废水脱氮除磷ppt课件

1、环 境 生 物 技 术第八章 废水的脱氮除磷第一节 水体富营养化的概念、危害及控制方法第二节 氮素循环第三节 微生物脱氮原理及工艺第四节 微生物除磷原理及工艺第一节 水体富营养化的概念、危害及控制方法1.水体富营养化富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染景象。普通地，水中总磷到达0.02mg/L，无机氮到达0.3mg/L的水体已处于富营养化。氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，呵斥水体富营养化，引起藻类及其它浮游生物迅速繁衍，水体溶氧量下降，鱼类及其它生物大量死亡。大量死亡的水生生物堆积到湖底，被微生物分解，耗费大量的溶解氧，使水体溶解氧含量急剧降低，水质恶

2、化，以致影响到鱼类的生存，大大加速了水体的富营养化过程。水体出现富营养化景象时，由于浮游生物大量繁衍，往往使水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等，这种景象在江河湖泊中叫水华。2.富营养化的危害-水华太湖美景四八云端岛峰连七二葱湖平天宇阔山翠黛烟朦2007年5月底至6月初， 江苏无锡发生了震惊中外的太湖蓝藻污染饮用水源事件，无锡市70%的自来水被污染，200万人的生活用水遭到了影响，呵斥了严重的社会影响。主要是由于水源地附近蓝藻大量堆积，厌氧分解过程中产生了大量的NH3、硫醇、硫醚以及硫化氢等异味物质。蓝藻是藻类生物，又叫蓝绿藻；大多数蓝藻的细胞壁外面有胶质衣，因此又叫枯藻。在一切藻类生物中，蓝藻

3、是最简单、最原始的一种。 3.富营养化的危害-赤潮水体出现富营养化景象时，由于浮游生物大量繁衍，往往使水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等，这种景象在海洋中叫赤潮。4.水体富营养化的控制水体富营养化的防治是水环境维护中的重要问题，遭到国内外的注重，水体富营养化主要防治的方法有：1控制N、P的排放；2对废水作深度处置；3打捞藻类，人工曝气；4疏浚底泥；5引水不含营养物稀释；6运用化学药剂或引入病毒杀死藻类等。第二节 氮素循环一、氮的存在方式及其来源 氮以有机氮和无机氮两种形状存在于水体中。 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、家畜粪便等、 工业废水食品

4、加工、印染、制革、食品加工等 1.氮素循环与生物脱氮原理2. 无机氮 氨氮、亚硝态氮和硝态氮、氮气。来源：有机氮的微生物分解 农田排水 工业废水炼焦、化肥2.氮污染的危害废水中，氮素以有机氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮四种方式存在。加速水体的“富营养化过程；氨氮耗费水体中的溶解氧；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；氨氮和亚硝氮对养殖动物有毒性作用。3.氮素循环缺氧缺氧一些根本概念氨化作用硝化作用反硝化作用厌氧氨氧化好氧反硝化短程硝化反硝化同步硝化反硝化 污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等方式存在的，此外也含有少数的

5、氨态氮如NH3及NH4+等。 微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作用，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，其中分解才干强并释放出氨的微生物称为氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮，以氨基酸为例：水解细菌分解3.1 氨化反响 总反响式为： 硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。3.2 硝化反响氨氧化菌亚硝化细菌变形菌门纲 (Proteobacteria)亚硝化单胞菌群(Nitrosomonas)亚硝化螺菌群(Nitrosospira) 变形菌门-纲亚硝化球菌属(Nitro

6、sococcus) 亚硝酸氧化硝化菌变形菌门纲：硝化杆菌属Nitrobacter纲： Candidatus Nitrotoga纲：硝化球菌属Nitrococcus纲：硝化刺菌属Nitrospina硝化螺菌属Nitrospira 硝化反响的环境条件：1好氧条件，并坚持一定的碱度。2混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在1520mg/L以下。3) 适宜温度是2030，15时速度下降，5时完全停顿。4污泥龄必需大于其最小的世代时间。5重金属、高浓度的NH4+-N和NOx-N对硝化反响有抑制造用。3.3 反硝化过程是指由一群异养微生物，将硝氮和亚硝氮复原转化为气态氮或氮氧化物的过程；反硝化细菌包括：

7、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-的转化是经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- 反硝化过程产生部分碱度，但同时需求有机物，假设污水中没有足够的有机物，普通投加甲醇。反硝化反响的影响要素：1碳源2pH 6.57.53溶解氧 0.5mg/L以下4温度 20403.4 厌氧氨氧化NO2- + NH4+ N2 + 2H2O，在缺氧环境中，将铵离子(NH4+)用亚硝酸根(NO2-)氧化为氮

