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生物处理新技术市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、第二十一章第二十一章 生物处理新技术生物处理新技术南华大学建筑工程与资源环境学院给水排水教研室7月1日教师:娄金生第1页课程内容课程内容生物脱氮除磷新工艺生物脱氮除磷新工艺n n生物脱氮原理生物脱氮原理n n生物脱氮工艺生物脱氮工艺n n生物除磷原理生物除磷原理n n生物除磷工艺生物除磷工艺n n同时脱氮除磷工艺同时脱氮除磷工艺活性污泥法新工艺活性污泥法新工艺n n氧化沟氧化沟n nA-BA-B生物脱氮除磷工艺生物脱氮除磷工艺n n间歇式活性污泥法(间歇式活性污泥法(SBRSBR法)法)n n膜生物反应器膜生物反应器n思索题思索题n习题习题第2页谢谢!谢谢!结束结束第3页生物脱氮原理生物脱氮原
2、理n n氮在水中存在形态与分类氮在水中存在形态与分类 n n 氨化与硝化反应过程氨化与硝化反应过程 n n硝化反应条件硝化反应条件 n n反硝化反硝化 n n硝化、反硝化反应中氮转化硝化、反硝化反应中氮转化 返回返回第4页氮在水中存在形态与分类氮在水中存在形态与分类N无机NNOx-N(硝态氮)TKN(凯氏氮)总N(TN)NO3-NNH3-NNO2-N有机N(尿素、氨基酸、蛋白质)返回返回第5页氨化与硝化反应过程氨化与硝化反应过程返回返回第6页硝化反应条件硝化反应条件(1)好氧状态:DO2mg/L;1gNH3-N完全硝化需氧4.57g硝化需氧量。(2)消耗废水中碱度:1gNH3-N完全硝化需碱度
3、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C(10-15)d。(4)BOD520mg/L。返回返回第7页反硝化反硝化-1 反硝化包含异化反消化和同化反消化,以异反硝化包含异化反消化和同化反消化,以异化反消化为主化反消化为主 反硝化菌在反硝化菌在DODO浓度很低环境中,利用硝酸盐浓度很低环境中,利用硝酸盐中氧(中氧(NOX-ONOX-O)作为电子受体,有机物作为碳)作为电子受体,有机物作为碳源及电子供体而得到降解。当利用碳源为甲醇时:源及电子供体而得到降解。当利用碳源为甲醇时:NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO30.056C5H7CO2+0.47N
4、2+1.68H2O+HCO3-NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO30.056C5H7CO2+0.47N2+1.68H2O+HCO3-NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO30.04C5H7CO2+0.48N2+1.23H2O+HCO3-NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO30.04C5H7CO2+0.48N2+1.23H2O+HCO3-反硝化反应可使有机物得到分解氧化,实际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氧,每还原是利用了硝酸盐中氧,每还原1gNO3N1gNO3N所利用所利用氧量约氧量约2.6g2.6g。第8页反硝化反硝化-2 当缺乏有机物时
