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7.2 污水生物脱氮处理

7.2 污水生物脱氮处理. 环境工程系 马文林. 主要内容. 生物脱氮原理 氮化合物在水体中的存在方式 生物硝化反应 生物反硝化反应 生物脱氮工艺流程 传统活性污泥法脱氮工艺 两级生物脱氮系统 分建式缺氧 - 好氧活性污泥脱氮系统 合建式缺氧 - 好氧活性污泥脱氮系统 生物脱氮工艺设计参数. 序言. 氮和磷都是微生物保持正常的生理功能所必需的元素， 二级生物处理技术 对氮和磷的去除主要通过微生物的合成作用来实现 。 活性污泥理想的营养平衡式为 BOD:N:P=100:5:1 。

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7.2 污水生物脱氮处理

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Presentation Transcript

  1. 7.2 污水生物脱氮处理 环境工程系 马文林

  2. 主要内容 • 生物脱氮原理 • 氮化合物在水体中的存在方式 • 生物硝化反应 • 生物反硝化反应 • 生物脱氮工艺流程 • 传统活性污泥法脱氮工艺 • 两级生物脱氮系统 • 分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统 • 合建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统 • 生物脱氮工艺设计参数

  3. 序言 • 氮和磷都是微生物保持正常的生理功能所必需的元素，二级生物处理技术对氮和磷的去除主要通过微生物的合成作用来实现 。 • 活性污泥理想的营养平衡式为BOD:N:P=100:5:1。 • 假设原污水BOD浓度为150mg／L，通过一级处理去除了30％的 BOD，生物处理单元去除剩余BOD的90%，则按营养平衡式计算，生物处理单元对氮的需要量仅为5～6mg／L。 • 在城市污水中，氮是过剩的，二级处理技术对氮的去除率比较低，一般对氮的去除率为20%~40%，对磷的去除仅为5%~20%。

  4. 含氮污水未经脱氮处理任意排放会给环境及其它事业造成危害，其中主要的问题有：含氮污水未经脱氮处理任意排放会给环境及其它事业造成危害，其中主要的问题有： • 缓流水体的富营养化 氮化合物是植物性营养物，排放湖泊、水库一类的缓流水体，会使水中藻类异常增殖，水呈绿一褐色，有损水体外观，旅游价值降低，这种水作为水源；给水处理工程造成困难，提高制水成本。 • 农业灌溉用水中，TN含量如超过lmg/L，作物吸收过剩的氮，能够产生贪青倒伏现象。 • 含氮污水在排放或利用前应进行脱氮处理。 • 根据原理，脱氮技术可分为物理化学脱氮和生物脱氮两种技术。

  5. 1.生物脱氮原理 • 氮化合物在水体中的存在方式

  6. 有机物降解 （氨化反应） 硝化反应 反硝化反应 1.1 生物脱氮过程概述 • 氮的自然循环过程 有机氮氨氮亚硝酸盐氮硝酸盐氮氮气

  7. RCHNH2COOH + O2 RCOOH + CO2 + NH3 氨化菌 1.2 氨化反应 • 在氨化菌的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮的过程。 • 以氨基酸为例，其反应式为： 氨化过程伴随着有机物降解过程而发生，不需要专门的工艺参数控制。

  8. 1.3 硝化反应 • 硝化菌 • 亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌； • 硝化菌是化能自养菌，革兰氏染色阴性，不生芽孢的短杆状细菌，广泛存活在土壤中。 • 硝化菌的生理活动不需要有机性营养物质，从CO2获取碳源，从无机物的氧化中获取能量。

  9. 亚硝酸菌 硝酸菌 • 硝化反应分两步完成 • 氨态氮在亚硝化菌作用下氧化成为亚硝酸盐： • 亚硝酸氮在硝酸菌的作用下，进一步转化为硝酸氮： • 硝化反应的总反应式： 根据硝化反应总方程式得出： a. 1mol原子氮（N）氧化成硝酸氮，需2rnol分子氧（O2），即1g氮完成硝 化反应，需氧4.57g，这个需氧量称为“硝化需氧量”（NOD）。 b. 1g氨态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）7.1g。

