城市污水生物脱氮除磷技术发展市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

城市污水生物脱氮除磷城市污水生物脱氮除磷技术发展技术发展张雁秋南京 12月19日第1页1前言前言生物脱氮除磷技术（生物脱氮除磷技术（Biological Nutrient Removal）研究和应用已逾）研究和应用已逾40年，在工艺形年，在工艺形式和工艺流程上都发生了一系列革新，新式和工艺流程上都发生了一系列革新，新工艺层出不穷。尤其是近年来，自控技术工艺层出不穷。尤其是近年来，自控技术在城市污水处理领域广泛应用，更促进了在城市污水处理领域广泛应用，更促进了生物脱氮除磷技术向高效低能耗方向发展。生物脱氮除磷技术向高效低能耗方向发展。第2页除磷脱氮工艺在包括泥龄上矛盾：1）除磷需要泥龄短 生物除磷主要靠排出剩下污泥而带走磷，所以，如要除磷效率高，就必须加大污泥排泥量。从=VX/X 能够看出，VX是系统效率基本参数，X能够看作变量，调整X能够调整泥龄。第3页2）脱氮需要泥龄长 脱氮关键步骤是硝化，消化过程不充分，则无法提升脱氮效率。不过，硝化菌（包含亚消化菌）是一类增值速度较慢微生物，所需要世代时间比较长，通常需要3-5天，所以在泥龄短系统中，硝化菌量极少。第4页 所以，怎样确定合理泥龄是提升除磷脱氮效率技术关键。不可只偏重于其中一个方面。在特殊情况下，能够改变泥龄长短来调整除磷脱氮重心。第5页连续流脱氮除磷工艺连续流脱氮除磷工艺革新与发展革新与发展连续流脱氮除磷工艺发展主要是围绕着在同一污水处理系统中实现脱氮与除磷所存在矛盾展开。最初，脱氮和除磷是在不一样生物处理工艺中实现。第6页1972年，Barnard在研究缺氧、好氧交替进行Bardenpho脱氮工艺时发觉废水中磷也得以高效率去除。于是，他在流程之初增加了一个厌氧区，提出同时实现脱氮除磷Phoredox工艺，它简化流程就是2/图1）。第7页从此之后，脱氮除磷被统一在一个系从此之后，脱氮除磷被统一在一个系统中，既简化了污水处理操作，又增统中，既简化了污水处理操作，又增加了处理工艺功效。加了处理工艺功效。厌氧 缺氧 好氧 二沉池 内回流内回流内回流内回流污泥回流污泥回流污泥回流污泥回流图图1 2/工艺工艺厌氧厌氧厌氧厌氧缺氧缺氧缺氧缺氧好氧好氧沉淀沉淀沉淀沉淀第8页然而实际应用表明脱氮与除磷之间存在一些矛盾，极难在同一系统中同时取得氮磷高效去除。其中最主要矛盾是厌氧环境下反硝化与释磷对碳源竞争。第9页依据生物除磷原理，在厌氧条件下，聚磷菌经过菌种间协作，将有机物转化为挥发酸，借助水解聚磷释放能量将之吸收到体内，并以聚羟基丁酸（PHB）贮存，提供后续好氧条件下过量摄磷和本身增殖所需磷源和能量。假如厌氧区存在较多硝酸盐，反硝化菌会以有机物为电子供体进行反硝化，消耗进水中有机碳源，影响厌氧产物PHB合成，进而影响到后续除磷效果。第10页普通而言，要同时到达氮磷去除目标，城市污水中碳氮比(COD/TKN）最少为 9。当城市污水中碳源低于此要求时，因为大多数处理工艺流程都把缺氧反硝化置于厌氧释磷之后，反硝化效果受到碳源量限制，大量未被反硝化硝酸盐随回流污泥进入厌氧区，干扰厌氧释磷正常进行，最终影响到整个营养盐去除系统稳定运行。第11页为了改进城市污水脱氮除磷系统在进水碳源不足时处理效果，研究者们进行了大量工艺改进。第12页第一个思绪是改进污泥回流路线或增加反硝化步骤，以控制厌氧区回流污泥中硝酸盐含量。UCT、VIP、JHB等工艺都属于这种思绪产物。