生物脱氮除磷技术总结ppt课件.ppt

1、微生物-脱氮-除磷 PPP项目投融资模式 讲解提纲,1,目 录,1、水处理微生物简介,氮素循环：固氮同化氨化硝化反硝化,微生物的分类,丝状菌,2、生物除磷,聚磷菌特性,生物除磷原理,3、生物脱氮,微生物的营养,生物除磷设计参数,氨化作用,天津泰达西区污水厂,4、A2O案例简介,硝化作用,反硝化作用,原生动物,其它生化知识点,2,1、水处理微生物简介,1.1、按细胞结构分类,1）原核微生物由原核细胞构成的微生物。 细菌、放线菌、鞘细菌、滑动细菌、蓝细菌、光合细菌。 2）真核微生物由真核细胞构成的微生物。 真菌、藻类、原生动物、后生动物。 3）病毒不具备细胞结构。,3,1.2、按营养类型分类,4,

2、1.3、按DO需求分类,1）好氧微生物：包括了微生物的各个类群。属于原核生物的有细菌、放线菌、蓝细菌，属于真核生物的有原生动物、多细胞的微型动物、酵母菌、丝状细菌以及单细菌藻类等，还有病毒和立克次氏体。主要微生物类群是细菌，特别是异养型细菌占优势。,2）兼性微生物：主要有：产黄纤维单胞菌、淀粉芽孢梭菌、丙酮丁醇芽孢梭菌、蜡状芽孢杆菌、琥珀酸拟杆菌等。,3）厌氧微生物：主要有：脱硫弧菌属、硝酸盐还原细菌、脱氮硫杆菌、脱氮极毛杆菌、脱硫肠状菌属、产甲烷杆菌属、产甲烷球菌属、产甲烷八爹球菌属、产甲烷螺菌属等。,5,1.4、微生物的细胞组成,注：微生物细胞中各种有机物和元素的含量(干重),细胞主要干组

3、分:C5H7NO2,微生物细胞通式:C60H87O23N12P,6,1.5、微生物的碳源食谱,7,1.5、有机物当量COD-可降解性,见附件资料,8,1.6、微生物的氮源食谱,尿素：CH4ON2，有效N约46%,9,1.6、微生物的无机营养素,磷酸盐：Na3PO4，有效P约20%,10,1.7、微生物的耐盐度、毒性物,1）渗透压平衡：TDS不得突然大幅变化，缓慢适应驯化； 2）胞外酶活性：TDS大于30g/L，活性极差，负荷降低一半以上； 3）重金属、游NH3、游离H2S等毒性物使酶蛋白变性，细胞中毒死亡。,11,1.8、丝状菌的特性与作用,1）丝状菌特性：是一大类菌体相连而形成丝状的微生物的

4、统称，具有较大的比表面积、纯好氧，特定条件下对DO、营养物有竞争优势，对环境变化不敏感。,2）丝状菌作用：菌胶团内细菌和丝状菌形成一个共生的微生物生态体系，丝状菌相互聚集，菌胶团具备很好的絮凝沉降性，具有较好的泥水分离效果。,3）丝状菌危害：丝状菌过量繁殖，形成污泥膨胀、微生物泡沫。,4）丝状菌过量繁殖原因： a)基质限制：长期低负荷 b)溶解氧限制：长期供氧不足 c)营养不平衡：长期缺乏氮磷 d) pH频繁波动： e) 高浓度硫化氢：,12,1.9、丝状菌的控制,1）应急处置： 投加PAC，一般100-200g/m3池容，改善絮凝沉降性能，使泥水能分离。,2）紧急杀灭： 投加次氯酸钠，一般1

5、0-20g/m3池容，杀灭丝状菌（有可能同步杀灭有益菌）。,3）生物选择器杀灭： 利用丝状菌只能利用DO的特性，回流到前端A池杀灭。,4）有针对性的改善生物反应器条件，逐步实现自动平衡： a)基质限制：降低污泥浓度、提升污泥负荷；间断曝气 b)溶解氧限制：增加曝气量；减小进水负荷 c)营养不平衡：补充氮磷 d) pH频繁波动：调节进水pH e) 高浓度硫化氢：设置预曝气池（30-60min）,13,1.10、原生动物的分类,14,1.11、原生动物的作用,3）纤毛虫能分泌粘性物质，促进菌胶团絮凝作用；,1）吞噬游离细菌和微小有机颗粒和碎片；,2）直接分解代谢一些可溶性的有机物；,4）作为指示生