5、,则无机物如氢、当缺乏有机物时,则无机物如氢、Na2SNa2S等也等也可作为反硝化反应电子供体可作为反硝化反应电子供体 (1 1)反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌,在缺)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,以氧条件下,进行厌氧呼吸,以NO3ONO3O为电子受为电子受体,以有机物氢为电子供体体,以有机物氢为电子供体 (2 2)反硝化过程中,硝酸态氮有二种转化路)反硝化过程中,硝酸态氮有二种转化路径径同化反硝化(合成细胞)和异化反硝化同化反硝化(合成细胞)和异化反硝化(还原为(还原为N2N2),但以异化反硝化为主。),但以异化反硝化为主。(3 3)反硝化反应条件)反硝化反应条件
6、第9页反硝化反应条件反硝化反应条件n nDO0.5mg/LDO0.5mg/L,普通为,普通为0.20.3mg/L0.20.3mg/L(处于缺氧状态),假(处于缺氧状态),假如如DODO较高,反硝化菌利用氧进行呼吸,氧成为电子受体,较高,反硝化菌利用氧进行呼吸,氧成为电子受体,妨碍妨碍NO3ONO3O成为电子受体而使成为电子受体而使NN难还原成难还原成N2N2。不过反。不过反硝化菌体内一些酶系统组分只有在有氧条件下,才能合成。硝化菌体内一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反硝硝化菌以在缺氧好氧交替环境中生活为宜。好氧交替环境中生活为宜。n nBOD5/TN35BOD5/T
7、N35,不然需另投加有机碳源,现多采取,不然需另投加有机碳源,现多采取CH3OHCH3OH,其分解产物为,其分解产物为CO2+H2OCO2+H2O,不留任何难降解中间,不留任何难降解中间产物,且反硝化速率高。产物,且反硝化速率高。n n当前反硝化投加有机碳源普通利用原污水中有机物。当前反硝化投加有机碳源普通利用原污水中有机物。n n还原还原1g1g硝态氮能产生硝态氮能产生3.57g3.57g碱度(以碱度(以CaCO3CaCO3计),而在硝化计),而在硝化反应中,反应中,1gNH3N1gNH3N氧化为氧化为NO3-NNO3-N要消耗要消耗7.14g7.14g碱度,在碱度,在缺氧缺氧好氧中,反硝化
8、产生碱度可赔偿硝化消耗碱度二好氧中,反硝化产生碱度可赔偿硝化消耗碱度二分之一左右。分之一左右。第10页内源反硝化内源反硝化 n n微生物还可经过消耗本身原生质进行所谓内源反微生物还可经过消耗本身原生质进行所谓内源反硝化硝化 C C5 5H H7 7NONO2 2+4NO+4NO3 3-5CO5CO2 2+NH+NH3 3+2H+2H2 2+4OH+4OH-n n内源反硝化结果是细胞物质降低,并会有内源反硝化结果是细胞物质降低,并会有NH3NH3生生成。废水处理中不希望此种反应占主导地位,而成。废水处理中不希望此种反应占主导地位,而应提供必要碳源。应提供必要碳源。返回返回第11页硝化、反硝化反应
9、中氮转化硝化、反硝化反应中氮转化n n表表21-1 21-1 硝化过程中氮转化硝化过程中氮转化 n n表表24-2 24-2 反硝化反应中氮转化反硝化反应中氮转化 n n氮氮n n氧氧n n化化n n还还n n原原n n态态氨离子氨离子NHNH4 4+羟羟胺胺NHNH2 2OHOH0 0+硝硝酰酰基基NOHNOH+亚亚硝酸根硝酸根NONO2 2+硝酸根硝酸根NONO3 3n n氮氮n n氧氧n n化化n n还还n n原原n n态态氨离子氨离子NHNH4 4+羟羟胺胺NHNH2 2OHOH0 0N N2 2+硝硝酰酰基基NOHNOH+亚亚硝酸根硝酸根NONO2 2+硝酸根硝酸根NONO3 3返回
