脫氮除磷活性污泥法工藝ppt課件

12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝二 生物除磷工藝三 生物脫氮 除磷工藝 1 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝污水中氮的存在形式 有機氮和氨氮 少量或沒有亞硝酸鹽和硝酸鹽氮傳統(tǒng)廢水生物處理主要去除廢水中溶解狀態(tài)的有機污染物 對氨 磷等營養(yǎng)物質 只能去除細菌細胞生理需要攝取的部分 氮的去除率為10 20 磷的去除率僅為5 20 2 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝城市污水 煉油污水中 氮是過剩的 自然界中存在氮循環(huán)的自然現象 3 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝1 生物脫氮原理生物處理過程中 有機氮通過微生物的分解和水解轉化成氨氮 即氨化作用 通過硝化反應將氨氮轉化為亞硝態(tài)氮 硝態(tài)氮 再通過反硝化反應將硝態(tài)氮 亞硝態(tài)氮還原成氣態(tài)氮逸出 達到脫氮目的 4 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝1 生物脫氮原理 1 氨化反應氨化反應 無論好氧還是厭氧條件下 中性 堿性還是酸性環(huán)境中都能進行 只是作用的微生物不同 作用的強弱不同 活性污泥和生物膜系統(tǒng)內能夠比較完全地完成氨化反應 5 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝1 生物脫氮原理 2 硝化過程 6 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝1 生物脫氮原理 2 硝化過程硝化反應的條件從CO2獲取C源 從無機物的氧化中獲取能量 溶解氧及pH 好氧條件 并保持一定的堿度氧是硝化反應的電子受體 溶解氧的高低 影響硝化反應的進程 硝化反應曝氣池內 溶解氧含量不得低于1mg L pH值的影響 硝化反應過程中 釋放H 離子 pH下降 硝化菌對pH十分敏感 為保持適宜pH值 應保持足夠的堿度 以調節(jié)pH值的變化 1g氨態(tài)氮 以N計 完全硝化 需堿度 以CaCO3計 7 1g 適宜的pH值為8 0 8 4 7 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝1 生物脫氮原理 2 硝化過程硝化反應的條件 營養(yǎng)物質 有機物含量不應過高 BOD5應在15 20mg L以下 硝化菌是自養(yǎng)型菌 有機基質濃度不是它的增殖限制因素 BOD5值過高 將使增殖速度較高的異養(yǎng)型細菌迅速增殖 從而使硝化菌不能成為優(yōu)勢種屬 溫度 硝化反應的適宜溫度是20 30 15 以下時 硝化反應速度下降 5 時完全停止 8 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝1 生物脫氮原理 2 硝化過程硝化反應的條件 活性污泥 硝化菌在反應器內的停留時間 污泥齡 c 必須大于其最小的世代時間 否則會使微生物流失殆盡 一般對 c的取值應為硝化菌最小世代時間的2倍以上 即安全系數應大于2 硝化菌的最小世代時間在適宜溫度條件下為3d 因此 c值為6d 最高可以到10d c值與溫度密切相關 溫度低 c取值應相應明顯提高 9 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 硝化反應的條件 有毒物質 除重金屬外 對硝化反應產生抑制作用的物質還有 高濃度的NH4 N 高濃度的NOX N 高濃度的有機基質以及絡合陽離子等 10 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝1 生物脫氮原理 反硝化過程 11 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝1 生物脫氮原理 3 反硝化過程影響因素缺氧條件下 以NO3 N中的氧為電子受體 有機碳為電子供體 碳源能為反硝化菌所利用的碳源較多 從廢水生物脫氮考慮有兩類i 原廢水中所含碳源 原廢水滿足下列條件可認為碳源充足 ii 外加碳源 多采用甲醇 CH3OH 甲醇被分解后產物為CO2 H2O 不留任何難降解的中間產物 12 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝1 生物脫氮原理 3 反硝化過程影響因素 對反硝化反應最適宜的pH值是6 5 7 5pH值高于8低于6 反硝化速率將大為下降 溶解氧應控制在0 