南非Cate Town大学UCT工艺将2/中污泥回流由厌氧区改到缺氧区，使污泥经反硝化后再回流至厌氧区，降低了回流污泥中硝酸盐含量（图2）。第13页厌氧 缺氧 好氧 二沉池内回流内回流内回流内回流污泥回流污泥回流污泥回流污泥回流图图2 UCT工艺工艺内回流内回流内回流内回流厌氧厌氧厌氧厌氧缺氧缺氧缺氧缺氧好氧好氧沉淀沉淀沉淀沉淀第14页与2/工艺相比，在适当COD/TKN百分比下，缺氧区反硝化可使厌氧区回流污泥中硝酸盐含量靠近于0。当进水COD/TKN较高时，缺氧区无法实现完全脱氮，仍有部分硝酸盐进入厌氧区，所以又产生改进UCT工艺(MUCT）（图 3）。第15页 MUCT工艺有两个缺氧池，前一个接收二工艺有两个缺氧池，前一个接收二沉池回流污泥，后一个接收好氧区硝化混合液，沉池回流污泥，后一个接收好氧区硝化混合液，使污泥脱氮与混合液脱氮分开，深入降低硝酸使污泥脱氮与混合液脱氮分开，深入降低硝酸盐进入厌氧区可能。盐进入厌氧区可能。厌氧厌氧厌氧厌氧 缺氧缺氧缺氧缺氧1 1 缺氧缺氧缺氧缺氧2 2 好氧好氧好氧好氧 二沉池 内回流内回流内回流内回流 污泥回流污泥回流污泥回流污泥回流图图图图3 MUCT3 MUCT工艺工艺工艺工艺 内回流内回流内回流内回流沉淀沉淀沉淀沉淀第16页 JHB JHB工艺是在工艺是在工艺是在工艺是在2/2/工艺厌氧区污泥回流线路中增加了工艺厌氧区污泥回流线路中增加了工艺厌氧区污泥回流线路中增加了工艺厌氧区污泥回流线路中增加了一个缺氧池，以降低回流污泥中硝酸盐含量（图一个缺氧池，以降低回流污泥中硝酸盐含量（图一个缺氧池，以降低回流污泥中硝酸盐含量（图一个缺氧池，以降低回流污泥中硝酸盐含量（图 4 4）。）。）。）。厌氧 缺氧 好氧 二沉池内回流内回流内回流内回流污泥回流污泥回流污泥回流污泥回流图图图图4 JHP4 JHP工艺工艺工艺工艺 缺氧厌氧厌氧厌氧厌氧缺氧缺氧缺氧缺氧好氧好氧沉淀沉淀沉淀沉淀缺氧缺氧缺氧缺氧第17页而伴随研究深入，“聚磷菌释磷需绝对厌氧环境（即DO0且NO30）”认识被打破，人们发觉经过补充碳源能够缓解厌氧区反硝化与释磷之间竞争，从而确保脱氮除磷系统稳定运行。于是改进进水水质、改变进水方式成为第二种改进思绪。第18页另一个思绪由中国矿业大学张雁秋教授提出，这种思绪是用生态学思想指导技术改革，并依据他提出统一动力学理论、动力学负荷理论、污泥浓度优化理论、种群密度控制理论、种群营养控制理论等先进理论作为新工艺主要理论基础。第19页 中国矿业大学张雁秋等依据他本人提出理论系统，中国矿业大学张雁秋等依据他本人提出理论系统，中国矿业大学张雁秋等依据他本人提出理论系统，中国矿业大学张雁秋等依据他本人提出理论系统，创造了创造了创造了创造了ECOSUNIDEECOSUNIDE工艺（见图工艺（见图工艺（见图工艺（见图6 6），实现了高效硝），实现了高效硝），实现了高效硝），实现了高效硝化效果。化效果。化效果。化效果。缺氧+厌氧 微氧 二沉池污泥回流污泥回流污泥回流污泥回流图图图图6 ECOSUNIDE6 ECOSUNIDE工艺工艺工艺工艺厌氧厌氧厌氧厌氧 微氧微氧沉淀沉淀沉淀沉淀第20页 技术先进性 依靠准确分点配水计算方法结合厌氧、好氧、缺氧反应时间合理安排，使得活性污泥系统中生态系统得到人工优化，从而提升出水水质、大幅度降低工程投资；分点配水造成高污泥浓度，使硝化菌群及聚磷菌群处于生长优势，提升脱氮除磷效率；采取了节能集成技术，包含分级屡次硝化反硝化技术、同时硝化反硝化、高效曝气技术、无内回流技术、高污泥浓度梯度污泥减量技术、高污泥浓度高效捕集气泡技术，可节约运行费用20%左右。