环境工程.ppt
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1、第三章第三章 水的生物化学水的生物化学处理方法理方法 第五第五节 生物脱氮除磷技生物脱氮除磷技术1 1.太湖的富营养化2 2.氮、磷的去除氮、磷的去除3 3.一、氮的去除一、氮的去除 废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。1.化学法除氮(1)吹脱法:废水中,NH3与NH4+以如下的平衡状态共存:这一平衡受pH的影响,pH为10.511.5时,因废水中的氮呈饱和状态而逸出,所以吹脱法常需加石灰。吹脱过程包括将废水的pH提高至10.511.5,然后曝气,这一过程在吹脱塔中进行。4 4.5 5.通过适当的控制,可完全去除水中的氨氮。为减少氯的投加量,常与生物硝化联用,先硝化再除微量
2、的残留氨氮。(2)折点加氯法:含氨氮的水加氯时,有下列反应:6 6.7 7.(3)离子交换法:常用天然的离子交换剂,如沸石等。与合成树脂相比,天然离子交换剂价格便宜且可用石灰再生。2.生物法脱氮(1)生物脱氮机理 生物脱氮是在微生物的作用下,将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。同化作用去除的氮依运行条件和水质而定,如果微生物细胞中氮含量以12.5%计算,同化氮去除占原污水BOD的2%5%,氮去除率在8%20%。8 8.2、生物脱氮9 9.氨化反应:新鲜污水中,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形式存在的,此外
3、也含有少数的氨态氮如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,其中分解能力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:1010.硝化反应是在好氧条件下,将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。总反应式为: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。硝化反应:1111.硝化过程的影响因素:(a)好氧好氧环境条件,并保持一定的碱度:硝化菌境条件,并保持一定的碱度:硝化菌为了了获得足得足够的能量
4、用于生的能量用于生长,必,必须氧化大量的氧化大量的NH3和和NO2-,氧氧是硝化反是硝化反应的的电子受体子受体,反,反应器内溶解氧器内溶解氧含量的高低,必将影响硝化反含量的高低,必将影响硝化反应的的进程,在硝化反程,在硝化反应的曝气池内,溶解氧含量不得低于的曝气池内,溶解氧含量不得低于1mg/L,多数学者,多数学者建建议溶解氧溶解氧应保持在保持在1.52.0mg/L。在硝化反在硝化反应过程中,程中,释放放H+,使,使pH下降,硝化下降,硝化菌菌对pH的的变化十分敏感,化十分敏感,为保持适宜的保持适宜的pH,应当在当在污水中保持足水中保持足够的碱度,以的碱度,以调节pH的的变化,如果使氨化,如果
5、使氨态氮(以氮(以N计)完全硝化,需碱度(以)完全硝化,需碱度(以CaCO3计)7.14g。对硝化菌的适宜的硝化菌的适宜的pH为8.08.4。1212.硝化过程的影响因素:(b)混合液中有机物含量不)混合液中有机物含量不应过高:硝化菌是高:硝化菌是自自养菌,有机基养菌,有机基质浓度并不是它的增殖限制因素,若度并不是它的增殖限制因素,若BOD值过高,将使增殖速度高,将使增殖速度较快的异养型快的异养型细菌迅速增菌迅速增殖,从而使硝化菌不能成殖,从而使硝化菌不能成为优势种属。种属。(c)硝化反)硝化反应的适宜温度是的适宜温度是2030,15以下以下时,硝化反,硝化反应速度下降,速度下降,5时完全停止
6、。完全停止。1313.硝化硝化过程的影响因素:程的影响因素:(d)硝化菌在反)硝化菌在反应器内的停留器内的停留时间,即生物固,即生物固体平均停留体平均停留时间(污泥泥龄)SRT,必,必须大于其最小的大于其最小的世代世代时间,否,否则将使硝化菌从系将使硝化菌从系统中流失殆尽,一般中流失殆尽,一般认为硝化菌最小世代硝化菌最小世代时间在适宜的温度条件下在适宜的温度条件下为3d。SRT值与温度密切相关,温度低与温度密切相关,温度低SRT取取值应相相应明明显提高。提高。(e)除有毒有害物)除有毒有害物质及重金属外,及重金属外,对硝化反硝化反应产生抑制作用的物生抑制作用的物质还有高有高浓度的度的NH4-N
7、、高、高浓度的度的NOx-N、高、高浓度的有机基度的有机基质、部分有机物以及、部分有机物以及络合阳合阳离子等。离子等。1414.反硝化反应是指在无氧的条件下,反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。反硝化菌属异养兼性厌氧菌,在有氧存在时,它会以O2为电子受体进行呼吸;在无氧而有NO3-或NO2-存在时,则以NO3-或NO2-为电子受体,以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。总反应式为:反硝化反应:1515.在反硝化菌代谢活动的同时,伴随着反硝化菌的生长繁殖,即菌体合成过程,反应如下:式中:C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。反硝化还原和微生物合成的总反应
8、式为:从以上的过程可知,约96的NO3-N经异化过程还原,4经同化过程合成微生物。1616.反硝化过程的影响因素:(a)碳源:能)碳源:能为反硝化菌所利用的碳源反硝化菌所利用的碳源较多,从多,从污水生物脱氮考水生物脱氮考虑,可有下列三,可有下列三类:一是原:一是原污水中所水中所含碳源,含碳源,对于城市于城市污水,当原水,当原污水水BOD5/TKN35时,即可即可认为碳源充足;二是外加碳源,多采用甲醇碳源充足;二是外加碳源,多采用甲醇(CH3OH),因),因为甲醇被分解后的甲醇被分解后的产物物为CO2和和H2O,不留任何,不留任何难降解的中降解的中间产物;三是利用微生物物;三是利用微生物组织进行
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