10、返回第12页生物脱氮工艺生物脱氮工艺n n传统活性污泥法脱氮工艺 n n缺氧好氧活性污泥法(A1/O工艺)n nA1/O工艺影响原因 n nA1/O工艺设计 返回返回第13页传统活性污泥法脱氮工艺传统活性污泥法脱氮工艺n n二级活性污泥生物脱氮工艺 点击此处观看工艺流程点击此处观看工艺流程n n三级活性污泥生物脱氮工艺 点击此处观看工艺流程点击此处观看工艺流程返回返回第14页缺氧缺氧好氧活性污泥法(好氧活性污泥法(A1/O工艺)工艺)n n分建式缺氧好氧活性污泥生物脱氮(前置反硝化生物脱氮工艺)n n合建式A1/O工艺 n nA1/O工艺优缺点 返回返回第15页分建式缺氧分建式缺氧好氧活性污泥
11、生物脱好氧活性污泥生物脱氮(前置反硝化生物脱氮工艺)氮(前置反硝化生物脱氮工艺)硝化液一部分回流至反硝化池,池内反硝化脱氮菌以原污水中有硝化液一部分回流至反硝化池,池内反硝化脱氮菌以原污水中有机物作碳源,以硝化液中机物作碳源,以硝化液中NOX-NOX-中氧作为电子受体,将中氧作为电子受体,将NOX-NNOX-N还原还原成成N2N2,不需外加碳源。,不需外加碳源。反硝化池还原反硝化池还原1gNOX-N1gNOX-N产生产生3.57g3.57g碱度,可赔偿硝化池中氧化碱度,可赔偿硝化池中氧化1gNH3N1gNH3N所需碱度(所需碱度(7.14g7.14g)二分之一,所以对含)二分之一,所以对含NN
12、浓度不高废水,浓度不高废水,无须另行投碱调无须另行投碱调PHPH值。值。反硝化池残留有机物可在好氧硝化池中深入去除。反硝化池残留有机物可在好氧硝化池中深入去除。返回返回第16页合建式合建式A1/O工艺工艺点击此处观看合建式A1/O工艺过程返回返回第17页A1/O工艺优缺点工艺优缺点n n优点:同时去除有机物和氮,流程简单,构筑物少,只有一个污泥回流同时去除有机物和氮,流程简单,构筑物少,只有一个污泥回流系统和混合液回流系统,节约基建费用。系统和混合液回流系统,节约基建费用。反硝化缺氧池不需外加有机碳源,降低了运行费用。反硝化缺氧池不需外加有机碳源,降低了运行费用。因为好氧池在缺氧池后,可使反硝
13、化残留有机物得到深入去除,因为好氧池在缺氧池后,可使反硝化残留有机物得到深入去除,提升了出水水质(残留有机物深入去除)。提升了出水水质(残留有机物深入去除)。缺氧池中污水有机物被反硝化菌所利用,减轻了其它好氧池有机缺氧池中污水有机物被反硝化菌所利用,减轻了其它好氧池有机物负荷,同时缺氧池中反硝化产生碱度可填补好氧池中硝化需要碱度物负荷,同时缺氧池中反硝化产生碱度可填补好氧池中硝化需要碱度二分之一。(减轻了好氧池有机物负荷,碱度可填补需要二分之一)。二分之一。(减轻了好氧池有机物负荷,碱度可填补需要二分之一)。n n缺点:脱氮效率不高,普通脱氮效率不高,普通N=N=(70708080)%好氧池出
14、水含有一定浓度硝酸盐,如二沉池运行不妥,则会发生好氧池出水含有一定浓度硝酸盐,如二沉池运行不妥,则会发生反硝化反应,造成污泥上浮,使处理水水质恶化。反硝化反应,造成污泥上浮,使处理水水质恶化。返回返回第18页A1/O工艺影响原因工艺影响原因-11.1.水力停留时间水力停留时间t t t t反硝化反硝化2h2h,t t硝化硝化6h6h,t t硝化:硝化:t t反硝化反硝化=3=3:1 1,NN到达(到达(70-8070-80)%,不然,不然NN2.2.进入硝化好氧池中进入硝化好氧池中BOD580mg/LBOD580mg/L3.3.硝化好氧池中硝化好氧池中DO=2mg/LDO=2mg/L4.4.反
15、硝化缺氧池污水中溶解氧性反硝化缺氧池污水中溶解氧性BOD5/NO3-NBOD5/NO3-N比比值应大于值应大于4 4,以确保反硝化过程中有充分有机碳源。,以确保反硝化过程中有充分有机碳源。5.5.混合液回流比混合液回流比RNRN:RNRN不但影响脱氮效率,而且不但影响脱氮效率,而且影响动力消耗。影响动力消耗。第19页A1/O工艺影响原因工艺影响原因-26.MLSS3000mg/L6.MLSS3000mg/L,不然,不然NN。7.7.污泥龄污泥龄CC(ts ts)应为)应为30d30d。8.8.硝化段污泥负荷率:硝化段污泥负荷率:BOD5/MLSS BOD5/MLSS 负荷率负荷率0.18kgB