8、气；厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation, Anammox)是一类细菌，属于浮霉菌门 ，化能自养型；在全球氮循环中具有重要意义，在海洋环境中，约 50% 的氮转化是由于 anammox细菌的厌氧氨氧化作用产生的。3.5 好氧反硝化好氧反硝化菌(aerobic denitrlfier)是利用好氧反硝化酶的作用，在有氧条件下进展反硝化作用的一类反硝化菌。好氧反硝化菌主要存在于假单胞菌属Pseudomonas、产碱杆菌属Alcaligenes、副球菌属Paracoccus和芽孢杆菌属Bacillus等，是一类好氧或兼性好氧、以有机碳作为能源的异养硝化菌。与厌氧反硝化

9、菌的反硝化相比，好氧反硝化菌的反硝化的特征为： 普通好氧反硝化菌的反硝化的主要产物是N2O，而厌氧反硝化菌的反硝化那么主要产生N2以及少量的N2O和NO。能在好氧条件下进展反硝化，使其与硝化可以同时进展。可将铵态氮在好氧条件下直接转化成气态产物。好氧反硝化菌的反硝化中，NO3-、O2均可作为电子最终受体，除去NO3-的同时还耗费了O2。催化好氧反硝化菌的反硝化的硝酸盐复原酶是周质酶而不是膜结合酶。传统生物脱氮过程：NH4+ NO2- NO3- NO2- N2短程消化反硝化过程：NH4+ NO2- N2硝化反响反硝化反响硝化反响反硝化反响3.6短程硝化反硝化第三节 微生物脱氮原理及工艺生物脱氮的

10、工艺流程，根据细菌在系统中存在的形状可分为悬浮污泥系统和膜系统两大类。悬浮污泥系统又可分为去碳、硝化、反硝化结合的单级污泥系统以及去碳、硝化、反硝化相分隔的多级污泥系统。根据脱氮时所用的碳源，还可将其细分为两类：内碳源和外加碳源。(一)悬浮污泥系统悬浮污泥系统可分为以下几种类型：1悬浮多级污泥内碳源系统 2悬浮多级污泥外加碳源系统 3悬浮单级污泥内碳源系统 4悬浮单级污泥外加碳源系统 活性污泥传统脱氮工艺3级活性污泥法流程2级活性污泥脱氮系统 单级活性污泥脱氮系统缺氧好氧活性污泥法脱氮系统Anoxic/ Oxic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响器置放在系统之首，故又

11、称为“前置式反硝化生物脱氮系统。 1反硝化反响器在前，BOD去除、硝化两项反响的综合反响器在后；2反硝化反响以原废水中的有机物为碳源；3硝化液回流；4反硝化反响过程产生的碱度可补偿硝化反响耗费碱度的一半左右； 5流程简单，不需外加碳源。系统的特征：系统的缺乏之处：1沉淀池如运转不当，池内会产生反硝化反响，污泥上浮，处置水水质恶化；2系统的脱氮率较低，普通在85以下。脱氮工艺的影响要素1pH 硝化反响的结果生成强酸HNO3,会使环境的酸性加强，因此硝化反响要耗费碱。假设污水中没有足够的碱度，那么随着硝化的进展，pH会急剧下降。硝化细菌对pH非常敏感，亚硝酸细菌和硝酸细菌分别在7.0-7.8和7.

12、7-8.1时活性最强，pH值在这个范围以外，其活性便急剧下降。 研讨阐明，硝化细菌经过一段时间驯化后，低pH值比忽然降低pH值的影响小得多。经过驯化，硝化反响可在低pH值(如5.5)条件下进展。但忽然降低pH值(如由7.2降到5.8)，会使硝化反响速度骤降。当pH值升高后，硝化反响速度又会很快地恢复。 2温度 温度对硝化反响速度的影响很大,见以下图 (活性污泥硝化系统中 )其缘由在于温度对硝化细菌的增殖速度和活性影响很大。两类硝化细菌的最宜温度为30左右。温度对反硝化速度的影响大小与反硝化设备的类型(微生物悬浮生长型或固着型)、硝酸盐负荷率等要素有关。 3溶解氧 溶解氧浓度影响硝化反响速度和硝

13、化细菌的生长速度，如以下图所示。 溶解氧对硝化速率的影响在悬浮污泥反硝化系统中，缺氧段溶解氧应控制在0.5mg/L以下，在膜法反硝化系统中，当缺氧段溶解氧控制在1mg/L-2mg/L以下时也不影响反硝化的进展。硝化过程的溶解氧浓度，普通建议应维持在1.0mg/L-2.0mg/L；溶解氧对反硝化脱氮有抑制造用，其机制为阻抑硝酸盐复原酶的构成或者仅仅充任电子受体从而竞争性地妨碍了硝酸盐的复原。虽然氧对反硝化脱氮有抑制造用，但氧的存在对能进展反硝化作用的反硝化菌却是有利的，由于这类菌为兼性厌氧菌，菌体内的某些酶只需在有氧时才干合成，因此在工艺上最好使这些反硝化菌(即污泥)交替处于好氧、缺氧的环境条件