5mg L以下反硝化菌屬異養(yǎng)兼性菌 在無分子氧同時存在硝酸和亞硝酸離子時 它們能夠利用這些離子中的氧進行呼吸 使硝酸鹽還原 另一方面 反硝化菌體內的某些酶系統(tǒng)組分 只有在有氧條件下 才能夠合成 這樣 反硝化反應宜于在厭氧 好氧條件交替的條件下進行 13 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝1 生物脫氮原理 反硝化過程影響因素 反硝化反應的最適宜溫度是20 40 低于15 反硝化反應速率降低 在冬季低溫季節(jié) 可采用如下措施 提高生物固體平均停留時間 降低負荷 提高廢水的水力停留時間 14 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 氨化 使有機氮轉化為NH3 NH4 去除BOD COD BOD5值可降至15 20mg l左右 硝化曝氣池 氨態(tài)氮氧化為NO 3 N 投堿以防止pH值下降 反硝化反應器 采取厭氧 缺氧交替運行方式 作為碳源 可投加CH3OH 甲醇 或引入原廢水 一 生物脫氮工藝2 生物脫氮工藝 1 三段生物脫氮工藝 巴茨 Barth 開創(chuàng) 15 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝2 生物脫氮工藝 1 三段生物脫氮工藝優(yōu)缺點 優(yōu)點 氨化 硝化 反硝化分段獨立 氨化 硝化 反硝化反應分別在各自的反應器內進行 各有其沉淀池及污泥回流系統(tǒng) 分別控制適宜條件 處理效率高 反應進行速度快且徹底 缺點 處理設備多 造價高 管理麻煩 反硝化段在氨化及硝化后 主要靠內源呼吸碳源進行反硝化 效率低 必須在反硝化段投加碳源保證高效穩(wěn)定的反硝化反應 16 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝2 生物脫氮工藝 1 二段生物脫氮工藝BOD去除和硝化反應過程放在一起 各段設沉淀及污泥回流系統(tǒng) 除碳和硝化在一個池子進行 設計的污泥負荷要低 HRT及SRT要長 否則 硝化作用降低 反硝化仍需外加碳源 17 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 兩級生物脫氮工藝 BOD去除和硝化兩個反應過程放在一起 18 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝2 生物脫氮工藝 2 前置缺氧 好氧生物脫氮工藝 80年代初期開創(chuàng) 目前采用廣泛采用 19 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 反硝化反應器在前 BOD去除 硝化二項反應的綜合反應器在后 反硝化以原廢水中的有機物為碳源 無需外加碳源 硝化反應器內的含有大量硝酸鹽的硝化液回流反硝化反應器 進行反硝化脫氮反應 硝化曝氣池在后 使反硝化殘留的有機污染物得以進一步去除 勿需增建后曝氣池 本系統(tǒng)流程簡單 勿需外加碳源 建設費用與運行費用均較低 特征 教材p149 20 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 欲提高脫氮率 必須加大內循環(huán)比 RN 導致 一是運行費用增高 二是內循環(huán)液帶入大量的溶解氧 影響反硝化進程 本系統(tǒng)的脫氮率一般在85 以下 缺點 21 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝2 生物脫氮工藝 2 前置缺氧 好氧生物脫氮工藝 影響運行的因素與主要參數i 水力停留時間 HRT HRT是影響處理效果和反應器規(guī)模 尺寸的重要參數 經驗 脫氮效果與反應時間呈線性關系 在硝化與反硝化反應中 硝化反應需時長 對城市廢水脫氮系統(tǒng) 硝化與反硝化之比大體為2 1 具體時間則為4 8h 2 4h 一般硝化與反硝化時間之比介于2 1 5 1之間 22 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝2 生物脫氮工藝 2 前置缺氧 好氧生物脫氮工藝 影響運行的因素與主要參數ii 回流比 R 內循環(huán)回流比取值與要求達到的脫氮效果及反應器類型有關 活性污泥法 取值不低于200 最佳回流比應當通過試驗確定或對運行數據加以歸納分析確定 23 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝2 生物脫氮工藝 2 前置缺氧 好氧生物脫氮工藝 影響運行的因素與主要參數iii 生物固體平均停留時間 污泥齡 c c應取值較大 以保證在反應器內保持一定濃度的硝化菌 經證實 