16、OD5/0.18kgBOD5/(kgMLSSdkgMLSSd);硝化段);硝化段TKN/MLSSTKN/MLSS负荷率负荷率0.05kgTKN/KgMLSS.d0.05kgTKN/KgMLSS.d。9.9.温度:硝化最适宜温度温度:硝化最适宜温度20302030。反硝化最适宜温度反硝化最适宜温度20402040。10.PH10.PH值:硝化最正确值:硝化最正确PH=88.4PH=88.4。反硝化最正确反硝化最正确PH=6.57.5PH=6.57.5。11.11.原污水总氮浓度原污水总氮浓度TN30mg/LTN30mg/L。返回返回第20页A1/O工艺设计工艺设计n n设计关键点设计关键点 (1
17、 1)BOD5/MLSSBOD5/MLSS负荷率负荷率0.18kg BOD5/kgMLSSd0.18kg BOD5/kgMLSSdTKN/MLSSTKN/MLSS负荷率负荷率0.05kg TKN/kgMLSSd0.05kg TKN/kgMLSSd(2 2)反硝化池进水溶解性)反硝化池进水溶解性BOD5BOD5浓度与浓度与NOX-NNOX-N浓度之比值,即浓度之比值,即S-S-BOD5/NOX-N4BOD5/NOX-N4。(3 3)水力停留时间)水力停留时间t t。t t缺氧:缺氧:t t好氧好氧=1=1:(:(3434)普通普通t t好氧好氧6h6h,t t缺氧缺氧2h2h。(4 4)污泥回流
18、比)污泥回流比R=R=(5010050100)%混合液回流比混合液回流比RN=RN=(300400300400)%(5 5)MISS3000mg/LMISS3000mg/L(6 6)CC(tStS)30d30d(7 7)氧化)氧化1gNH4-N1gNH4-N需氧需氧4.57g4.57g,并消耗,并消耗7.14g7.14g碱度;而反硝化碱度;而反硝化1g NOX-N1g NOX-N生成生成3.57g3.57g碱度,并消耗碱度,并消耗1.72gBOD51.72gBOD5,同时还提供,同时还提供2.6gO22.6gO2。(8 8)需氧量:)需氧量:O O2 2=aS=aSr r+bN+bNr r-b
19、N-bNDD-CX-CXWW n n设计计算设计计算 返回返回第21页A1/O工艺工艺设计计算设计计算-1(1 1)选定)选定FSFS(BODBOD污泥负荷率)污泥负荷率)SVISVI回流污泥浓度回流污泥浓度XRXR,r=1 r=1(2 2)确定污泥回流比)确定污泥回流比RR算出曝气池混合液污泥浓度算出曝气池混合液污泥浓度X X(3 3)混合液回流比)混合液回流比 (4 4)生化反应池总有效容积)生化反应池总有效容积V V(5 5)按推流式设计,确定反应池主要尺寸)按推流式设计,确定反应池主要尺寸 a.a.取有效水深取有效水深H1H1,普通为,普通为3.53.56m6m;b.b.反应池总表面积
20、;反应池总表面积;c.c.每组反应池表面积每组反应池表面积S=SS=S总总/n/n,式中:,式中:nn分组数;分组数;d.d.确定廊道宽确定廊道宽(b)(b)和廊道数和廊道数mm 使使b/H1=1b/H1=12 2,算出单组曝气池长度,算出单组曝气池长度L L1 1=S/b=S/b 使使L1/b10L1/b10 第22页A1/O工艺工艺设计计算设计计算-2(6 6)污水停留时间)污水停留时间 (7 7)取)取A1:OA1:O段停留时间比为段停留时间比为1:(31:(34)4),分别求出,分别求出A A1 1、OO段停段停留时间,从而算出留时间,从而算出A A1 1、OO段有效容积。段有效容积。