  10. 硝化反应的影响因素

  11. 1.4反硝化反应 • 反硝化反应 • 反硝化反应是指硝酸氮（NO3-N）和亚硝酸氮（NO2-N）在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程。 • 反硝化菌 • 反硝化菌是异养兼性厌氧菌，只有在无分子氧而同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，它们才能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。 • 当反应器内溶解氧浓度较高时，反硝化菌将利用氧进行呼吸，抑制了其体内硝酸盐还原酶的合成，或者氧成为电子受体，阻碍硝酸氮的还原。 • 反硝化菌体内的某些酶系统组分只有在有氧条件下才能合成； • 反硝化菌以在厌氧、好级交替的环境中生活为宜，溶解氧应控制在0.5mg/L以下。 • 反硝化反应途径 • 硝酸氮通过反硝化菌的代谢活动，可能有两种转化途径： • 同化反硝化（合成），最终形成有机氮化合物，成为菌体的组成部分； • 异化反硝化（分解），最终产物是气态氮。

  12. 影响反硝化反应的环境因素

  13. 小结：生物脱氮反应过程各项生化反应特征

  14. 2 生物脱氮工艺流程 2.1传统活性污泥法脱氮工艺（三级活性污泥法流程） 优点？缺点？

  15. 工艺流程说明： • 第一级曝气池 一般的二级处理曝气池，其主要功能是去除BOD、COD，使有机氮转化，形成NH3、NH4，即完成氨化过程。经过沉淀后，废水进入硝化曝气池，进入硝化曝气池的废水，BOD5值已降至15～20mg/L较低的程度。 • 第二级硝化曝气池 在这里进行硝化反应，使NH3及NH4氧化为NO3-N。如前述，硝化反应要消耗碱度，因此，需要投碱，以防pH值下降。 • 第三级反硝化反应器 这里在缺氧条件下，NO3-N还原为气态N2，并逸往大气，在这一级应采取厌氧一缺氧交替的运行方式。碳源，既可投加CH3OH（甲醇）作为外投碳源，亦可引入原废水充作碳源。 优点：有机物降解菌、硝化菌、反硝化菌，分别在各自反应器内生长增殖，环境条件适宜，而且各自回流在沉淀池分离的污泥，反应速度快而且比较彻底。 缺点：处理设奋多，造价高，管理不够方便。

  16. 两级生物脱氮系统

  17. 2.2缺氧-好氧活性污泥脱氮系统 a.分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统

  18. b.合建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统

  19. 工作原理 • 硝化反应器内的已进行充分反应的硝化液的一部分回流反硝化反应器； • 反硝化反应器内的脱氮菌以原废水中的有机底物作为碳源，以回流液中硝酸盐的氧作为受电体，进行呼吸和生命活动，将硝态氮还原为气态氮（N2），不需外加碳源（如甲醇）。 • 反硝化反应所产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右。因此，对含氮浓度不高的废水（如生活污水、城市污水）可不必另行投碱以调节PH值。 • 本系统硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机污染物得以进一步去除，提高了处理水水质，而且勿需增建后曝气池。

  20. 优点 • 由于流程比较简单，装置少，勿需外加碳源，因此，本工艺建设费用和运行费用均较低。 • 缺点 • 该流程的处理水是来自硝化反应器，因此，在处理水中含有一定浓度的硝酸盐，如果沉淀池运行不当，在沉淀池内也会发生反硝化反应，使污泥上浮，使处理水水质恶化。 • 为提高脱氮率，必须加大内循环比RN，这样作势必使运行费用增高； • 内循环液来自曝气池（硝化池），含有一定的溶解氧，使反硝化段难于保持理想的缺氧状态，影响反硝化进程，一般脱氮率很难达到90％。

  21. 3.生物脱氮工艺设计参数

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