08 污水深度处理1.pptx

第1页：污水深度处理脱氮封面

污水深度处理脱氮

第2页：脱氮章节导览

引言1脱氮原理2脱氮工艺3

第3页：氮的危害

• 引言——氮的危害
• 氨氮会消耗水体中的溶解氧
• 含氮化合物对人和其它生物有毒害作用①氨氮对鱼类有毒害作用②硝酸盐可被转化为亚硝胺
• 加速水体的“富营养化”过程

第4页：氮磷污染现状

• 引言——氮磷污染现状
• 氮、磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养化，影响饮用水水源。
• 前年五六月份，太湖、滇池相继大规模爆发蓝藻，罪魁祸首就是水中的氮磷营养盐。

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第8页：脱氮原理概述

• 脱氮原理——概述
• 在自然界，氮化合物是以有机体(动物蛋白、植物蛋白)、氨态氮(NH4、NH3)、亚硝酸氮(NO2-)、硝酸氮(NO3-)以及气态氮(N2)形式存在的。
• 在二级处理水中，氮则是以氨态氮、亚硝酸氮和硝酸氮形式存在的。
• 二级处理技术对氮的去除率比较低。它仅为微生物的生理功能所用。氮和磷同样都是微生物保持正常的生理功能所必需的元素，即用于细胞合成。
• 根据原理，脱氮技术可分为物理化学脱氮和生物脱氮两种技术。

第9页：氨氮吹脱法概述

脱氮原理——物理化学脱氮技术氨氮的吹脱法其脱氮过程是曝气法去除水中溶解气体工艺的演变。这一工艺技术在废水深度脱氮处理中，已经得到发展，尤其是对单纯含氨氮的工业废水，更为适宜。

第10页：氨氮吹脱的平衡关系

• 脱氮原理——物理化学脱氮技术氨氮的吹脱法
• 废水中，NH3与NH4+以平衡状态共存：NHHONHOH324
• 这一平衡受pH的影响，当水的pH超过7时，随pH的继续上升，平衡向左转移，NH3分子占优势。
• pH为10.5~11.5时，废水中的氨呈饱和状态。含NH3废水pH=11时，水中NH3分子约占98%。
• 由于NH3在水中易于挥发，通过曝气法可以吹脱。

第11页：吹脱法脱氨处理流程

脱氮原理——物理化学脱氮技术氨氮的吹脱法调节pH值沉淀池吹脱塔出水排泥进水石灰或石灰乳吹脱法脱氨处理流程以石灰作为碱剂对污水进行预处理，使pH值升到11左右。除氨

第12页：吹脱塔填料

木制或塑料制的格子填料，用以促进空气与水的充分接触。常用空气作载体（若用水蒸气作载体则称汽提）。脱氮原理——物理化学脱氮技术氨氮的吹脱法

第13页：吹脱法的优缺点

• 例如，20℃时氨去除率为90～95％，而10℃时降至约75％，这为吹脱在冬季运行带来困难。氨氮的吹脱法脱氮原理——物理化学脱氮技术
• 优点除氮效果稳定；操作简便，易于控制。
• 缺点游离氨易造成二次污染；使用石灰易结成水垢；水温降低，脱氮效果也降低。

第14页：折点加氯法原理

• 脱氮原理——物理化学脱氮技术折点加氯法
• 废水中的NH3-N可在适当pH值时，利用氯系的氧化剂(如Cl2、NaOCl)使之氧化成氯胺(NH2Cl、NHCl2、NCl3)之后，再氧化分解成N2气体而达脱除之目的。
• 反应式为：2245H3Cl3HO2NH3HOClNClHOHOClHCl22NHHOClNHClHHO422(次氯酸)(一氯胺)42NH2HOClNHCl2H2HO(二氯胺)NH3HOClNClH3HO432(三氯化氮)

第15页：折点加氯的余氯变化

• 脱氮原理——物理化学脱氮技术折点加氯法
• 在净水工程中，称氯胺为化合余氯，次氯酸为余氯，均有杀菌作用。
• 出现余氯后，随加氯量增加余氯逐渐增加，但产生的主要为化合性余氯。如下页图中A、B二个转折点，至A点，加氯量增加，余氯反而下降，是因为氯与氨已全部形成氯胺，而氯胺在过量氯作用下逐渐分解。达B点时，分解结束，继续加氯余氯又上升，形成游离性余氯，故B点称为折点。
• 加氯脱氮时采用的加氯量应以折点相应的加氯量为准。因此，此工艺称为折点氯氧化法。