此值應在30d以上 24 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝2 生物脫氮工藝 2 前置缺氧 好氧生物脫氮工藝 影響運行的因素與主要參數iv 混合液懸浮固體濃度 MLSS MLSS一般應高于3000mg L 當MLSS值低于3000mg L時 反應速度將迅速下降 試驗證實 當MLSS值高于3000mg L時 溫度對反應速度的影響很大 MLSS值低時 其影響較小 25 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝2 生物脫氮工藝 2 前置缺氧 好氧生物脫氮工藝 影響運行的因素與主要參數v 負荷率氮負荷率也是影響本工藝脫氮效果的重要參數 負荷高會使其轉化率不完全 影響脫氮效果對硝化反應NH3 N負荷率 350g m3 d 去除率可在90 以上 達到350g m3 d 時 去除率開始下降 達到430g m3 d 以上時 去除率 即硝化率 將急劇下降 26 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 一 生物脫氮工藝2 生物脫氮工藝 3 后置缺氧 好氧生物脫氮工藝可以補充外來碳源 也可以利用活性污泥的內源呼吸提供電子供體還原硝 酸鹽 反硝化速率僅是前置缺氧反硝化速率的1 3 1 8 需較長停留時間 27 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 二 生物除磷工藝1 概述來源 人體排泄物以及合成洗滌劑 牲畜飼養(yǎng)場及含磷工業(yè)廢水危害 促進藻類等浮游生物的繁殖 破壞水體耗氧和復氧平衡 水質惡化 危害水資源 包括 有機磷 磷酸甘油酸 磷肌酸 和無機磷 磷酸鹽 聚合磷酸鹽 去除方法 常規(guī)活性污泥法的微生物同化和吸附 生物強化除磷 投加化學藥劑除磷 28 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 二 生物除磷工藝1 概述常規(guī)活性污泥法剩余污泥中磷含量約占微生物干重的1 5 2 0 同化作用可除磷12 20 生物強化除磷工藝可以使系統(tǒng)排除的剩余活性污泥中磷含量占干重的5 6 如還不能滿足排放標準 必須借助化學法除磷 29 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 二 生物除磷工藝2 生物除磷原理利用好氧微生物中聚磷菌在好氧條件下對污水中溶解性磷酸鹽過量吸收作用 然后沉淀分離而除磷 厭氧環(huán)境 污水中有機物在厭氧發(fā)酵產酸菌作用下轉化為乙酸苷 而活性污泥中的聚磷菌在厭氧的不利狀態(tài)下 將體內積聚的聚磷分解 產生的能量一部分供聚磷菌生存 一部分供聚磷菌主動吸收乙酸苷轉化為PHB 聚羥基丁酸 的形態(tài)貯存于體內 聚磷分解形成的無機磷釋放回污水中 厭氧釋磷 30 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 好氧環(huán)境 進入好氧狀態(tài)后 聚磷菌將貯存于體內的PHB進行好氧分解并釋放出大量能量供聚磷菌增殖等生理活動 部分供其主動吸收污水中的磷酸鹽 以聚磷的形式積聚于體內 好氧吸磷 剩余污泥中包含過量吸收磷的聚磷菌 也就是從污水中去除的含磷物質 普通活性污泥法通過同化作用可去除磷12 20 而具有生物除磷功能的處理系統(tǒng)排放的剩余污泥中磷量可以占干重的5 6 去除率基本可滿足排放要求 31 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 32 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 好氧條件下聚磷菌攝取磷酸鹽 厭氧條件下釋放磷酸鹽生物除磷技術就是利用聚磷菌這一功能而開創(chuàng) 33 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 二 生物除磷工藝3 生物除磷過程的影響因素 1 溶解氧在聚磷菌放磷的厭氧反應器內 應保持絕對厭氧條件 NO3 一類的化合態(tài)氧也不允許存在 但在聚磷菌吸氧的好氧反應器內卻應保持充足的氧 2 污泥齡生物除磷主要是通過排除剩余污泥而去除磷的 因此剩余活泥多少將對脫磷效果產生影響 一般污泥齡短的系統(tǒng)產生的剩余污泥量較多 可以取得較高的除磷效果 有報導稱 當污泥齡為30d時 除磷率為40 污泥齡為17d時 除磷率為50 而當污泥齡降至5d時 除磷率高達87 34 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 二 生物除磷工藝3 生物除磷過程的影響因素 3 溫度與PH值在5 30 范圍內 