菌(polyphosphate accumulation organisms, PAOs)一类的细菌,过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷,并将其以聚合形态储藏在体内,形成高磷污泥,排出系统,达到从废水中除磷的效果。,二、生物除磷的基本原理,1.聚磷菌的磷过量摄取,在好氧条件下,聚磷菌 ADP + H3PO4+ 能量 ATP + H2O H3PO4的大部分是通过主动输送的方式从外部环境摄入的,一部分用于合成ATP,另一部分则用于合成磷酸盐。这一现象就是

      6、“磷的过量摄取”。,2.聚磷菌的放磷,在厌氧条件下,聚磷菌体内的ATP水解,放出H3PO4和能量,形成ADP,即: ATP + H2O ADP + H3PO4+ 能量,三、生物处理过程中除磷途径小结,研究结果表明,超量除磷主要是生物作用的结果,但生物超量除磷并不能完全解释某些条件下出现的除磷性能,生物诱导的化学除磷可能是生物除磷的补充。在生物除磷系统中磷的去除可能包括下列5种途径。,生物超量除磷 污泥含磷量可达37 正常磷的同化作用 微生物合成消耗磷 正常液相沉淀 pH 阳离子浓度 加速液相沉淀 生物膜沉淀 细菌反硝化作用使膜内pH 升高,导致磷从液相进入无机相。,四、影响生物除磷过程的因素,1.溶解氧 磷摄取过程要求充足的氧,放磷 的过程应保持绝对厌氧的条件。 2.污泥龄 一般污泥龄短的系统产生的剩余 污泥量较多,可以取得较高的除磷效果。 3.温度和pH值 530 pH 68 4.BOD负荷 较高的BOD负荷可取得较好 的除磷效果。 5.硝酸氮和亚硝酸氮 抑制磷的释放,五、生物除磷工艺,1.福斯特利帕(Phostrip)除磷工艺 它是1972年开发的一种将生物除磷和化学除磷相结合的一

      7、种工艺。,图4-3-1 福斯特利帕除磷工艺流程,本工艺的特点:,1.除磷效果好 处理水磷低于1mg/L 2.污泥含磷高 2.17.1 3.石灰用量低。,存在问题: 流程复杂,建设费用和运行费用高; 沉淀池()底部可能形成缺氧状态,而释放磷。,2.厌氧好氧除磷工艺,图4-3-2 厌氧好氧除磷工艺流程,本工艺流程简单,建设和运行费用都较低,厌氧反应器能够保持良好的厌氧状态。 存在的问题有:由于微生物对磷的吸收有一定限度,故除磷率难以进一步提高;沉淀池易于产生磷的释放现象,应及时排泥和回流。,六、同步脱氮除磷工艺,1.巴登福(Bardenpho)同步脱氮除磷 工艺 Bardnard 首先发现了硝化/反硝化过程中除磷的效果,并最先研究和开发了既能脱氮又能除磷的污水处理工艺,如Bardenpho工艺,本工艺的主要优点是各项反应都反复进行两次以上,各反应单元都有其首要功能,并兼行二、三项功能,脱氮、除磷效果良好。 存在的问题是工艺复杂,反应器单元多,运行繁琐,成本高。,2. A-A-O法同步脱氮除磷工艺,图4-3-7 A-A-O法同步脱氮除磷工艺流程,本工艺存在问题: 1)脱氮效果难以提高; 2)

      8、污泥增长受到一定限度,除磷效果 也不易提高; 3)沉淀池溶解氧含量不宜过高,防止循环液对缺氧反应器的干扰。,3. 福列德克斯(Phoredox)脱氮 除磷工艺,是巴登福工艺的改进,主要是在第1厌氧反应器之前再加一厌氧反应器,以强化磷的释放,从而能够保证在好氧条件下,有更强的吸收磷的能力,以提高除磷效果。,我劝一个草率结婚的朋友离婚。她平静的告诉我,如果说当初鲁莽结婚是个错误。那么,现在草率离婚是一错再错。这位朋友后来还是离婚了,大家一致认为她的行为很理性。 同样的故事正在互联网搜索巨头谷歌身上发生,但是谷歌选择了草率“离婚”。 饮鸩止渴 由于急于抑制苹果iphone手机翻天覆地的产业冲击,谷歌采取急功近利的粗糙型开放策略。饮鸩止渴的策略一时取得了成果。市场研究公司尼尔森最近公布的数据显示,在通过Verizon Wireless、AT&T和Sprint Nextel三大运营商经销后,谷歌Android手机在美国市场上的销售量已经超过iPhone。另一家市场研究公司iSuppli甚至认为,全球范围内使用Android操作系统的手机数量将在 2012年超过苹果iPhone。 表面繁华的背后,

      9、是Android生态系统的一团糟,谷歌正在为自己的粗放型开放策略买单。 用户对谷歌手机的态度从开始的好奇、后来的犹豫,变成强烈的批评。“大多Android手机程序都是垃圾,乱七八糟的”,一位手机发烧友迅速投奔了iphone的阵营:“同样的植物人大战僵尸游戏,在谷歌手机和iphone手机上的体验简直没法比” 混乱,还是混乱。一切一切的乱象,折射出谷歌已经失去对Android生态系统的控制。这一切的根源,我的判断是开放策略初期过于宽松,导致失去控制权。混乱的生态系统表现在用户手机上,就是应用程序的混乱和粗燥。 一错再错 为此,谷歌开始采取对策。最近,有国内厂商称新的Android3.0开始关闭应用程序的API(应用程序编程接口),统一Android界面。这意味着,谷歌将放弃其初始开放策略,开始封闭管理。 粗看之下,谷歌认识到自己的错误。既然是过度开放导致的错误,那么收紧开放尺度是很自然的逻辑,无懈可击。但我认为,谷歌仓促收紧开放策略仍然是个错误。打个比喻。如果过度开放的政策是草率结婚,那么草率的封闭就是草率离婚。这么判断的原因很简单,谷歌把Android开放出去的那一天,Android已经不属于谷歌。谷歌没有认识到这一点,还以为Android只是自己的。 合作伙伴对谷歌封闭政策的反应加强了我的判断结论。经济观察报报道,国内第一家生产基于Android平台手机的设计公司创杨通信,近日已经被迫出售。创杨通信负责人给出的出售理由是,“因为不愿意甘当炮灰而选择放弃。” 按照目前Android3.0将统一界面的想法,未来的手机市场将出现毫无差异化的产品。这对于企业来说,几乎意味着不可避免的价格战。利润空间的微薄,导致合作伙伴生存环境恶劣。于是大量退出几乎是一种必然。

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