第16页：折点加氯法的余氯分段

脱氮原理——物理化学脱氮技术A点前余氯基本上是氯胺B点后余氯基本上是自由氯（游离氯）

第17页：折点加氯法的特点

• 脱氮原理——物理化学脱氮技术折点加氯法
• pH是影响脱氮效率的因素，一般pH在6—7为宜。
• 此法最大的优点是通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮，去除率一般达90～100％。另外，处理效果稳定，不受水温影响，基建费用也不高。
• 但运行费用高；残余氯及氯代有机物须进行后续处理。

第18页：折点加氯法脱氮工艺流程

NaOCl(次氯酸钠)贮槽废水折点加氯反应器活性炭吸附塔出水折点加氯法脱氮工艺流程吸收余氯及氯代有机物脱氮原理——物理化学脱氮技术

第19页：选择性离子交换法

• 脱氮原理——物理化学脱氮技术选择性离子交换法
• 用离子交换法去除氨氮时，常用天然的离子交换剂，如沸石等。
• 采用合成树脂，预处理工序和再生系统均较复杂，且树脂寿命短，应用上受到一定的限制。
• 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。

第20页：斜发沸石离子交换

• 脱氮原理——物理化学脱氮技术选择性离子交换法
• 使用选择性离子交换剂——斜发沸石进行离子交换是近期开发的工艺，废水中的铵离子将斜发沸石中的钠或钙替代出来，失效的沸石使用再生液再生，再生液通过氨吹脱塔脱氨。
• 斜发沸石是沸石中的一种，是一种硅铝酸盐，在美国西部有几处矿床自然存在。
• 沸石与NH4+的交换过程可用下式表示：X+Z-+NH4+→NH4+Z-+X+Z——铝硅酸盐的阴离子格架；X——交换离子。
• 通常此过程在沸石填充柱中进行。

第21页：离子交换法脱氮工艺流程

再生液回流再生液脱氮废水澄清或过滤沸石离子交换床NH3或N2或氨溶液离子交换法脱氯工艺流程出水沸石再生回流脱氮原理——物理化学脱氮技术

第22页：离子交换法存在的问题

• 脱氮原理——物理化学脱氮技术选择性离子交换法
• 此法存在的问题是：
• 再生液需要再次脱氨；
• 在沸石交换床内，氨解吸塔及辅助配管内存在碳酸钙沉积；
• 废水中有机物易造成沸石堵塞而影响交换容量，须用各种化学及物理复苏剂除去粘附在沸石上的有机物。
• 目前这种方法应用不多。

第23页：生物脱氮技术原理

• 脱氮原理——生物脱氮技术
• 生物脱氮技术的基本原理是在生物处理过程中使污水中含氮有机物被异养型微生物分解转化为氨，再由自养型硝化细菌将其氧化成硝酸盐，最后由反硝化细菌以有机物作为电子供体，使硝酸盐还原为氮气而从液相中释放。
• 生物脱氮主要通过硝化作用和反硝化作用来完成。

第24页：生物脱氮的氮转化途径

有机氮（蛋白质、尿素）细菌分解和水解氨氮同化（NH3-N）有机氮（细菌细胞）有机氮（净增长）O2硝化亚硝态氮反硝化2（NO-）有机碳O2硝化反硝化-硝态氮（NO3）氮气（N2）有机碳氨化作用厌氧氨氧化作用自溶和自身短氧程化硝化－反硝化脱氮原理——生物脱氮技术

第25页：氨化与硝化作用

• 硝化作用
• 硝化作用是指NH3氧化成亚硝酸根，然后再氧化成硝酸根的过程。
• 硝化作用整个过程为：232e2e22e4NO2eNO硝酰酰NOH羟胺NHOHNH(硝酰胺)RCHNHCOOH+O22
• 氨化与硝化氨化亚作硝用化菌作用：
• 2有N机H4氮＋＋化3合O物2，在氨化2N菌2的O－作+用2H下2O，+分4H解+、转化为氨态氮，这一过程硝称化之菌为作“用氨：化反应”。
• 2反N应O2方－＋程O为2：2NO3－硝化反应总方程式：4NH＋2O2－NO3+H2O+2HR+COOH+CO2+NH3脱氮原理——生物脱氮技术