第21页 技术成熟性 该技术已在徐州国祯水务运行有限企业、临沂市污水处理厂、临沂润泽水务有限企业、德州联合润通水务有限企业得到成功应用，在天津某大型污水处理厂及西安某大型污水处理厂已经经历了一年成功验证。第22页 经典工艺流程 回流污泥剩下污泥污水二沉池尾水厌氧区缺氧区好氧区图3 ECOSUNIDE工艺流程Fig.3 ECOSUNIDE process天津某大型污水处理厂（1月23-现在）：HRT=9.8,t=13-15，T/N=2.0-2.4,到达一级B(95%确保率)第23页技术关键点1)1)适当增加回流比且全流程分点进水适当增加回流比且全流程分点进水,以实现高污以实现高污泥浓度；泥浓度；2)2)适当增加流程最终段进水水量适当增加流程最终段进水水量,以实现全程低营以实现全程低营养状态；养状态；3)3)最终一个进水点在曝气区尾部进入，充分利用活最终一个进水点在曝气区尾部进入，充分利用活性污泥吸附现象；性污泥吸附现象；4)4)控制较低控制较低DODO水平水平,促进短程硝化反硝化和同时促进短程硝化反硝化和同时硝化反硝化过程硝化反硝化过程.；5)5)污水只进入厌氧区及缺氧区，防止好氧区消耗碳污水只进入厌氧区及缺氧区，防止好氧区消耗碳源，充分利用有限碳源供聚磷菌及反硝化菌增殖。源，充分利用有限碳源供聚磷菌及反硝化菌增殖。第24页工艺特点 主要发觉：主要发觉：主要发觉：主要发觉：依据统一动力学理论发觉了生物因子非线性反应依据统一动力学理论发觉了生物因子非线性反应增加现象，增加活性污泥浓度，相对提升硝化菌、反增加现象，增加活性污泥浓度，相对提升硝化菌、反硝化菌、聚磷菌在生物相中所占百分比。硝化菌、聚磷菌在生物相中所占百分比。依据该动力学负荷理论发觉了厌氧反应段不完全依据该动力学负荷理论发觉了厌氧反应段不完全进水可提升活性污泥法硝化效率这一技术关键，经过进水可提升活性污泥法硝化效率这一技术关键，经过全程合理分点、多点配水，将有限碳源合理分配，从全程合理分点、多点配水，将有限碳源合理分配，从而能深入相对提升硝化菌、反硝化菌、聚磷菌在生物而能深入相对提升硝化菌、反硝化菌、聚磷菌在生物相中所占百分比。相中所占百分比。主要创造：主要创造：主要创造：主要创造：分点进水厌氧分点进水厌氧-多级好氧缺氧活性污泥法工艺系统。多级好氧缺氧活性污泥法工艺系统。主要创新点：主要创新点：主要创新点：主要创新点：厌氧反应段不完全进水方法。厌氧反应段不完全进水方法。第25页第26页创造专利：创造专利：“一一个污水生物处理个污水生物处理高效硝化工艺高效硝化工艺”第27页第28页 伴随生物学机理深入揭示生态学思想和相关伴随生物学机理深入揭示生态学思想和相关学科发展与渗透，脱氮除磷领域技术革新与新工学科发展与渗透，脱氮除磷领域技术革新与新工艺层出不穷。生物脱氮除磷理论研究为处理过程艺层出不穷。生物脱氮除磷理论研究为处理过程计算机模拟、工艺设计与改造提供了理论依据和计算机模拟、工艺设计与改造提供了理论依据和指导，使生物处理工艺日趋成熟。自动控制和传指导，使生物处理工艺日趋成熟。自动控制和传感器等其它领域技术引入，提升了生物处理可控感器等其它领域技术引入，提升了生物处理可控程度与运行可靠性、稳定性，实现了资源有效配程度与运行可靠性、稳定性，实现了资源有效配置，使处理系统向高效低能耗方向发展，促进了置，使处理系统向高效低能耗方向发展，促进了生物脱氮除磷工艺推广应用。生物脱氮除磷工艺推广应用。第29页 谢谢！谢谢！第30页