都可取得較好的除磷效果 此范圍內溫度越高釋磷速度越快 溫度低時應適當延長厭氧區(qū)停留時間 除磷過程適宜的pH值為6 8 否則 需調節(jié) 35 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 二 生物除磷工藝3 生物除磷過程的影響因素 4 BOD5負荷一般認為 較高的BOD5負荷可取得較好的除磷效果 進行生物除磷的低限是BOD TP 20 判定條件 有機基質不同對除磷也有影響 一般低分子易降解的有機物誘導磷釋放的能力較強 高分子難降解的有機物誘導磷釋放的能力較弱 磷的釋放充分 磷的攝取量亦大 36 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 二 生物除磷工藝3 生物除磷過程的影響因素 5 硝酸氮和亞硝酸氨硝酸氮和亞硝酸氮的存在會抑制細菌對磷的釋放 從而影響在好氧條件下對磷的吸收 據報導 NO3 N濃度應小于2mg L 但當COD TN 10時 NO3 N對生物除磷的影響就減弱了 37 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 二 生物除磷工藝4 生物除磷工藝 1 厭氧 好氧除磷工藝 Ap O法 38 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 二 生物除磷工藝4 生物除磷工藝 1 厭氧 好氧除磷工藝 Ap O法 反應器內停留時間短 一般3h 6h 曝氣池內污泥濃度一般在2700 3000mg L之間 BOD去除率與一般的活性污泥法相同 磷的去除率較好 處理出水一般含磷低于1 0mg L 去除率大致76 左右 沉淀污泥含磷4 左右 污泥肥效好 混合液SVI 100 易沉淀 不膨脹 好氧池中溶解氧維持在2mg L以上 pH控制在7 8 不足 除磷效率難以進一步提高 39 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 二 生物除磷工藝4 生物除磷工藝 2 弗斯特利普除磷工藝 Phostrip 72年開創(chuàng) 生物除磷和化學除磷相結合 除磷效果好 曝氣池 含磷污水進入 還有由除磷池回流的已經釋放磷但含有聚磷菌的污泥 使聚磷菌過量攝取磷 去除有機物 BOD和COD 可能還有一定的硝化作用 沉淀池 I 泥水分離 含磷污泥沉淀 已除磷的上清液作為處理水排放 除磷池 保持厭氧狀態(tài) DO 0 NOX 0 含磷污泥釋放磷 并投加沖洗水 使磷充分釋放 已釋放磷的污泥回流曝氣池 再次用于吸收污水中的磷 上清液進入混合池 混合池 投加石灰乳 混合后進入攪拌反應池 磷與石灰反應形成固體磷酸鈣 化學法除磷 沉淀池 II 混凝沉淀 磷酸鈣沉淀分離 除磷上清液回流曝氣池 含有大量磷酸鈣的污泥排出 適宜作肥料 40 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 Phostrip工藝特征 1 生物除磷和化學除磷結合 效果良好 出水含磷低于1mg L 2 污泥回流經過除磷池 污泥中含磷較高約2 1 7 1 3 石灰用量21 31 8mgCa OH 2 m3污水 比較低 4 SVI 100 污泥易沉淀 濃縮 脫水 肥分高 污泥不膨脹 5 可以根據BOD P的比值來靈活調節(jié)回流污泥與混凝污泥量比例 6 流程復雜 運行管理麻煩 投加石灰乳運行費用有所提高 建設費用也高 7 沉淀池 I 底部可能形成缺氧狀態(tài) 產生釋放磷的現象 應及時排泥或回流 41 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 三 生物脫氮 除磷工藝1 1A2 O工藝 anaerobic anoxic oxic 厭氧反應器中釋放磷 同時轉化易降解COD VFA為PHB 部分含氮有機物進行氨化 進入本單元的除原廢水外 還有從沉淀池排出的污泥 缺氧反應器中脫氮 硝態(tài)氮由好氧反應器送來 內循環(huán)量為2Q 4Q Q為原廢水流量 部分有機物在反硝化菌作用下利用硝酸鹽作為電子受體而得的降解去除 好氧反應器去除BOD 硝化和吸收磷 進入該反應器的COD基本接近達標 其中的硝態(tài)氮回流至缺氧反應區(qū) 污泥中過量吸收的磷通過剩余污泥排除 沉淀池的功能為泥水分離 上清液作為處理水排放 部分污泥回流厭氧反應器 在那里釋放磷 42 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 優(yōu)點 比較簡單的同步脫氮除磷工藝 總水力停留時間少于其他同類工藝 厭氧 缺氧 好氧交替運行 不宜絲狀菌增殖繁衍 無污泥膨脹之慮 厭氧和缺氧段只進行緩速攪拌 以不提高溶解氧含量為度 運行費用低 出水磷濃度基本可達1mg L以下 氨氮也可達8mg