第二章-污水脱氮、除磷新工艺.ppt

第二章 污水脱氮、除磷新工艺 2.1.1 硝化-反硝化工艺的基本过程及影响因素 未经处理的原生污水中，含氮化合物存在形式主要有：①有机氮；②氨态氮 含氮化合物在微生物的作用下，相继发生以下反应： ⑴氨化反应 在氨化菌的作用下，分解、转化成氨态氮，这一过程称之为“氨化反应”。 ⑵硝化反应 在硝化菌的作用下，氨态氮进一步分解氧化，先后分两个阶段进行，首先在亚硝化菌的作用下，使氨转化为亚硝酸盐；然后，亚硝酸氮在硝化菌的作用，溶解氧充足的条件下，进一步转化为硝酸氮。 影响因素：1）混合液中有机底物含量不应过高；2）溶解氧；3）温度；4）pH；5）污泥龄；6）重金属及有害物质。 （3）反硝化反应 反硝化反应是指硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮的过程。包括两个过程，同化反硝化和异化反硝化。 影响因素有：1）碳源；2）pH；3）溶解氧；4）温度 2.1.2 硝化-反硝化新工艺 关于生物脱氮的工艺很多，焦点主要集中在开发一些能耗和化学药剂用量低、紧凑而高效、基建及运行费用低和脱氮效率高的工艺上。目前，有两种方法可以实现这一要求。 一是氮化合物通过亚硝酸盐路径去除，这也是所谓的短程硝化-反硝化。将氨氮氧化为亚硝酸盐为止，通过选择抑制性物质或限制硝酸盐菌的活性，使亚硝酸盐有一定的积累，然后对其进行反硝化。 此时需氧量和所需电子供体量将分别减少25%和40%。对亚硝酸盐进行反硝化，其硝化速率要比对硝酸盐进行反硝化速率快1.5～2倍。 其二，最近的研究发现，在供氧受限或缺少有机碳源的厌氧条件下发生同步硝化反硝化，这一现象已经在纯培养硝化基质、厌氧污泥混合基质以及生物膜系统中发现，这时氨和亚硝酸盐分别充当电子供体和电子受体，致使曝气能耗和有机碳源需求量大大减少。 根据短程硝化-反硝化的原理，1997年荷兰戴尔夫特理工大学Helling等开发了一种新型工艺------SHARON（single reactor high activity ammonia removal over nitrite） 在SHARON工艺中：根据在较高温度下硝化菌的增长速率明显地小于亚硝化菌的增长速率，利用亚硝化菌增殖快的特点，使硝化菌在竞争中失败。此外，温度高有利于提高细菌的比增长速率，这便在反应器中能够波保持足够的亚硝化细菌浓度，而无需污泥停留。在SHARON工艺中无污泥停留，意味着污泥龄完全等于水力停留时间。 因此，反应器的污泥排出率能控制在某一特定值，使亚硝化菌快速增长并停留在反应器中，而让增殖慢的硝化菌排出系统 SHARON工艺具有如下一些特点： 1）开发了经亚硝酸盐路线进行生物脱氮处理高浓度废水的工艺。 2）因温度（30～40℃），反应器内微生物增殖速率快，好氧停留时间短。 3）微生物活性高，出水浓度为每升几十毫克，近、出水浓度无相关性，进水浓度高，去除率也高。 4）因高温下硝酸菌较亚硝酸菌增长慢，亚硝酸盐氧化受阻。系统无生物体（污泥）停留（SRT=HRT），所以只需要简单地限制SRT就能实现氨氧化而亚硝酸盐不氧化。 5）因进水浓度高，有大量的热量产生 6）因工艺无污泥停留，排出水中悬浮固体不影响工艺运行 7）只需单个反应器，使处理系统简化。 厌氧氨氧化（anaerobic ammonium oxedation,ANAMMOX)，指的是在厌氧条件下氨氮以亚硝酸氮作为电子受体直接被氧化成氮气的过程。反应式如下： ANAMMOX菌的基本生理生化特征 由于ANAMMOX菌生长缓慢，且只有在高浓度时才显示出活性，用传统的微生物培养方法,至今还没有培养到ANAMMOX菌纯培物。用现代分子生物学技术，无需纯培养，已经鉴定出5个ANAMMOX菌种，它们是它们均属于浮霉状菌目(Planctomycetales)。 传统微生物培养方法了解到的只是ANAMMOX菌混培物的一些基本生理生化特征。ANAMMOX富集培养物优势种是一类不发光的椭球形细茵，电镜下具有不规则形状，井显示出古细茵的一些特征。ANAMMOX菌是革兰阴性菌。是专性厌氧菌，微生物颜色为红色。 ANAMMOX菌具有较强的适应性。温度在20、43℃之间，pH值在6.7－8.3之间时，厌氧氨氧化污泥均表现出一定的活性．在最适条件下，最大比氨氧化速率可达55 nmol· min-1·（mg protein）-1。 Strous等对最早发现的厌氧氨氧化菌Candidatus“Brocadia anammoxidans”的生理进行了深入的研究。这种菌是一种化能无机自养菌，实验室条件下。倍增时间为11d，生物产率为0.13 g干重·（g NH4+）-1，对基质 NH4+和 NO2-有很强的亲和性。厌氧氨氧化菌属光敏性微生物，光能抑制其活性。降低30%－ 50%的氨去除率。Jetten等的研究表明，氧气