第十六章生物脱氮除磷.ppt

第十六章 生物脱氮除磷 氮和磷的排放会加速导致水体的富营养化，其次是氨氮的好氧特性会使水体的溶解氧降低，此外，某些含氮化合物对人和其他生物有毒害作用。因此，国内外对氮磷的排放标准越来越严格。本章阐述生物脱氮除磷技术。生物脱氮除磷技术是近20年发展起来的，一般来说比化学法和物理化学法去除氮磷经济，尤其是能有效地利用常规的二级生物处理工艺流程进行改造达到生物脱氮除磷的目的，是日前应用广泛和最有前途的氮磷处理方法。 第一节 生物脱氮原理及影响因素 一、生物脱氮原理 污水中氨主要以有机氮和氨氮形式存在。在生物处理过程中，有机氮很容易通过微生物的分解和水解转化成氨氮，即氨化作用。传统的硝化—反硝化生物脱氮的基本原理就在于通过硝化反应先将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮、亚硝态氮还原成气态氮从水中逸出，从而达到脱氮的目的。 氮在水中的存在形态与分类 氨化与硝化反应过程 硝化反应的条件 （1）好氧状态：DO≥2mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧4.57g，即硝化需氧量。 （2）消耗废水中的碱度：1gNH3-N完全硝化需碱度7.1g（以CaCO3计），废水中应有足够碱度，以维持pH值不变。 （3）污泥龄θC≥（10-15）d。 （4）BOD5≤20mg/L。 反硝化-1 反硝化包括异化反消化和同化反消化，以异化反消化为主,反硝化菌在DO浓度很低的环境中，利用硝酸盐中的氧作为电子受体，有机物作为碳源及电子供体而得到降解。当利用的碳源为甲醇时： NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7CO2+0.47N2↑+1.68H2O + HCO3- NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7CO2+0.48N2↑+1.23H2O+HCO3- 反硝化反应可使有机物得到分解氧化，实际是利用了硝酸盐中的氧，每还原1gNO3--N所利用的氧量约2.6g。 反硝化-2 当缺乏有机物时，则无机物如氢、Na2S等也可作为反硝化反应的电子供体 （1）反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌，在缺氧条件下，进行厌氧呼吸，以NO3-—O为电子受体，以有机物的氢为电子供体。 （2）反硝化过程中，硝酸态氮有二种转化途径—同化反硝化（合成细胞）和异化反硝化（还原为N2↑），但以异化反硝化为主。 （3）反硝化反应的条件 反硝化反应的条件 DO0.5mg/L，一般为0.2～0.3mg/L（处于缺氧状态），如果DO较高，反硝化菌利用氧进行呼吸，氧成为电子受体，阻碍NO3--O成为电子受体而使N难还原成N2↑。但是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。反硝硝化菌以在缺氧-好氧交替的环境中生活为宜。 BOD5/TN≥3～5，否则需另投加碳源，现多采用CH3OH，其分解产物为CO2+H2O，不留任何难降解的中间产物，且反硝化速率高。 目前反硝化投加有机碳源一般利用原污水中的有机物。 还原1g硝态氮能产生3.57g碱度，而在硝化反应中，1gNH3-N氧化为NO3--N要消耗7.14g碱度，在缺氧-好氧中，反硝化产生的碱度可补偿硝化消耗碱度的一半左右。 内源反硝化 微生物还可通过消耗自身的原生质进行所谓的内源反硝化 C5H7NO2+4NO3-→5CO2+NH3+2H2↑+4OH- 内源反硝化的结果是细胞物质减少，并会有NH3的生成。 废水处理中不希望此种反应占主导地位，而应提供必要的碳源。 硝化、反硝化反应中氮的转化 表1 硝化过程中氮的转化 表2 反硝化反应中氮的转化 脱氮新理念 （1）短程硝化-反硝化 由传统硝化-反硝化原理可知，硝化过程是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应，应该可以分开；而对于反硝化菌，亚硝酸根或硝酸根均可以作为最终受氢体。该方法就是将硝化过程控制在亚硝化阶段而终止，随后进行反硝化，在反硝化过程将亚硝酸根作为最终受氢体，故称为短程(或简捷)硝化-硝化。 控制硝化反应停止在亚硝化阶段是实现短程硝化-反硝化生物脱氮技术的关键，其主要影响因素有温度、污泥龄、溶解氧、pH值和游离氨等。控制较高温度、较低溶解氧和较高pH值和极短的污泥龄条件等，可以抑制硝酸菌生成，使亚硝酸菌占绝对优势，从而使硝化过程控制在亚硝化阶段。 （2）厌氧氨氧化 厌氧氨氧化是荷兰Delft大学1990年提出的一种新型脱氮工艺。基本原理是在厌氧条件下以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮氧化氮气，或者说利用氨作为电子供体．将亚硝酸盐或硝酸盐还原成氮气。参与厌氧氨氧化的细菌是自养菌。厌氧氨氧化过程无需有机碳源在。 （3）亚硝酸型完全自养脱氮 基本原理