第26页：硝化反应的环境条件

• 混合液中有机物含量不应过高，BOD值应在15—20mg/L以下。
• 硝化菌包括硝化菌为亚好硝氧酸菌菌由，前均式为可化以能看自到养，菌在，硝它化们过对程环境的变化很敏中，1mol氮氧化成硝酸氮，需入2mol氧分子。因此感，为了必使须硝满化足反此应需进氧行量正。常，就必须保持硝化菌所需要的环境条件。其次硝，化在菌硝是化自反养应型过细程菌中，．有将机释物放浓出度H并＋不离是子是，它致的使混生合长液限中制H因＋素离，子故浓在度硝增化高反．应从过而程使中PH，值混下合降液：中硝的含化菌C有对机pH物值浓的度变不化应十过分高敏。感若，B为OD了浓保度持过适高宜，的会pH使增殖
• 硝化菌值，速对应度环当较在高境污的的水异中养要保型持细求足菌够迅的速碱增度殖．，以从保而证使对自在养反型应的硝过程化中菌P得H不值到的优变势化，，不起能到成缓为冲优的势作菌用种。，硝化反应无法
• 好氧条件满进足行“。硝化需氧量”的要求，并保持一定的碱度。脱氮原理——生物脱氮技术

第27页：反硝化作用

• 反硝化作用--
• 反硝化作用的整个过程为：NO3→NO2→NO→N2O→N2222336NO2CO4HO6NO2CHOH硝酸还原菌-222233N3CO3HO6OH6NO3CHOH亚硝酸还原菌-222333N5CO7HO6OH6NO5CHOH反硝化菌总反应式为：脱氮原理——生物脱氮技术

第28页：反硝化的碳源需求

• 反硝化作用实质上是以硝酸盐为电子受体有机物为碳源和电子供体的氧化还原反应。
• 反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌，当环境中缺乏有机物时，会进行内源反硝化，消耗自身原生质，并会生成NH3。因此需要外界提供必要的碳源。C5H7O2N+4NO3-5CO2+2N2+NH3+4OH-脱氮原理——生物脱氮技术

第29页：硝化反硝化影响因素

• 硝化－反硝化过程影响因素
• 温度
• 溶解氧
• PH值
• 污泥龄
• 抑制物质
• 碳源脱氮原理——生物脱氮技术

第30页：温度的影响

温度硝化反应的适宜温度是20—30℃，15℃以下时，硝化速度迅速降低，5℃时几乎完全停止。在较高温度下，亚硝化菌的最小倍增时间要小于硝化菌，故可以通过控制反应温度和污泥龄使反应器中亚硝酸菌占优势。反硝化反应的最佳温度范围为20－40℃，温度对硝化菌的影响比对反硝化菌大。脱氮原理——生物脱氮技术

第31页：溶解氧的影响

• 溶解氧主要由于氧会同硝酸盐
• 氧是硝化反应中的电子受竞体争，电硝子化供反体应，必且须会在抑好氧条件下进行，应维持混合液溶解氧制浓硝度酸不盐低还于原1酶m的g/L合。成及其活性。
• 溶解氧对反硝化反应有很大影响，研究表明，系统中溶解氧应保持在0.5mg／以下，才能保持反硝化反应的正常进行，但在反硝化菌体内某些酶系统组分只有在有氧条件下才能合成，这样，反硝化菌以在厌氧、好氧交替的环境中生活为宜。脱氮原理——生物脱氮技术

第32页：pH值的影响

• PH值
• 硝化反应的最佳pH范围为8.0一8.4，pH低于7时，硝化速率明显降低，低于6和高于9.6时，硝化反应将停止进行。硝化反应对碱度的消耗会引起水的pH值的变化，因此应投加必要的碱量以维持适立的pH值，保证硝化反应的正常进行。
• 反硝化反应是产生碱度的反应，反硝化菌的适宜pH值为6.5—7.5，不适宜的pH值会影响反硝化菌的生长速率和反硝化酶的活性。脱氮原理——生物脱氮技术