6、物 原生动物容易在显微镜下观察，不同种类的原生动物都有各自所需的生境条件，所以哪一类原生动物占优势，也就反映出相应的水质状况；原生动物对环境条件要求比细菌的苛刻，当水质或工艺参数发生变化时，原生动物的种群和数量也要发生变化。,接种驯化阶段,适应增殖阶段,污泥成熟阶段,15,(1) 着生的缘毛目(小口钟虫、八钟虫、沟钟虫、褶钟虫、瓶累枝虫、微盘盖虫、独缩虫)多时，处理效果良好，说明形成优质而成熟的活性污泥。 (2) 小口钟虫在生活污水和工业废水处理很好时往往就是优势菌种。 (3) 如果大量鞭毛虫出现，而着生的缘毛目很少时，表明净化作用较差。 (4) 大量的自由游泳的纤毛虫出现，指示净化作用不太好

7、，出水浊度上升。 (5) 如出现主要有柄纤毛虫，如钟虫、累枝虫、盖虫、轮虫、寡毛类时，则水质澄清良好，出水清澈透明，酚类去除率在90%以上。 (6) 根足虫的大量出现，往往是污泥中毒的表现。 (7) 如在生活污水处理中，累枝虫的大量出现，则是污泥膨胀、解絮的征兆。 (8) 在印染废水中，累枝虫则作为污泥正常或改善的指示生物。 (9) 在石油废水处理中钟虫出现是理想的效果。 (10) 过量的轮虫出现，则是污泥要膨胀的预兆。,1.12、原生动物的指示规律,16,1.13、生化曝气量,气水比：（曝气系统氧效率25%） NH3-N硝化100mg/L，所需气水比约10 COD氧化1000 mg/L，所需

8、气水比约20,温度与饱和溶解氧,一种曝气量核算方式,工程调试和经验值,17,1.14、氯离子,氯离子的腐蚀性,CODcr表征的是在高温、强酸性、银离子催化条件下能与重铬酸钾反应的所有物质，包括如下几类： 1）85%95%的有机污染物（不能被重铬酸钾氧化的有机物有：吡啶、稠环芳烃、多环芳烃、杂环芳烃等）； 2）还原性无机物：亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐； 3）氯离子：它能100%被重铬酸钾氧化而表现为CODcr，而且消耗银离子催化剂导致水质监测数据无规律。但在环境水体中，氯离子是不消耗天然溶解氧的，氯离子不应作为水体还原性污染物。,氯离子与COD,高氯根废水COD测定,微生物抑制浓度10g/L,18

9、,1.15、硫元素,H2S对微生物抑制浓度5-25mg/L。,厌氧反应器中，希望SO42-/COD5-10%，硫酸盐还原菌产生的硫化氢抑制影响不大。,19,2、生物除磷,聚磷菌(Poly-phosphate Accumulating Organisms)的特性： 1）在厌氧条件(无DO和硝态氮)，聚磷菌吸收挥发性有机物VFAs，同化成胞内碳能源储存物(PHB/PHV)、并进行迅速增殖，所需能量来源于聚磷的水解及细胞内糖的酵解，并导致磷酸盐的释放。 2）在好氧条件，专性好氧的聚磷菌(PAOs)活力得到恢复，以O2为电子受体，氧化胞内贮存的PHB及利用产生的能量过量地从环境中摄磷，在聚磷菌细胞内合

10、成多聚磷酸盐加以积累，以聚磷酸高能键的形式存储，即过量吸收磷酸盐。,2.1、聚磷菌特性,市政污水强调生物除磷,20,聚磷菌(PAO)的摄磷释磷原理：在厌氧条件获取储存碳源、释放磷、大量增殖。在好氧条件，PAO分解碳源、过量吸收磷酸盐。通过排放富磷活性污泥，将磷除去。,2.2、PAO除磷原理,1）聚磷菌摄取磷 2）聚磷菌释放磷,21,1）易降解有机物：厌氧池BOD5/TP20 2）硝酸盐+硫酸盐：厌氧池5-10mg/L 3）DO：厌氧池0.2mg/L，好氧池2mg/L 4）温度和pH值：合理区间 5）污泥龄：3. 57. 0 d 6）HRT：厌氧池40min，好氧池4h,2.3、生物除磷设计参数

11、,生物除磷工艺主要有：A/O工艺、A/A/O工艺、SBR工艺、氧化沟、UCT工艺、VIP工艺、改良UCT工艺、改良VIP工艺等。 剩余污泥含磷量为干重的37%，磷的去除率可达8095%。,在厌氧环境中，还原菌碳源竞争顺序：硝酸盐还原菌、硫酸盐还原菌、PAO,22,3、生物脱氮,3.1、氮元素循环,硝化作用：:,固氮作用：,N2,有机氮,氨化作用：,反硝化作用：,同化作用：,无机氮,有机氮,有机氮,NH4+,NH4+,NO2-,NO3-,NO2-,NO3-,N2,1）生物固氮与微生物同化不做讨论； 2）氨化(矿化)反应速度很快，在一般废水处理设施中均能完成； 3）硝化-反硝化是污水处理重点关注的

