(水體污染處理課件）第7章氮-磷去除

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1、第7章脫氮除磷工藝水污染控制工程南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院環(huán)境系20世紀(jì)80年代以前，污水處理主要以去除有機(jī)物為主，隨著排放水體富營(yíng)養(yǎng)化加劇和排放要求的不斷提高，在近30年中，很多具有高效脫氮除磷的污水處理工藝被研究開發(fā)出來。氮、磷為植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，能助長(zhǎng)藻類和水生生物，引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化，影響飲用水水源。太湖的富營(yíng)養(yǎng)化城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放要求（GB18918-2002）一、脫氮工藝廢水中的氮以有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮四種形式存在。1.化學(xué)法除氮(1)吹脫法:廢水中，NH3與NH4+以如下的平衡狀

2、態(tài)共存：這一平衡受pH的影響，pH為10.5~11.5時(shí)，因廢水中的氮呈飽和狀態(tài)而逸出，所以吹脫法常需加石灰。吹脫過程包括將廢水的pH提高至10.5~11.5，然后曝氣，這一過程在吹脫塔中進(jìn)行。通過適當(dāng)?shù)目刂?，可完全去除水中的氨氮。為減少氯的投加量，常與生物硝化聯(lián)用，先硝化再除微量的殘留氨氮。(2)折點(diǎn)加氯法:含氨氮的水加氯時(shí)，有下列反應(yīng)：(3)離子交換法:常用天然的離子交換劑，如沸石等。與合成樹脂相比，天然離子交換劑價(jià)格便宜且可用石灰再生。(4)磷酸銨鎂法:2.生物法脫氮(1)生物脫氮機(jī)理生物脫氮是在

3、微生物的作用下，將有機(jī)氮和氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2和NxO氣體的過程。其中包括硝化和反硝化兩個(gè)反應(yīng)過程。同化作用去除的氮依運(yùn)行條件和水質(zhì)而定，如果微生物細(xì)胞中氮含量以12.5%計(jì)算，氮去除率在20%~40%。氨化反應(yīng)：新鮮污水中，含氮化合物主要是以有機(jī)氮，如蛋白質(zhì)、尿素、胺類化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少數(shù)的氨態(tài)氮如NH3及NH4+等。微生物分解有機(jī)氮化合物產(chǎn)生氨的過程稱為氨化作用，很多細(xì)菌、真菌和放線菌都能分解蛋白質(zhì)及其含氮衍生物，其中分解能力強(qiáng)并釋放出氨的微生物稱為氨化微生物，在氨化

4、微生物的作用下，有機(jī)氮化合物分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，以氨基酸為例：硝化反應(yīng)是在好氧條件下，將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-的過程?？偡磻?yīng)式為：硝化細(xì)菌是化能自養(yǎng)菌，生長(zhǎng)率低，對(duì)環(huán)境條件變化較為敏感。溫度、溶解氧、污泥齡、pH、有機(jī)負(fù)荷等都會(huì)對(duì)它產(chǎn)生影響。硝化反應(yīng)：羥胺硝?；趸^程的影響因素：（a）好氧環(huán)境條件，并保持一定的堿度：硝化菌為了獲得足夠的能量用于生長(zhǎng)，必須氧化大量的NH3和NO2-，氧是硝化反應(yīng)的電子受體，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧含量的高低，必將影響硝化反應(yīng)的進(jìn)程，在硝化反應(yīng)的曝氣池內(nèi)，溶解氧含量不得低

5、于1mg/L，多數(shù)學(xué)者建議溶解氧應(yīng)保持在1.2~2.0mg/L。在硝化反應(yīng)過程中，釋放H+，使pH下降，硝化菌對(duì)pH的變化十分敏感，為保持適宜的pH，應(yīng)當(dāng)在污水中保持足夠的堿度，以調(diào)節(jié)pH的變化，lg氨態(tài)氮（以N計(jì)）完全硝化，需堿度（以CaCO3計(jì)）7.14g。對(duì)硝化菌的適宜的pH為8.0~8.4。硝化過程的影響因素：（b）混合液中有機(jī)物含量不應(yīng)過高：硝化菌是自養(yǎng)菌，有機(jī)基質(zhì)濃度并不是它的增殖限制因素，若BOD值過高，將使增殖速度較快的異養(yǎng)型細(xì)菌迅速增殖，從而使硝化菌不能成為優(yōu)勢(shì)種屬。（c）硝化反應(yīng)的適

6、宜溫度是20~30℃，15℃以下時(shí)，硝化反應(yīng)速度下降，5℃時(shí)完全停止。硝化過程的影響因素：（d）硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，即生物固體平均停留時(shí)間（污泥齡）SRTn，必須大于其最小的世代時(shí)間，否則將使硝化菌從系統(tǒng)中流失殆盡，一般認(rèn)為硝化菌最小世代時(shí)間在適宜的溫度條件下為3d。SRTn值與溫度密切相關(guān)，溫度低，SRTn取值應(yīng)相應(yīng)明顯提高。（e）除有毒有害物質(zhì)及重金屬外，對(duì)硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用的物質(zhì)還有高濃度的NH4-N、高濃度的NOx-N、高濃度的有機(jī)基質(zhì)、部分有機(jī)物以及絡(luò)合陽離子等。反硝化反應(yīng)是指在無氧

7、的條件下，反硝化菌將硝酸鹽氮(NO3-)和亞硝酸鹽氮(NO2-)還原為氮?dú)獾倪^程。反硝化菌屬異養(yǎng)兼性厭氧菌，在有氧存在時(shí)，它會(huì)以O(shè)2為電子進(jìn)行呼吸；在無氧而有NO3-或NO2-存在時(shí)，則以NO3-或NO2-為電子受體，以有機(jī)碳為電子供體和營(yíng)養(yǎng)源進(jìn)行反硝化反應(yīng)?？偡磻?yīng)式為：反硝化反應(yīng)：在反硝化菌代謝活動(dòng)的同時(shí)，伴隨著反硝化菌的生長(zhǎng)繁殖，即菌體合成過程，反應(yīng)如下：式中：C5H7O2N為反硝化微生物的化學(xué)組成。反硝化還原和微生物合成的總反應(yīng)式為：從以上的過程可知，約94％的NO3-N經(jīng)異化過程還原，6％經(jīng)同化

8、過程合成微生物。反硝化過程的影響因素：（a）碳源：能為反硝化菌所利用的碳源較多，從污水生物脫氮考慮，可有下列三類：一是原污水中所含碳源，對(duì)于城市污水，當(dāng)原污水BOD5/TKN>3~5時(shí),即可認(rèn)為碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因?yàn)榧状急环纸夂蟮漠a(chǎn)物為CO2和H2O，不留任何難降解的中間產(chǎn)物；三是利用微生物組織進(jìn)行內(nèi)源反硝化。（b）pH：對(duì)反硝化反應(yīng)，最適宜的pH是6.5~7.5。pH高于8或低于6，反硝化速率將大為下降。反