第33页：反硝化的适宜pH

• PH值
• 反硝化反应是产生碱度的反应，反硝化菌的适宜pH值为6.5—7.5，不适宜的pH值会影响反硝化菌的生长速率和反硝化酶的活性。当pH值高于8.0或低于6.0时，反硝化反应将受到强烈抑制。脱氮原理——生物脱氮技术

第34页：污泥龄的影响

污泥龄为使硝化菌能在连续流的反应系统中存活并维持一定数量，微生物在反应器的停留时间即污泥龄必须大于硝化菌的最小世代期，否则硝化菌的流失率将大于净增值率，否则硝化菌的流失率将大于净增值率。一般应取系统的污泥龄为硝化菌最小世代期的两倍以上。

此外，较长的污泥龄可增强硝化反应能力，并可减轻有毒物质抑制作用。脱氮原理——生物脱氮技术

第35页：抑制物质的影响

• 抑制物质
• 对有硝机化物反对应硝有化反抑应制的作抑用制的有两物个质原有因：，高浓度的NH4－N、高一是有机物浓度高，异养菌数量会大大浓超度过的硝N化O菌3－，N阻，碍重氨向金硝属化、菌氰得化传递物。、以及有机物。另一个原因是有些有机物对硝化菌具有毒害或抑制作用
• 反硝化菌对有毒物质的敏感性比硝化菌低得多，与一般好氧厌氧菌相同。脱氮原理——生物脱氮技术

第36页：碳源的影响

• 碳源
• 硝化菌是自养菌，若废水中BOD5过高，将有助于异养菌甲醇分解后的产物为CO2和的生长，从而使微生水物，中不硝会化产菌生的难比降例解下物降质。，而且反硝化速率高。
• 反硝化过程则需要充足的碳源，若碳源不足，需投加甲醇等有机物或与原废水混合后再进行反硝化反应。脱氮原理——生物脱氮技术

第37页：脱氮新理念概述

• 概述
• 传统的硝化－反硝化工艺耗能多，反硝化时需要足够的有机碳源来还原硝酸盐。对于高浓度氨氮废水上述问题表现更为突出，近年来国内外学者寻找到了一些高效低耗的生物脱氮工艺，如短程硝化－反硝化工艺与厌氧氨氧化工艺。脱氮原理——脱氮新理念

第38页：短程硝化反硝化

短程硝化－反硝化由于硝化的两个过程是由两类独立的细菌分别催化完成的，而NO3－和NO2－均可被反硝化菌利用转化为N2。那么可以略去硝化细菌把NO2－转化为NO3的步骤，即整个生物脱氮过程可以+经NH4→HNO2→N2这样的途径完成。

--方法就是将硝化过程控制在NO2阶段，阻止NO2的进一步硝化，然后直接进行反硝化，这一过程称为短程（或简捷）硝化－反硝化。其反应式为：NH4＋＋1.5O2NO2-+3[H]+H+NO2－+2H++H2O0.5N2+2H2O脱氮原理——脱氮新理念

第39页：短程硝化的控制因素

• 控制硝化反应停止在亚硝化阶段是实现该技术的关键，其主要影响因素有温度、污泥龄、溶解氧，pH值等。研究表明，控制较高温度，较低溶氧，较高pH值和极短的污泥龄条件等，可以使反硝化菌占绝对优势。
• 该技术可减少供氧量，节约反硝化碳源，减少污泥产量，减少碱消耗量，并缩短反应时间。脱氮原理——脱氮新理念

第40页：厌氧氨氧化ANAMMOX

• 厌氧氨氧化ANAMMOX(anaerobicammoniumoxidation)
• 其原理是：在厌氧条件下,厌氧氨氧化菌以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮转化为氮气,或者是以氨氮为电子供体，将亚硝酸盐或硝酸盐还原成氮气。该工艺中亚硝酸盐是一个关键的电子受体。
• 其反应方程为：NH4++NO2－5NH4++3NO3－N2+2H2O4N2+9H2O+2H+脱氮原理——脱氮新理念

第41页：厌氧氨氧化的特点

• 与硝化作用相比,它以亚硝酸盐取代氧,改变了电子受体;与反硝化作用相比,它以氨取代有机物作为电子供体。
• 参与厌氧氨氧化的细菌是一种自养菌，在厌氧氨氧化过程中无需有机碳源存在，是一种低能耗的脱氮方法。脱氮原理——脱氮新理念