12、技术。,23,3.2、氨化（矿化）作用,氨化作用是指将有机氮化合物转化为NH3-N的过程，也称为矿化作用。矿化作用在厌氧、好氧环境均可发生，反应速率很快。 参与氨化作用的细菌称为氨化细菌。在自然界中，它们的种类很多，主要有好氧性的荧光假单胞菌和灵杆菌、兼性的变形杆菌、厌氧的腐败梭菌等。 在好氧条件下，氧化酶催化下的氧化脱氨。例如氨基酸生成酮酸和氨：,某些好氧菌，在水解酶的催化作用下能水解脱氮反应。例如尿素能被许多细菌水解产生氨，分解尿素的细菌有尿八联球菌和尿素芽孢杆菌等，它们是好氧菌，其反应式如下：,厌氧或缺氧的条件下，厌氧微生物和兼性厌氧微生物对有机氮化合物进行还原脱氨、水解脱氨和脱水脱氨三

13、种途径的氨化反应：,24,3.3、反硝化微生物,反硝化菌为异养型兼性厌氧菌，在有氧气存在时，它会以氧气为电子受体行好氧呼吸；在无氧而有硝酸盐氮或亚硝酸盐氮存在时，则以硝酸盐氮或亚硝酸盐氮为电子受体，以有机碳为电子供体进行反硝化反应。,反硝化菌主要有变形杆菌属、微球菌属、假单胞菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属等兼性细菌，它们在自然界中广泛存在。 反硝化易发生、速率较快，电子受体DO和NOx-频繁交换也不会抑制反硝化的进行。当DO0.3-0.5mg/L是，以下反硝化反应：,H可以是任何能提供电子，包括有机物、硫化物、H+等。反硝化1g硝酸盐，理论需要BOD5约2.86g，一般3.5-4g。

14、反硝化释放碱度，反硝化1g硝酸盐，理论释放3.57g碱度。,在厌氧环境中，还原菌碳源竞争顺序：硝酸盐还原菌、硫酸盐还原菌、PAO,25,3.4、硝化微生物,硝化菌（含亚硝酸盐菌、硝酸盐菌）为化能自养型好氧菌。亚硝酸菌有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属，硝酸菌有硝酸杆菌属、硝酸球菌属。 硝化细菌分别从氧化NH3-N和NO2-N的过程中获得能量，碳源来自无机碳化合物，如CO32、HCO、CO2等。,条件合适，发生以下硝化反应：,26,3.5、硝化条件,3）低游离氨(分子态NH3),游离氨的抑制浓度约为0.5-1.0mg/L。低浓度启动硝化。,2）长泥龄（世代周期长、细胞产率低） 至少应

15、为硝化菌世代周期的2倍以上，一般需要5d以上。,4）高碱度：需要碱度物质中和硝化产生的质子（H+），理论7.14g/g，最佳pH在8.08.4。一般纯碱+烧碱混合投加。,5）高溶解氧： 硝化需要大量的氧，硝化1g的NH3-N理论需要4.2gO2，一般DO2mg/L。,6）温度：合适1535，最佳25-30 ,1）低碳源（自养菌DO竞争劣势）,一般要求NH3-N /BOD55-8。好氧池分区。,27,3.6、硝化抑制,某些重金属、络合阴离子和有毒有机物对硝化细菌有毒害作用。游离氨和亚硝态氮对硝化细菌也有影响。,游离氨抑制浓度约为0.5-1.0mg/L ，亚硝态氮抑制浓度约为100mg/L。,28

16、,3.7、经典AO硝化反硝化工艺,工艺原理：,工艺流程：,脱氮率与回流比：,TN-反硝化除去总氮，TN-进水总氮，n-总回流比,29,3.8、AO设计参数,30,3.9、AO工艺优缺点,前置反硝化工艺有明显的优势： （1）、前置缺氧反硝化工艺充分利用进水碳源，减少外加碳源；并在无曝气条件下降解部分COD，节省能源； （2）、前置缺氧反硝化段回收的碱度物质能被后续的硝化过程利用，能减少硝化过程外加碱度物质的量； （3）、前置缺氧反硝化段能起到生物选择器作用，对回流污泥与混合液中的微生物菌种进行筛选和强化，提升后续好氧过程的降解效能。特别是应对有毒有害污染物冲击时，前置反硝化工艺优势明显； （4）、长时间的缺氧环境能造成水解酸化效果，部分难降解大分子有机物得以分解。对于一些难降解有机物，前置反硝化也比传统工艺显示出更高的耐受性和降解效果； （5）、对于高浓度有机污水，前置缺氧反硝化工艺大回流比（污泥回流与混合液回流）能很好的稀释进水，降低生物毒性物质浓度，提高生化系统处理效率。 前置反硝化工艺的劣势： （1）、受回流比限制，脱氮率有极限