14、下。 4碳源 碳源物质主要是经过影响反硝化细菌的活性来影响处置系统的脱氮效率。普通以为，当废水中所含碳(BOD5)与总氮的比值大于3：1时，无需外加碳源，即可到达脱氮目的。当废水的BOD5与总氮比值小于3：1时，需另外投加碳源才干到达理想的去氮效果。外加碳源大多采用甲醇，由于它氧化分解产物为二氧化碳和水，不留任何难分解的中间产物，价钱也较低廉。第四节 微生物除磷原理及工艺污水除磷技术的开展来源于生物超量吸磷景象的发现。 20世纪50年代到60年代初，Srinath等人在污水处置厂的消费性运转中，察看到生物超量吸磷的景象。70年代的研讨任务弄清了生物除磷所需的运转条件，并有认识的将其工程化。80

15、年代到90年代，经过全面的根底研讨及消费性研讨和工程运转阅历的总结，污水生物除磷的实际及技术均获得了艰苦进展及突破。 1.除磷技术的开展2.生物除磷的根本原理目前普遍认可的生物除磷实际是“聚合磷酸盐Poly-P累积微生物-PAOPoly-phosphate Accumulating Organisms的摄磷释磷原理。 聚 磷 菌有机磷释磷ADPATP无机磷溶解质PHBATPADP合成聚 磷 菌无机磷聚磷ATPADP有机磷PHB无机物ADPATP合成厌氧段好氧段进水出水污泥回流剩余污泥富磷厌氧环境下，聚磷菌把细胞中的聚磷水解为无机磷酸盐释放到细胞外，并从中获取能量。污水中易生物降解的溶解性有机质

16、能被聚磷菌利用，而且能诱导激发细胞将其体内积累的高能聚合磷分解，释放出磷酸根和键能，将废水中的有机物摄入细胞内，以胞内碳能源存储物聚羟基烷酸PHA、聚-羟丁酸PHB及糖原等有机颗粒的方式储存在体内。在好氧区内，聚磷菌将储存于体内的PHB进展好氧分解，并产生ATP，释放出大量能量供聚磷菌增殖，在充分利用基质的同时，大量吸收溶解态的正磷酸盐，在细胞内合成并积累多聚磷酸盐，对磷积累可达细胞干重的6%左右。PAOs以循环方式阅历厌氧/好氧环境后，本底环境的磷在好氧环境下以聚磷方式储存在细胞内，最终经过排放富含聚磷菌的剩余污泥实现除磷的目的。 聚磷菌属于异养型细菌，现已报道的种类包括：不动杆菌属、肠杆菌

17、属、着色菌属、脱氮微球菌属等。在厌氧条件下，聚磷菌耗费糖原，将细胞内的聚磷水解为正磷酸盐释放到胞外释磷，并获得能量，同时将环境中的有机碳源以PHB的方式储存。在好氧条件下，氧化胞内储存的PHB及利用产生的能量过量的从环境中摄磷，以聚磷酸高能键的方式存贮。经过排放高磷剩余污泥实现去除磷的目的。 研讨结果阐明，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能够是生物除磷的补充。在生物除磷系统中磷的去除能够包括以下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 微生物合成耗费磷正常液相沉淀 pH 阳离子浓度加速液相沉淀生物膜沉淀 细

18、菌反硝化作用使膜内pH 升高， 导致磷从液相进入无机相。1.溶解氧 磷摄取过程要求充足的氧，放磷的过程应坚持绝对厌氧的条件。2.污泥龄 普通污泥龄短的系统产生的剩余污泥量较多，可以获得较高的除磷效果。3.温度和pH值 530 pH 684.BOD负荷 较高的BOD负荷可获得较好的除磷效果。5.硝氮和亚硝氮 抑制磷的释放3.影响生物除磷过程的要素本工艺流程简单，建立和运转费用都较低，厌氧反响器可以坚持良好的厌氧形状。存在的问题有：由于微生物对磷的吸收有一定限制，故除磷率难以进一步提高；沉淀池易于产生磷的释放景象，应及时排泥和回流。4.厌氧-好氧除磷工艺流程本单元是反硝化细菌将由好氧池回流的硝态氮转化成气态氮，到达脱氮的功能，5.生物同步脱氮除磷-A2/O工艺厌氧池释磷缺氧池反硝化好氧池聚磷硝化沉淀池氮气内循环污泥回流含磷污泥剩余污泥原水出水1. A-A-OAnaerobic-Anoxic-Oxic工艺，即A2/O工艺，是一项可以同步脱氮除磷的污水工艺。在该反响器中主要是释磷，同时有部分有机物进展氨化去除有机物，硝化和吸磷等反响该处置系统出水磷浓度根本在1mg/L以下，氨氮也可在15mg/L以下。由于污泥交替进入厌氧池和好氧池，丝状菌较少，污泥的沉降性能好。2. A2/O工艺的影响要素1污水中可生物降解有机物对脱氮除磷的影响 污水中的C/N比对脱氮除磷