L以下 43 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 缺點 沉淀池要保持一定濃度的溶解氧 防止產生厭氧硝化和釋磷 但溶解氧含量也不宜過高 以防止循環(huán)液對缺氧反應器的干擾 回流污泥中存在的硝酸鹽對釋磷也有一定的影響 系統(tǒng)所排放的污泥中僅一部分經歷了完整的厭氧和好氧過程 影響了對磷的充分吸收 系統(tǒng)污泥齡因兼顧硝化菌的生長而不能太短 導致除磷效率難以進一步提高 內循環(huán)流量以2 Q為限 不宜再高 脫氮效果難提高 44 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 三 生物脫氮 除磷工藝1 2改進型A2 O工藝 同濟大學研發(fā) 45 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 三 生物脫氮 除磷工藝1 2改進型A2 O工藝 同濟大學研發(fā) 特點 采用短時初沉池 使進水中細小有機懸浮固體有相當一部分進入生物反應器 滿足反硝化菌和聚磷菌對碳源的需要 并使生物反應器中的污泥能達到較高的濃度 整個系統(tǒng)中的活性污泥斗完整地經歷過厭氧和好氧過程 因此排放的剩余污泥都充分地吸收磷 避免了回流污泥中的硝酸鹽對厭氧釋磷的影響 由于反應器中污泥濃度高 促進了好氧反應器中的同步硝化 反硝化 因而可以用較少的總回流量達到較好總氮去除效率 46 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 三 生物脫氮 除磷工藝2 1巴登福 Bardenpho 同步脫氮除磷工藝 厭氧反應器反硝化脫氮 其次是污泥釋放磷 硝態(tài)氮通過內循環(huán)來自第一好氧反應器 污泥則是沉淀池回流的 去除BOD 硝化 由于BOD濃度還較高 因此 硝化程度較低 吸收磷 由于NOX未能有效的去除 因此 磷吸收效果不高 第二厭氧反應器的功能同第一厭氧反應器 仍以脫氮為主 泥水分離 上清液作為處理水排放 含磷污泥的一部分作為回流污泥回流到第一厭氧反應器 另一部分則作為剩余污泥排出系統(tǒng) 第二好氧反應器的首要功能是吸收磷 第二功能是進一步硝化 第三項功能則是去除BOD 47 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 三 生物脫氮 除磷工藝2 巴登福 Bardenpho 同步脫氮除磷工藝該工藝脫氮效果 第一缺氧段利用原水中有機物作為碳源和第一好氧池中回流的含有硝態(tài)氮的混合液進行反硝化 經第一階段后 脫氮已大部分完成 為進一步提高脫氮效率 廢水進入第二反硝化池 利用內源呼吸碳源進行反硝化 最后的曝氣池用于凈化殘留的有機物 吹脫污水中的氮氣 提高污泥的沉降性 防止在二沉池發(fā)生上浮 48 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 三 生物脫氮 除磷工藝2 巴登福 Bardenpho 同步脫氮除磷工藝優(yōu)點 各項反應都反復進行二次以上 各反應單元都有其首要功能 并兼行二 三項功能 脫氮 除磷效果良好 缺點 工藝復雜 反應器單元多 運行繁瑣 成本高 49 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 三 生物脫氮 除磷工藝2 2改良巴登福 Bardenpho 同步脫氮除磷工藝 50 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 三 生物脫氮 除磷工藝2 2改良巴登福 Bardenpho 同步脫氮除磷工藝由厭氧 缺氧 好氧 缺氧 好氧五段組成 第二缺氧段利用好氧段產生的硝酸鹽作為電子受體 利用剩余碳源或內碳源作為電子供體進一步提高反硝化效果 最后好氧段主要用于剩余氮氣的吹脫 由于系統(tǒng)脫氮效果好 通過回流污泥進入厭氧池的硝酸鹽較少 對污泥的釋磷影響較小 從而使整個系統(tǒng)達到較好的脫氮除磷效果 51 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 三 生物脫氮 除磷工藝3 SBR工藝SBR通過時間上的控制 具有較好的脫氮除磷功能進水后進行一定時間的缺氧攪拌 好氧菌利用進水中攜帶的有機物和溶解氧進行好氧分解 水中的溶解氧將迅速降低至零 厭氧菌進行厭氧發(fā)酵 反硝化菌進行脫氮然后進入厭氧狀態(tài) 聚磷菌釋放磷 接著進行曝氣 消化菌進行硝化反應 聚磷菌進行吸磷 反應一段時間后 停止曝氣 靜置沉淀 出水 缺點是間歇運行 52 12 6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設計 三 生物脫氮 除磷工藝3 SBR工藝工藝流程圖 53