第42页：传统活性污泥法脱氮

脱氮工艺——传统活性污泥法脱氮

第43页：两级生物脱氮

脱氮工艺——两级生物脱氮

第44页：缺氧好氧A/O脱氮系统

脱氮工艺——缺氧－好氧活性污泥法脱氮系统（A/O工艺）

第45页：Bardenpho生物脱氮工艺

脱氮工艺——Bardenpho生物脱氮工艺

第46页：Phoredox工艺

脱氮工艺——Phoredox工艺

第47页：A2/O工艺

剩余污泥厌氧池缺氧池曝气池沉淀池原水处理水回流污泥N2硝化液回流(内循环)搅拌A2／O工艺流程脱氮工艺——A2/O工艺（Anaerobic/Anoxic/oxic）

第48页：UTC工艺

厌氧池缺氧池缺氧池好氧池进水回流污泥出水回流1回流2剩余污泥二沉池脱氮工艺——UTC工艺

第49页：传统硝化反硝化工艺缺陷

脱氮工艺——传统硝化反硝化工艺缺陷123硝化菌群生长较慢，反应器内难以维持较高的生物浓度，造成系统水力停留时间长，容积负荷率低，基建投资大。硝化过程产酸，反硝化过程产碱，均需酸碱中和，易造成二次污染。反硝化反应需要电子供体，外加有机碳源会增加运行费用。

第50页：SHARON工艺

脱氮工艺——新工艺SHARON工艺（SingleReactorforHighActivityAmmoniumOverNitrite）它在一个无需污泥截留的单个完全混合反应器中，控制一定温度(一般为30～40℃)条件，通过种群筛选产生大量的亚硝化菌，并使硝化过程稳定地控制在亚硝化阶段，从而节省能耗及外加碳源。

通过完全混合反应器并控制短暂的停留时间(如1d)及高温条件可有效控制硝化菌的生长，通过间歇曝气可实现对脱氮和pH值的控制。

第51页：SHARON工艺的优点

• 脱氮工艺——新工艺SHARON工艺具有以下优点：
• 硝化与反硝化放在同一个反应器中进行，简化流程；
• 硝化产生的酸度可部分地由反硝化产生的碱度中和减少化学试剂用量；
• 可以缩短水力停留时间，减少反应器体积和占地面积，节约基建投资；
• 可以节省反硝化所需碳源，以甲醇为例，NO2--N反硝化比NO3--N反硝化可节省碳源40%；
• 需氧量下降25%，可减少动力消耗。

第52页：OLAND工艺

脱氮工艺——新工艺OLAND工艺（OxygenLimitedAutotrophicNitrificationDenitrification）该工艺通过调控溶解氧(DO)浓度，使废水中一部分NH4+-N氧化为NO2—N,再使残留的NH4+-N与NO2--N反应形成N2。

其化学反应式如下：0.5NH4++0.75O2→0.5NO2-+0.5H2O+H+0.5NH4++0.5NO2-→0.5N2+H2ONH4++0.75O2→0.5N2+1.5H2O+H+与硝化-反硝化工艺相比，OLAND工艺无需电子供体，可节约充氧能耗65%。

第53页：SHARON-ANAMMOX工艺

脱氮工艺——新工艺SHARON-ANAMMOX工艺厌氧氨氧化菌混培物能有效地去除消化液中的NH4+-N与外加的NO2--N。因此可将SHARON工艺与ANAMMOX工艺串联，以SHARON反应器出水作为ANAMMOX反应器的进水。

第54页：CANON工艺

• 脱氮工艺——新工艺CANON工艺（CompletelyAutotrophicNitrogenRemovalOverNitrite）
• 其基本原理是利用同一反应器中硝化细菌与厌氧氨氧化细菌的相互作用，进行硝化反应与ANAMMOX反应。首先某些细菌消耗反应器中的DO进行硝化，使反应器中的DO浓度低于对厌氧氨氧化细菌的抑制浓度，然后由厌氧氨氧化细菌以NH4+-N为电子供体，对产生的NO2--N进行还原，生成N2。其反应式如下：2.5NH4++2.1O2→0.2NO3-+1.15N2+3.6H2O+2.8H+
• 与传统硝化-反硝化工艺相比，该工艺可节省50%供氧量，使生物脱氮的运行费用降低90%。

第55页：Questions提问页

Questions?