21、(8 8)每日产生剩下污泥干量)每日产生剩下污泥干量WW(kg/dkg/d)及其容积量)及其容积量q q(m3/dm3/d)a.a.每日产生剩下污泥干量每日产生剩下污泥干量WW(kg/dkg/d)b.b.剩下污泥容积量剩下污泥容积量q q(m3/dm3/d)(9 9)污泥龄)污泥龄 (1010)曝气系统需氧量)曝气系统需氧量O2=aSO2=aSr r+bN+bNr r-bN-bNd d-cX-cXw w(kg/dkg/d)(1111)曝气系统其它部分计算同普通活性污泥法)曝气系统其它部分计算同普通活性污泥法(1212)缺氧段)缺氧段A1A1宜分成几个串联方格,每格内设置一台水下宜分成几个串联方
22、格,每格内设置一台水下推进式搅拌器或水下叶片式浆扳搅拌器,其功率按推进式搅拌器或水下叶片式浆扳搅拌器,其功率按35W/m35W/m3 3计算。计算。返回返回第23页生物除磷原理生物除磷原理1.1.聚磷菌(小型革兰式阴性短杆菌):该菌在好氧聚磷菌(小型革兰式阴性短杆菌):该菌在好氧环境中竞争能力很差,然而它却能在细胞内贮存环境中竞争能力很差,然而它却能在细胞内贮存聚聚 羟基丁酸(羟基丁酸(PHBPHB)和聚磷酸菌()和聚磷酸菌(Ploy-PPloy-P)。)。2.2.聚磷菌在厌氧环境中,它可成为优势菌种,吸收聚磷菌在厌氧环境中,它可成为优势菌种,吸收低分子有机酸,并将贮存于细胞中聚合磷酸盐中低分
23、子有机酸,并将贮存于细胞中聚合磷酸盐中磷水解释放出来。磷水解释放出来。3.3.聚磷酸菌在其后好氧池中,它将吸收有机物氧化聚磷酸菌在其后好氧池中,它将吸收有机物氧化分解,同时能从污水中变本加厉地、过量地摄取分解,同时能从污水中变本加厉地、过量地摄取磷,在数量上远远超出其细胞合成所需磷量,降磷,在数量上远远超出其细胞合成所需磷量,降磷以聚合磷酸盐形式贮藏在菌体内而形成高磷污磷以聚合磷酸盐形式贮藏在菌体内而形成高磷污泥,经过剩下污泥排出。所以除磷效果很好。泥,经过剩下污泥排出。所以除磷效果很好。返回返回第24页生物除磷工艺生物除磷工艺n nA2/O除磷工艺除磷工艺 n n弗斯特利普(弗斯特利普(Ph
24、ostrip)除磷工艺)除磷工艺 返回返回第25页A2/O除磷工艺n n工艺流程n n工艺特点n n影响原因n n工艺设计 返回返回第26页A2/O除磷工艺流程 回流污泥中聚磷菌在厌氧池可吸收去除一部分有机物,同时释放回流污泥中聚磷菌在厌氧池可吸收去除一部分有机物,同时释放出大量磷,然后混合液流入后段好氧池,污水中有机物得到氧化分解,出大量磷,然后混合液流入后段好氧池,污水中有机物得到氧化分解,同时聚磷菌将变本加厉地、超量地摄取污水中磷,经过排放高磷污泥同时聚磷菌将变本加厉地、超量地摄取污水中磷,经过排放高磷污泥而使污水中磷得到有效去除。污泥中磷含量而使污水中磷得到有效去除。污泥中磷含量2.5
25、2.5以上。以上。BOD590 BOD590;PP(70708080);磷出水浓度);磷出水浓度1.0mg/L1.0mg/L ATP+H2OADP+H3PO2+ATP+H2OADP+H3PO2+能量能量 ADP+H3PO4+ADP+H3PO4+能量能量ATP+H2OATP+H2O(H3PO4H3PO4用于合成聚磷酸盐)用于合成聚磷酸盐)发酵产酸菌将废水中大分子物质降解为低分子脂肪酸类有机物,发酵产酸菌将废水中大分子物质降解为低分子脂肪酸类有机物,聚磷菌才能加以利用以合成聚磷菌才能加以利用以合成PHBPHB或经过或经过PHBPHB降解来过量摄取磷,当发降解来过量摄取磷,当发酵产酸菌作用受到抑制时
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